Биогаз для чайников - [14]

8.1. «Китайская» яма.

Такое название для описываемой конструкции я выбрал, потому что очень часто в литературе по биогазу такую конструкцию упоминают, как использовавшуюся еще тысячу лет назад в Китае. Конечно, правильнее было бы назвать ее «подземной биогазовой установкой для теплого грунта».

Эта конструкция примечательна тем, что в ней нет никаких движущихся деталей, а сырье движется по ней самотеком. Конструкция состоит из входной трубы, герметичной ямы-реактора, выходной трубы для биогаза, выходной трубы для шлама и буферного накопителя шлама.

К верхнему отверстию входной трубы стекается по канавкам сырье. Обычно применяется жидкий навоз (смесь навоза с мочой), стекающий из расположенного рядом стойла для содержания домашних животных, а также из туалета. Естественно, что высота расположения таких сборников фекалий немного больше высоты расположения горловины приемной трубы, чтобы фекалии свободно стекали в приемную трубу. Входная труба косо опускается вниз под землю, и входит в стенку реактора ниже уровня субстрата в реакторе. Получается гидравлический затвор, который пропускает внутрь реактора свежий субстрат, но не выпускает биогаз. Конечно, часть биогаза, генерирующаяся в толще субстрата точно под входным отверстием в стенке реактора, поднимаясь вверх, попадает в это отверстие, движется дальше по входной трубе и улетучивается в воздух. Но этими потерями можно пренебречь. Выходная труба выходит из противоположной стенки реактора почти от самого его днища и косо поднимается вверх. Наверху она входит снизу в емкость в форме открытого сверху параллелепипеда. Верхние края этой емкости должны быть расположены ниже горловины входной трубы. Из этой емкости должен быть проложен «аварийный» сток в более низкорасположенную лагуну или яму. Реактор в нижней части имеет цилиндрическую форму, а верх реактора выполнен в форме купола-полусферы. Из вершины купола выходит трубка для отвода биогаза.

Стенки труб, реактора и буферного накопителя должны быть укреплены так, чтобы не разрушаться под давлением грунта или субстрата и должны не пропускать сквозь себя субстрат. Верхняя часть купола реактора должна быть выполнена так, чтобы сквозь нее не просачивался биогаз. Раньше это делалось из кирпичей, раствора и специальной штукатурки. Сейчас обычно применяют бетон и полимеры.

Размер (объем) реактора подбирают в соответствии с объемом ежесуточных фекальных стоков. Этот объем также зависит от температурного режима. Если температуры грунта вокруг реактора не опускается ниже 300C, то внутри реактора будет происходить анаэробное брожение в мезофильном режиме. Длительность цикла такого брожения лежит в пределах двух-четырех недель. Соответственно, объем реактора должен быть больше 14 суточных доз стоков. Если температура в глубине земли составляет 20-250С, то будет происходить психрофильное брожение. В этом случае объем реактора надо удвоить.

Процесс протекает следующим образом:

Фекальные стоки стекают по входной трубе в реактор. При этом аналогичное количество шлама поднимается со дна реактора и выталкивается в буферную емкость через выходную трубу. В процессе брожения выделяется биогаз и поднимается под свод купола реактора. Если через выходную биогазовую трубу к потребителю поступает меньше газа, чем его вырабатывается, то уровень субстрата в реакторе понижается, а во входной трубе и буферной емкости – повышается. Давление биогаза задается разностью уровней в буферной емкости и в реакторе. Купол реактора при этом условно можно назвать газгольдером. Рабочий объем этого газгольдера будет равен разнице объемов субстрата в реакторе в вернем и нижнем положении, в промежутке между которыми давление биогаза будет лежать в заданных пределах. Обычно для различных газовых горелок и котлов необходимо давление газа 0,013-0,030 атм, или 13-30 см водяного столба. В принципе можно допустить и давление до 0,050 атм, если его выдержит конструкция установки, потому что скорость истекания биогаза можно подрегулировать вентилем или редуктором.

Поскольку плотность субстрата близка к плотности воды, то можно считать, что разница уровней в реакторе и в буферном накопителе должна составлять 13-50 см.

Для того, чтобы давление биогаза внутри реактора не превысило верхнюю границу 0,05 атм, необходимо предусмотреть клапан, который стравит биогаз, если его давление превысит это значение. Как Вы понимаете, тысячу лет назад не было автоматических механических клапанов, калиброванных на заданное давление. Но задача, тем не менее, имеет простое решение. Верхний срез отверстия соединения входной трубы с реактором делается на высоте на 50 см ниже вершины стенок буферной емкости. Тогда, когда давление биогаза растет, уровень субстрата в реакторе понижается, поднимая уровень субстрата в буферной емкости. Излишек субстрата выливается из буферной емкости. Когда уровень субстрата внутри реактора опускается ниже верхнего среза отверстия входной трубы, излишек биогаза выходит наружу через входную трубу.

Для того чтобы избежать возможности попадания субстрата в биогазовую трубу, необходимо, чтобы уровень слива из буферной емкости находился ниже точки выхода биогазовой трубы из реактора, то есть, ниже вершины купола реактора. Поэтому, такие подземные реакторы удобно располагать на склоне, чтобы избежать лишних земляных работ.