Резервуар биогазовой установки является ее основной частью и требования к нему достаточно высокие. К основным требованиям относятся: гидравлические, технологические, теплотехнические, экономические и эстетические.
По форме резервуары бывают (рис. 2.1):
- Яйцевидные;
- Цилиндрические;
- Шаровидные;
- С конусом вверх; вниз, с обеих сторон;
- В виде траншеи;
- Кубические;
- Эластичные.
Оптимальными по своим гидравлическим и эксплуатационными характеристиками являются яйцевидные резервуары. Далее по качеству протекания процесса идут резервуары с конусами и цилиндрические резервуары. Эти формы позволяют уменьшить гидравлическое сопротивление при перемешивании субстрата, избежать застойных зон, из-за отсутствия углов, локализовать места сбора шлама и биогаза. Основным материалом для производства резервуаров является бетон и полимерные материалы.
По конструктивным особенностям биогазовые установки делятся на одно-и багатореакторни. Багатореакторни установки позволяют достичь непрерывного цикла брожения и имеют большую производительность, что позволяет обеспечить потребности крупного хозяйства биогаза.
Простейшие по своему исполнению цилиндрические, кубические и шарообразные резервуары производят из старых металлических бочек, цистерн и других емкостей, используемых в промышленности.
Биогазовый реактор - основа любой биогазовой установки, поэтому в его конструкции предъявляются достаточно жесткие требования. Корпус биогазового реактора должен быть достаточно прочен при абсолютной герметичности его стенок. Обязательными являются надежная теплоизоляция стенок и их свойство противостоять коррозии. При этом необходимо предусмотреть возможность загрузки и выгрузки реактора, а также доступ к его внутреннему пространству для обслуживания [3]. Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающийся в доведении ее до необходимой влажности в специальной емкости, она подается в реактор, в котором создаются условия для оптимизации процесса анаэробного брожения [15].
Практически достижимый в промышленной установке выход газа зависит от многих факторов, влияние которых обусловливается конструкцией установки и производственными условиями. Существенное значение влияния конструктивных параметров имеют следующие факторы [3, 4]
- Загрузка рабочего пространства (количество загруженного субстрата приходится на единицу чистой объема реактора, а также производительность его загрузки);
- Технологическое время цикла анаэробного брожения (время пребывания в реакторе органической массы, которая в него заложена)
- Интенсивность перемешивания субстрата в объеме реактора.
Большую производительность имеют багатореакторни установки, в которых обеспечивается непрерывный цикл анаэробного брожения.
Классификация биогазовых реакторов по конструктивным признакам приведена на рис. 2.1.
Формы реакторов разнообразны. С точки зрения создания наиболее благоприятных условий для перемешивания жидкого субстрата, накопления газа, удаление отработанных удобрений и разрушения корки, образующейся на поверхности, целесообразно использовать резервуар, который по форме напоминает яйцо (рис. 2.2). Большие реакторы такой формы обычно сооружают из бетона, поэтому для них характерна высокая стоимость изготовления, существенно ограничивает их применение. Однако реакторы меньших объемов совсем несложно выполнить из стеклопластика, то есть с армированной полиэфирной смолы, к тому же они имеют меньшую стоимость.
Для цилиндрического резервуара с конусными верхней и нижней частями, как и для яйцевидных, характерные небольшое пространство для накопления газа, ограниченный объем плавающей корки, а также удобное выгрузки отработанной массы. Однако в подобных реакторах создаются менее благоприятные условия для перемещения жидкого субстрата. В индивидуальных хозяйствах корпус реактора вышеуказанной формы, но меньшей емкости, изготавливают из стали или стеклопластика. В реакторах с стеклопластика создаются лучшие условия для перемещения субстрата [3].
Цилиндрические резервуары относительно просты в изготовлении, что объясняется значительным опытом строительства емкостей для сельскохозяйственных целей (стальные, бетонные, стеклопластиковые цистерны-бункера для силоса и других кормов) [14].
Биогазовая установка, хорошо функционирует, приносит ряд преимуществ своему владельцу, обществу и окружающей среде в целом. Среди них:
- Возможность экономить средства, ранее тратились на топливо и электроэнергию;
- Экономия средств, расходуемых на покупку удобрений и гербицидов;
возможность получения дополнительных средств:
- Продажа биогаза и биотоплива;
- Дополнительные средства при повышении урожайности сельскохозяйственных культур за счет применения биоудобрений;
- Дополнительные средства при разведении скота и птиц за счет кормовых добавок из переработанного сырья;
быстрая окупаемость установок:
- Биогазовая установка с подогревом сырья любой мощности окупается примерно за год эксплуатации;
- Уменьшается риск респираторных и глазных заболеваний за счет очистки воздуха в результате уменьшения количества органических отходов в местах их складирования;
- Улучшается эпидемиологическая обстановка в результате гибели части микроорганизмов, содержащихся в отходах;
- Улучшается состояние здоровья за счет получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции при использовании экологически чистых удобрений;
экономия времени, места и производственных мощностей:
- Экономия времени, затрачиваемого на сбор, транспортировку, сушки топлива и места, которое оно занимает;
- Экономия времени при использовании биоудобрений, затрачиваемое на прополку сорняков, который вносится с обычным навозом, поскольку его семена погибает во время процесса брожения в реакторе биогазовой установки;
экологическая выгодность:
- Уменьшение выбросов метана в атмосферу (парникового газа), который образуется при хранении навоза под открытым небом;
- Уменьшение выбросов углекислого газа и продуктов сгорания угля, дров и других видов топлива;
- Уменьшение загрязнения воздуха азотистыми соединениями, имеющими неприятный запах;
- Уменьшение загрязнения водных ресурсов гнойными стоками;
- Сохранение лесов от вырубки;
- Уменьшение использования химических удобрений.
На интенсивность процесса сбраживания и, как следствие, образование биогаза влияют четыре группы факторов:
1. Биологические;
2. Физические;
3. Химические;
4. Организационно-технологические.
К биологическим факторам относятся:
- Состав сбраживаемой биомассы (содержание белков, жиров, углеводов, лигнинов)
- Состав микрофлоры (количество и группы микроорганизмов соответствующей стадии разложения);
- Условия жизнедеятельности микроорганизмов (содержание вредных примесей).
Физические факторы включают:
- Температуру сбраживания;
- Давление в биогазовой установке;
- Гидравлический режим.
Химические факторы определяются:
- Кислотностью среды (величина рН);
- Содержанием ЛЖК в сброженных массе;
- Объемом и составом биогаза образуется.
Организационно-технологические факторы включают:
- Дозу суточной загрузки новых порций сбраживаемой массы;
- Нагрузка по беззольных веществ;
- Содержание в биомассе веществ, не поддающихся переработке.
Авторами предложена конструкция реактора с цилиндрическим резервуаром и конусами вверх и вниз [6]. Конструкция биореактора с прослойкой между утепленным корпусом и рабочим резервуаром (рис. 2.8) позволяет повысить термическое сопротивление стенки резервуара без дополнительных капиталовложений на изоляционный материал.
Преимуществом также является улучшение процесса брожения путем утилизации теплоты только произведенного биогаза на подогрев биомассы в зимних условиях. Также межкорпусных пространство выполняет роль газгольдера, в котором происходит временное хранение произведенного биогаза. В результате достигается и улучшение процесса анаэробного брожения, что приводит к увеличению выхода биогаза и снижение энергозатрат.
Реактор (рис. 2.8) содержит утепленный корпус 1. К корпусу с помощью верхней 4 и нижней 2 опорных газораспределительных решеток крепится рабочий резервуар 3. В верхней части рабочего резервуара 3 закреплено газопровод 5. Газопровод 5 соединяет низ утепленного корпуса и верх рабочего резервуара 3. В нижней части рабочего резервуара 3 размещено нагревательный элемент 6 и мешалку 8. В верхней части утепленного корпуса размещен патрубок отвода биогаза 7, который присоединен к резервуару накопления.