2.1. Біореактор

Метанове зброджування в технологічній схемі біогазової установки є визначальним процесом. На практиці використовують наступні основні типи технологічних схем:

• періодичні;

• проточні (безперервна);

• акумулятивна.

По добовій продуктивності існуючи біогазові системи і установки можна розділити на три типии: малі – до 50 м³/добу, середні – до 500 м³/добу, великі – до 30 тис. м³/добу.

Періодична система виробництва біогазу передбачає разове завантаження субстрату в реактор, і вивантаження збродженої сировини. Така система характеризується досить великою трудоміткістю, нерівномірним виходом газу і вимагає наявність не менше двох реакторів, резервуар для накопичення газу. Однак перевагою його є те, що відсутнє проскакування свіжозавантаженої маси в зону вивантаження.

При безперервній схемі загрузки субстрат безперервно , або через певні проміжки часу (1 – 10 раз на добу), завантажується в камеру зброджування. Звідти одночасно видаляється така ж кількість збродженого осаду. Для інтенсифікації процесу зброджування, до біореактора можуть вноситися різні добавки, що збільшують не лише швидкість реакції, а й кількість виходу біогазу.

Сучасні біогазові установки розраховуються, як правило, на безперервний процес і виготовляються зі сталі, бетону, пластмас. Для теплоізоляції застосовують скловолокно, скловата, мінеральна вата. Для забезпечення успішної роботи безперервних систем, необхідно зазделегідь підігрітий до оптимальної температури сустрат, подавати в реактор.

У акумулятивних системах передбачається зброджування в реакторах, які служать одночасно і містом зберігання збродженого субстрату до його вивантаження. Вивантаження збродженого субстрату виконується 1 – 2 рази на рік, в період внесення добрив до грунту. Прицьому, частина збродженого осаду залишається в реакторі і служить матеріалом для подальшого циклу зброджування. Об’єм сховища, поєднаного з реактором, розраховується на повний об’єм гною, що видаляється з комплексу в між посівний період. Такі системи вимагають великих об’ємів сховищ і застосовуються дуже рідко.

За конструктивними особливостями використовуються біореактори горизонтальні і вертикальні. При виготовленні реакторів з металу вертикальні мають переваги над горизонтальними. Вертикальне виконання дозволяє створити більші об’єми в одному біореакторі. Реактор повинен мати гарну теплоізоляцію, високу корозійну стійкість, міцність, герметичність. Найбільш розповсюджені циліндричні камери з конічними верхньою і нижньою частинами, оскільки вони забезпечують видалення кірки зверху і субстрату, що відстоявся, знизу. Для невеликих реакторів, з перемішуючими пристроями використовуються теплообмінні нагрівальні агрегати (шланг, циліндричні, плоскі теплообмінники), через які прокачується гаряча вода, і для очищення їх можна виймати з реактора.

Підігрів субстрату може бути здійснений шляхом безпосереднього введення в реактор гарячої води або пару. Проте може виникнути місцевий перегрів, що негативно впливає на життєдіяльність мікроорганізмів. Одним із варіантів підігріву субстрату є використання виносних теплообмінників різних конструкцій.

Для механічного перемішування субстрату у метантенках застосовують різні види мішалок: механічні, гідравлічні, пневматичні. Гідравлічне перемішування може бути застосовано як для великих , так і для метантенків невеликої місткості. Для цього може бути використаний відцентровий насос.

Висока ефективність гідравлічного перемішування, досягається при викиданні з обертаючого сопла струменя рідини, що потрапляє у всі частини камери. Але застосування таких пристроїв значно ускладнює конструкцію метантенка і вимагає суворого співвідношення форми і розмірів камери і напряму струменя. Найекономічнішим і ефективним є механічне перемішування й руйнування кірки спеціальним пристроями.

Обов’язкові вимоги, яким повинна відповідати конструкція метантенку:

1. Рівномірне перемішування зароджуваної маси з оптимальною швидкістю переміщення субстрату.

2. Створення в метантенку рівномірного температурного поля.

3. Ефективна теплоізоляція.

4. Наявність спеціальних пристроїв, що запобігають виникненню кірки.

5. Абсолютна герметичність оболонки, відсутність газообміну з навколишнім середовищем.

6. Корозійна стійкість до впливу агресивного середовища.

7. Проста та надійна система завантаження та розвантаження.

8. Легкість обслуговування.

Система роботи установки – періодична. Форма корпусу біореактора – циліндрична. Для ліквідації кірки застосовується спеціальний перемішуючий пристрій.