3.7.Вивантаження та транспортування шламу 31

Відомі різні способи вивантаження шламу. Для вивантаженя шламу може бути використане обладнання, описане в п.3.2. Один з найбільш простих способів — перелив. При подачі свіжого гною рівень шламу в біореакторі піднімається, через переливну трубу шлам вивантажується в ємність для його збору. Ця ємність являє собою циліндричний резервуар з хімічно стійким покриттям, що частково заглиблений у землю. У верхній частині, з метою запобігання замерзання шламу в ємності при низьких температурах, необхідно передбачити теплоізоляцію. З ємності перероблений шлам вивантажують за допомогою насосів і тракторами вивозять на поля. Ємність для збору

шламу, при можливості, доцільно розміщувати в ємності для прийому свіжих гнойових стоків, таким чином зшумований шлам віддає своє тепло свіжим гнойовим стокам.

3.8.Установки для виробництва біогазу з гною та відходів сільськогосподарського виробництва.

На сьогоднішній день в світі розроблено і працює велика кількість біогазових установок різної потужності та з різними технологічними схемами процесу шумування.

Існує кілька основних систем одержання біогазу: з нагромадженням газу і шламу, проточна, з почерговим використанням реакторів.

В системі з нагромадженням газу і шламу (рис.3.22) використовується тільки один біореактор, що служить камерою для шумування і ємністю для накопичення шламу. Такий реактор ніколи не спорожняють повністю, залишок шламу служить закваскою для нової порції субстрату. При періодичній подачі свіжого субстрату зменшується кількість часу, що припадає на свіжу порцію субстрату.

У протічній системі (рис.3.23.) завантаження субстрату відбувається постійно, при цьому видаляється відповідний обсяг зшумованого шламу. При оптимальних умовах (завантаження сировини, температура шумування й ін.) протічна система дозволяє переробляти значні об'єми сировини та отримувати максимальний вихід газу.

В системі з почерговим використанням реакторів процес протікає по черзі в, не менш, ніж двох однакових по розмірах і формі реакторах (рис.3.24.). Ця система вимагає більшого робочого об’єму, ніж протічна, та обов'язкової наявності газгольдера. В технологічному процесі реактори працюють поперемінно, враховуючи термін шумування та заповнення їх відпрацьованим шламом. По мірі зшумовування субстрату та заповнення працюючого реактора шламом, його зупиняють для очищення від зшумованого шламу, залишаючи тільки затравочну порцію.

В даний час шість компаній Великобританії поставляють на внутрішній ринок біогазові установки. Наприклад, з 1975 р. фірма «Фарм Газ» випускає фермські біогазові установки з метантенком ємністю 7 м³, виготовлені з пластику.

У ФРН продовжуються роботи з удосконалення технології переробки гною в біогаз. ККД діючих установок з виробництва біогазу дорівнює 56,6%. Нові установки мають більш вдосконалену технологію транспортування, перемішування і шумування гною.

У 1975 р. в Індії нараховувалося 8 тис., а в даний час більше 100 тис. біогазових установок. Відповідно до п'ятилітнього плану розвитку на 1978—1983 р. уряд Індії асигнував 2175 млн. рупій на будівництво 500 тис. біогазових установок, щорічна продукція яких буде еквівалентна по енергетичній цінності 750 л рідкого природного палива. Крім цього, вони будуть виробляти 12 млн. т органічних добрив. У перспективі в Індії число сімейних біогазових установок потужністю 1,7 м³ газу в добу може бути доведене до 18,75 млн., а число більш великих установок потужністю 142 м³/добу — до 560 тис. До 2005 р. в Індії передбачається одержати таку кількість біогазу, що покриє 44% потреби країни в електроенергії, 15% — в вугіллі і 79% — у деревному паливі.

Біогазові установки виробляються не тільки в країнах з теплим кліматом, як, наприклад, Китай, Індія, Філіппіни, Австралія, Сінгапур, Нова Зеландія й ін., але також і в північних країнах — Норвегії, Швеції і Фінляндії.

В країнах Західної Європи, як правило, переважають дрібні та середні тваринницькі ферми, що є основними виробниками продукції тваринництва в цих країнах. Цей досвід може бути запозичений і для України. Де практично зруйноване велико товарне виробництво і йде перехід до невеликих господарств кооперативної або фермерської форм власності.

Для таких господарств найбільш прийнятною формою переробки гною та енергозабезпечення своїх потреб є утилізація його з використанням біогазової технології. Наукові дослідження створили передумови для серійного промислового виробництва малогабаритних фермерських біогазових установок, розрахованих на визначений річний обсяг гною, що переробляється, з урахуванням виду сировини, кліматичних умов та інших факторів. Промисловість різних країн виробляє фермерські біогазові установки, які мають різні конструктивні та технологічні особливості, але працюють по одній технологічній схемі (рис.3.25).

Рисунок3.25. Схема типової фермерської біогазової установки

1-корівник; 2-канал для гноєвидалення; 3-оглядовий люк; 4-біореактор; 5-датчик температури; 6-теплообмінник; 7-регулятор рівня; 8-запобіжний клапан тиску; 9-приміщення для технологічного обладнання; 10-транспортер для вивантаження твердої фракції; 11-гноєсховище; 12-відвід біогазу.

Технологічна схема протічної біогазової установки, в якості біореактора якої використана циліндрична вертикальна ємність, розділена перегородкою, представлена на рисунку 3.26. Гноєві стоки 1 надходять в збірник-септик, з якого насосом перевантажуються в ємність-дозатор. З неї сировина через певні проміжки часу подається в головну камеру шумування (А). При шумуванні біогаз нагромаджується в збірнику (Г). По мірі заповнення головної камери субстрат переливається в камеру кінцевого зшумовування (Б), з якої зшумований субстрат з верхньої частини камери перевантажується в накопичувач шламу (В). По мірі нагромадження твердого осаду в головній камері та камері кінцевого зшумовування, його вивантажують шнековим транспортером 2. Шлам із збірника (В) вивантажують і вивозять в якості органічних добрив на поля.Така установка містить мінімум технологічного обладнання і використовується для індивідуальних фермерських господарств.

Рисунок 3.26. Двокамерна установка протічного принципу роботи.

А-головна камера для шумування; Б-кінцева камера для шумування та осаду шламу; В-накопичувач шламу; Г-простір для накопичення газу; 1-подача рідкого гною; 2-відвід крупнодисперсного шламу; 3-відвід дрібнодисперсного шламу; 4-відбір газу; 5-перемішувальний пристрій; 6-насос.

В біогазовій установці Редигера в якості сировини використовується її рідка фаза. (рис.3.27).

Сировина із збірника-накопичувача 1 подається в відстійник, де відбувається відділення сировини від піску, землі та інших включень. З відстійника сировина надходить в центрифугу, в ній відбувається виділення рідкої фази, яка надходить в септик накопичувач. По мірі потреби сировина з септика – накопичувача через теплообмінник 4 надходить в біореактор 5, де проходить перша фаза шумування. При довантаженні сировини в біореактор частина субстрату надходить в біореактор 6, в якому відбувається друга фаза шумування.В біореакторах 5 та 6 за допомогою помп здійснюється гідравлічне перемішування субстрату. Біогаз з біореакторів подається в газгольдер поплавкового типу 7. Зшумований шлам з біореактора 6 надходить в систему освітлення та аерації 8,9,10, де відбувається покращення його властивостей як органічного добрива. Частина осаду з цієї системи надходить в збірник-накопичувач, в якому служить ініціатором процесу шумування.

Рисунок3.27 Метод отримання біогазу по методу Редигера.

1-гноєприймач; 2-відстійник для піску; 3-цинтрифуга; 4-нагрівальний агрегат та теплообмінник; 5,6-реактори; 7-газгольдер; 8-повторне освітлення; 9-аерація; 10-первинне освітлення.

Більшість біогазових установок працює при температурі 28-37°С для чого в них вимагається застосування теплової енергії для підігріву гною, а також електроенергії для перемішування і перекачування гною. Енергоємність процесу одержання біогазу вдається знизити при відмові підігріву гною ззовні. Знижуються також і витрати на будівництво установки. Біогазові установки, що не обігріваються, розташовують безпосередньо під підлогою тваринницьких приміщень, при цьому втрати тепла свіжого гною мінімальні. Отримана на окремих установках середня кількість біогазу в розрахунку на одне місце для тварини в добу складає 0,07—0,13 м³. Влітку й узимку продуктивність установок практично одинакова. Біогаз використовують найчастіше для підігріву води. Виходячи з вимог протипожежної безпеки, ємність газосховища біогазових установок у ряді країн не повинна бути більшою200 м³.

В системі з почерговим використанням реакторів (рис.3.28) сировина із збірника завантажується в один з реакторів 2,3, в якому відбувається повний цикл шумування. По мірі завершення шумування в першому реакторі, завантажують другий реактор. З початком редукування біогазу в цьому реакторі, попередній реактор спорожнюють. Для таких установок необхідно використовувати газгольдер для згладження коливань тиску біогазу в період перехідних режимів.

Рисунок3.28. Метод отримання біогазу по системі почергового використання реакторів.

1-первинна ємність; 2,3-реактори; 4-газгольдер; 5-силос для добрива.

Для деяких фермерських господарств доцільним є використання траншейних біогазових установок (рис.3.29). В такій установці гній з тваринницького приміщення надходить безпосередньо в бродильну камеру 1 зі змішувачем 2. По мірі шумування шлам вивантажується в збірник 3. Редукований газ з біореактора надходить в газгольдер 4 для зберігання.

Рисунок3.29.Траншейна біогазова установка системи “Дармштадт” (Німеччина).

1-камера для шумування; 2-змішувач; 3-накопичувач шламу; 4-газгольдер.

Якщо в південних країнах можна використовувати біогазові установки без підігріву гною і перемішування, то в північних країнах потрібні додаткова ізоляція реакторів і газгольдерів і їх достатній обігрів. Так, наприклад, у Фінляндії біогазові реактори випускає кілька фірм. Фірма «Ханккия» у комплекті зі свинарником поставляє біореактор «МАВІ» ємністю 50 м³ (рис.3.30) який має подвійні стінки для пропускання горячої води в міжрезервуарний простір.

Рисунок2.30 Біогазова установка фірми “МАВІ” (Фінляндія)

1- тваринницьке проиміщення; 2-збірна ємність; 3-насос;4-лічильник; 5-реактор; 6- подача горячої води; 7-емність; 8-запобіжний клапан; 9-пальник; 10-тепло; 11-електроенергія; 12-тепло.

В цій установці сировина з тваринницького приміщення надходить в збірник-накопичувач 2, звідки помпою 3 завантажується в біореактор 5. Гаряча вода циркулює поміж подвійними стінками біореактора, віддаючи свою теплоту субстрату.Вироблений біогаз збирається газгольдером 7 і використовується, по мірі потреби, для виробництва електроенергії та спалювання в пальниках котлів.

П ри двоступеневому способі і мезофільно-термофільному процесі споживання енергії значно знижується, завдяки використанню теплоти субстрату, який розклався в другій фазі шумування з температурою 55^оС, для обігріву біореактора першої ступені шумування і підтримання в ньому температури 35^оС. Технологічний процес двоступеневого шумування представлений на рисунку 3.31.

Рисунок3.31.Двоступенева біогазова установка.

Сировина після попередньої обробки подається в збірник 1, де подрібнюється та гомогенізується за допомогою помпи 2. Із збірника свіжий субстрат насосом 3 подається в реактор 4 для протікання першої стадії технологічного процесу. В першому реакторі субстрат витримується декілька діб, при цьому він проходить через біореактор знизу вверх у вигляді краплинного потоку. Після цього субстрат подають на другу ступінь в реактор 12, де він знаходиться від однієї до шести діб, в залежності від структури. Після завершення головного циклу отримання біогазу відпрацьований субстрат подається помпою 11в систему 5 для обігріву першого реактора. Цей субстрат, маючи температуру 55^оС і проходячи через систему обігріву, віддає теплоту, забезпечуючи необхідний температурний режим першої ступені шумування. Після цього відпрацьований шлам подається в ємність 8 для зберігання. В нижній частині першого реактора встановлений шнековий транспортер 7 для видалення твердих залишків. Біогаз, отриманий в реакторі на другій стадії шумування, подається через піновловлювач 13, гравійний фільтр14 та обємний газометр 15 в газгольдер 16 для зберігання.