Технология получения биогаза и переработки органических отходов в высококачественное удобрение путем анаэробного сбраживания, давно известная человечеству и успешно опробованная и применяемая в ряде стран, способна кардинально улучшить экономические, экологические и социальные условия в сельском хозяйстве.
Биогазовые установки демонстрируют рекордную для технологического оборудованея окупаемость, а применение сброженного остатка в качестве удобрения обещает настоящий прорыв в повышении урожайности.
После подготовки сырья, оно подается в метантенк, где происходит процесс ферментации сырья. Метантенк можно условно разделить на три части: верхнюю – корку из крупных частиц, которые поднимаются пузырьками газа; среднюю – жидкую; и нижнюю, в которой скапливаются выпадающие в осадок грязеобразные массы.
С течением времени верхняя корка становится настолько твердой, что мешает выделению биогаза, поэтому для нормального течения ферментации ее необходимо время от времени разрушать, иными словами, перемешивать. Перемешивание можно осуществлять за счет подогрева метантенка, что способствует ускорению процесса жизнедеятельности бактерий.
Метанопроизводящие бактерии имеются в самом сырье, и культуры их развиваются от одной до трех недель, пока не начнет выделяться газ. Скорость выделения можно значительно ускорить (в 2 – 3 раза), если добавить в резервуар порцию “закваски” из предыдущей партии уже перебродившего сырья. Бактерии проявляют активность в диапазоне температур от +5 до +75°С и разделяются на три группы.
Психрофильные бактерии эффективно работают в диапазоне +5…+20°. При дальнейшем повышении температуры развиваются мезофильные бактерии, их рабочий диапазон +30…+42°. А при еще более высокой температуре проявляется действие уже термофильных бактерий.
В процессе сбраживания выделяется недостаточное количество тепла и для поддержания ее нормального течения, особенно в зимнее время, необходимо осуществлять дополнительный подогрев сырья. Это можно использовать как эффективный фактор, регулирующий газообразование.
Вырабатываемый с помощью установки биогаз после очистки и компрессии может использоваться в качестве моторного топлива и для удовлетворения энергетических нужд. Перебродившая сырьевая масса, или шлам, может сразу же использоваться как удобрение для подкорневой подкормки сельскохозяйственных культур. Возможно также хранение и грануляризация шлама, после чего он может использоваться в качестве подкормки для крупного рогатого скота или как удобрение.
Биогазовая установка, как правило, представляет собой герметически закрытую емкость, в которой при определенной температуре происходит сбраживание органической массы отходов, сточных вод и т.п. с образованием биогаза.
Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающейся в доведении его до нужной влажности в специальной емкости, оно подается в реактор, где создаются условия для оптимизации процесса переработки сырья.
Сам процесс получения биогаза и биоудобрения из сырья называют ферментацией, или сбраживанием. Сбраживание сырья производится за счет жизнедеятельности особых бактерий. Во время сбраживания на поверхности сырья появляется корка, которую нужно разрушать, перемешивая сырье.
Перемешивание осуществляется вручную или при помощи специальных устройств внутри реактора и способствует высвобождению образовавшегося биогаза из сырья. Полученный биогаз после очистки собирается и хранится до времени использования в газгольдере.
От газгольдера к месту использования в бытовых или других приборах биогаз проводят по газовым трубам. Переработанное в реакторе биогазовой установки сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву или используется как кормовая добавка для животных.
Условия, необходимые для переработки органических отходов внутри реактора биогазовой установки, кроме соблюдения бескислородного режима, включают:
• соблюдение температурного режима;
• доступность питательных веществ для бактерий;
• выбор правильного времени сбраживания и своевременную загрузку и выгрузку сырья;
• соблюдение кислотно-щелочного баланса;
• соблюдение соотношения содержания углерода и азота;
• правильную пропорцию твердых частиц в сырье и перемешивание;
• отсутствие ингибиторов процесса.
Существует много различных конструкций биогазовых установок. Их различают по методу загрузки сырья, внешнему виду, по составным частям конструкции и материалам, из которых они сооружаются.
По методу загрузки сырья выделяют установки порционной и непрерывной загрузки, которые отличаются временем сбраживания и регулярностью загрузки сырья. Наиболее эффективными с точки зрения выработки биогаза и получения биоудобрений являются установки непрерывной загрузки.
По внешнему виду установки различаются в зависимости от способа накопления и хранения биогаза. Газ может собираться в верхней твердой части реактора, под гибким куполом или в специальном газгольдере, плавающем или стоящим отдельно от реактора.