14.4 Биогазовая установка для фермерских хозяйств

Анаэробная термофильная (55...60^DC) переработка навоза и других орга­нических отходов является единственной технологией обезвреживания наво­за от патогенных микробов, яиц гельминтов и семян сорняков, сохранения его в виде высококачественного удобрения и получения газообразного топ­лива - биогаза.

Общий экономический эффект переработки складывается с учетом трех составляющих - экологической, агрохимической и энергетической. И поэто­му, принимая во внимание комплексный вклад, биогазовая установка всегда имеет положительную экономическую эффективность. Однако большинство специалистов оценивают экономическую эффективность такой переработки только с точки зрения энергетической составляющей процесса.

Технических вариантов реализации биогазовых установок достаточно много: от малых индивидуальных - для одной семьи, до больших промыш­ленных - для животноводческих комплексов и птицефабрик. Существует мнение, что установки, предназначенные для фермерских хозяйств, из-за не­большого объема реакторов имеют отрицательный энергетический баланс. Противоречивые данные по этому вопросу сдерживают развитие и разработ­ку биогазовьгх установок для фермерских хозяйств в условиях холодного климата. Однако малые индивидуальные установки в условиях теплого кли­мата (Индия, Китай, страны Юго-Восточной Азии) получили широкое рас­пространение.

В связи с этим авторами была предпринята попытка обосновать конст­руктивно-технологические схемы и параметры биогазовой установки для фермерских хозяйств в условиях холодного климата. В основу положены следующие предпосылки.

1.Биоустановка для фермерских хозяйств должна быть автономной, на­дежной и простой в эксплуатации, а также иметь малые габаритные параметры.

2.Технологическая схема биогазовой установки включает реактор, газ­гольдер, теплообменник, отопительный агрегат, узлы загрузки, выгрузки иперемешивания субстрата.

3.Переработка навоза осуществляется в анаэробных (бескислородных) условиях при 55...60°С (термофильный режим) и значениях рН среды, рав­-ных 7,7...8,2.

4.Обогрев биореактора, необходимый в холодное время, производитсотопительным агрегатом с автоматическим устройством, поддерживающим постоянную температуру субстрата.

5.Для уменьшения потерь тепла биоустановка оборудована теплоизоли­рующей системой (эффект термоса).

6.Биоустановка с объемом реактора 4 м и более характеризуется наи­меньшей удельной теплопередающей поверхностью, через которую происхо-дит потеря тепла.

7.Объем реактора рассчитывается как величина, обратная дозе суточной загрузки. Причем, определяя объем биореактора, необходимо учитывать количество навоза, которое зависит от способа его удаления, и в первую оче­редь, - от численности КРС и массы животного. При сливе бесподстилочного навоза общее количестве стоков увеличивается во много раз (табл. 22).

8.Ежедневная загрузка реактора должна производиться субстратом кон-центрацией 4... 8% сухого органического вещества. На практике необходимаяконцентрация достигается путем смешения свежего навоза с водой в соотношении 1:1, что приводит к получению смеси субстрата с концентрацией органического вещества около 5%.

9.Газгольдер совмещен с реактором. Давление газа в колоколе может дос­тигать 100...300 мм вод. ст.

10.Реактор имеет стальную конструкцию, в которой положен поточный принцип. Внутри реактора установлен прямоугольный теплообменник.

11.При запуске биореактора его объем необходимо заполнять на 90%субстратом и выдерживать не менее 7... 10 суток (оптимальный период выделения биогаза), после чего можно подавать в реактор новые порции субстра­-та, извлекая соответствующие количества трансформированного удобрения.

12.На приготовление пищи для семьи из 3...4 человек необходимо сжи­гать 3.. .4 м биогаза в сутки.

13.Объем газгольдера определяется условиями непрерывного и постоян­ного расходования газа на собственные нужды. Необходимый объем газголь­дера определяется исходя из объема реактора умноженного на средний удельный выход биогаза с 1 м³ реактора.

14. Основной характеристикой биоустановки является выход биогаза в су­тки с единицы рабочего объема реактора или с единицы массы загружаемого органического вещества.

Таблица 22 - Средний выход экскрементов (бесподстилочного навоза) в сутки на одну голову сельскохозяйственного животного или птицы и характеристика навоза

Живот-ное	Масса животного, кг	Выход экскрементов, кг				Плотность жидкого навоза, кг/м3	Влажность навоза, %	Плотность сухого навоза, кг/м3	Содержание органических веществ в сухом навозе, %
		кал	моча	всего	м3/сут.
Круп-ный рогатый скот	300 400 500	23 28 35	10 12 20	33 40 55	0,022 0,027 0,034	1034...1019 (1027)	86...925 (89)	1250	83,8
Лошади	300 400 500	15 24 28	5,1 7 14	20,1 31 42	0,015 0,024 0,028	1010...990 (1000)	60...65 (62)	-
Свиньи	100 200 300	3 5,4 7,6	7,7 14,6 20,4	10,7 20 28	0,003 0,005 0,007	1054... 1034 (1044)	86...91 (88)	1400	86,4
Овцы	30 50 100	1,9 3,0 4,2	3,0 5,2 7,1	4,9 8,2 11,3	0,002 0,003 0,004	996... 989 (993)	65...70 (67,5)	-	77,7
Куры Утки Гуси	1,6 2,5 6,6	-	-	0,17 0,40 0,58	0,00023	700... 800 (750)	73...76 (74,5) 83...85 (84) 83...85 (84) (84)	-	-

Анализ технологических и теплотехнических параметров позволил вы­брать технологическую схему биоустановки. Для фермерских хо­зяйств с учетом условий холодного климата обоснованы следующие характе­ристики биоустановки:

Реактор

рабочий объем реактора, м³ 5,0

габаритные размеры, м

длина х ширина х высота 2,2 х 1,8 х 1,5

Газгольдер, совмещенный с реактором

рабочий объем колокола, м³ 5,0

габаритные размеры, м

длина х ширина х высота 2,15 х 1,75 x 1,35

Теплообменник, м³ 0,32

габаритные размеры, м

длина х ширина х высота 1,6 x 0,2 x 1,0

Перемешивающие устройство, шт. 1

Отопительный агрегат, шт. 1

Транспортная тележка, шт. 1

Температурный режим, °С 55...60

Выход биогаза с 1 м реактора в сутки, м³ более 2

Количество образующегося в такой установке биогаза достаточно для приготовления пищи и собственные нужды (обогрев реактора).