От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана
Прежде всего - от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью.
По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативное топливо, потребует теплоизоляции биореактора и введение тёплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.
Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды - до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в её составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков.
Биогаз можно получить практически из любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т. д.
Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8–8,0 - большая кислотность замедлит формирование биогаза, т. к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.
Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 - в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.
Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32–35 °С, при более низких и более высоких значениях в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает.
Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.
Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе.
Её минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большем сроке полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т. к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.
Подъём и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдёт за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны.
Отрицательные характеристики: выход за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона температур на 2 градуса понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие - значительные затраты энергоносителей.
Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо её устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.
В биореакторах непрерывного цикла наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию, и загрузке новой органики в количестве, равном выгружаемому объёму.
В небольших биореакторах, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки необходимо извлекать и вносить органику в объёме, примерно равном 5% от внутреннего объёма камеры ферментации.
Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):
навоз конский даёт 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57%;
навоз КРС (крупного рогатого скота) даёт 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
свежий навоз КРС даёт 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
куриный помёт - 0,5 м3, содержание метана в нём составит 60%;
свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.
Биогазовые установки
Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.
По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:
без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
без обогрева, но с промешиванием органической массы;
с обогревом и промешиванием;
с обогревом, промешиванием и приборам, позволяющими контролировать и управлять процессом ферментации.
Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объём биореактора 1–10 м3 (переработка 50–200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам.
Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5–20 °С. Удаление ферментированной органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в ёмкость, объём которой должен быть равным или больше внутреннего объёма биореактора. Содержимое ёмкости храниться в ней до введения в удобряемую почву.
Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, её производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.
Третий тип биогазовых установок оснащён помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котёл при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.
Принципиальная схема биогазовой установки: 1 - подогрев субстрата; 2 - заливная горловина; 3 - ёмкость биореактора; 4 - ручная мешалка; 5 - ёмкость для сборки конденсата; 6 - газовый клапан; 7 - резервуар для переработанной массы; 8 - предохранительный клапан; 9 - фильтр; 10 - газовый котёл; 11 - газовый вентиль; 12 - газовые потребители; 13 - гидрозатвор
Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котёл, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трёх температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.
https://hiddenshell.ru/biogazovye-ustan ... nogo-doma/
