Біогаз. Використовувався ще в Стародавньому Китаї, а потім тисячоліття потому знову «відкритий» як «нетрадиційне, екологічно чисте джерело енергії XXI століття», він привертає дедалі більшу увагу й у нашій країні. Свідченням тому може, зокрема, слугувати неухильне зростання публікацій, пов’язаних із біогазом. Зокрема — на сторінках «Моделіста-конструктора» (див., наприклад, № 1’87, 5’88). Підтвердженням неухильного зростання популярності, а також невичерпності теми про технічні рішення для отримання та практичного використання «цінного газоподібного продукту анаеробної (тобто такої, що відбувається без доступу повітря) ферментації (перепревання) органічних речовин, які раніше підпадали під категорію нікчемних відходів», є й ця стаття.
Біогаз по суті — «пекельна» суміш. Його основні компоненти: метан (55—70 %) та вуглекислий газ (28—43 %); у невеликих кількостях присутні й інші сполуки, зокрема — хімічно агресивні. Наприклад, сірководень. І це не можна не враховувати при створенні установки для отримання біогазу, беручи до уваги, що в середньому 1 кг органічної речовини, біологічно розкладеної на 70 %, дає 0,18 кг метану, 0,32 кг вуглекислоти, 0,2 кг води та 0,3 кг нерозкладного залишку.
Оскільки розклад органічних відходів із виділенням біогазу — результат діяльності певних типів бактерій, дуже суттєво тут позначається навколишнє середовище. Зокрема, температура. Позначається: чим тепліше, тим вища швидкість і ступінь ферментації органічної сировини.
А в нас, як кажуть, не Ташкент, отже — потрібен підігрів маси, що зброджується. Задачу цю найпростіше, мабуть, вирішити, використовуючи тепло, що виділяється при розкладі гною. У нього й треба помістити «газовиробний центр» установки — так званий «метантенк», який можна виконати з листів «нержавійки» 2…5 мм, зварених двічі: спочатку електрозварюванням, а потім (для надійності) газовим. Крім того — передбачити й дозаправку біогазової установки сировиною, а також видалення відходів із робочої зони.
За одними вдалими технічними рішеннями приходили інші. І ось нарешті розробка набула вигляду, представленого на ілюстраціях.
1 — аеробний ферментер (стійка до корозії — наприклад, дерев’яна — коробчаста конструкція з відкидними задньою та передньою стінками), 2 — покриття (з дерев’яних щитів), 3 — заливна горловина метантенка (зварна конструкція з «нержавійки» 2,5 мм), 4 — метантенк (з підходящої за габаритами ємності для зберігання хімічних добрив, нафтопродуктів; або зварений з «нержавійки» 2,5…5 мм), 5 — механічна мішалка (зварна конструкція з «нержавійки»), 6 — патрубок відбору біогазу, 7 — теплоізоляційна прошарок з керамзиту або пінопласту, 8 — ґратчаста підлога (з дерев’яного бруса 100×100 мм), 9 — зливний кран, 10 — технологічний канал, 11 — цегляна підставка, 12 — втулка-направляюча вварна (з 100-мм відрізка труби 32×5, «нержавійка»), 13 — повітродувка (або ковальські міхи).
Циліндрична металева ємність — метантенк — із заливною горловиною, зливним краном, механічною мішалкою та патрубком відбору біогазу об’єднані в компактну конструкцію (див. рис.), для виготовлення якої якнайкраще підійдуть, наприклад, ємності з-під хімічних добрив, інші деталі та вузли з «нержавійки». Причому сам «газовиробний центр» розташований всередині аеробного ферментера, який можна зробити прямокутним (наприклад, з пиломатеріалів).
Дві бічні стінки ферментера знімні — для полегшення вивантаження відпрацьованого гною. Підлога ж зроблена ґратчастою. Крізь розташований під нею технологічний канал прогоняють повітря. Для цього використовують нагнітач типу ковальських міхів або спеціальну повітродувку.
Зверху ферментер рекомендується закрити дерев’яними щитами. А щоб зменшити втрати тепла, стінки та днище виконують із теплоізоляційною прошаркою.
У метантенк через горловину заливають попередньо підготовлений гній з коров’ячою сечею. Вологість «технологічної сировини» має бути в межах 88—92 %. Причому рівень цієї рідини контролюють по нижній частині заливної горловини. Аеробний же ферментер через верхню відкривну частину заповнюють твердим підстилковим гноєм або сумішшю останнього з пухким сухим органічним наповнювачем (солома, тирса) вологістю 65—69 %.
При подачі нагнітачем повітря в ферментері починає розкладатися органика, виділяється тепло. Його цілком достатньо для підігріву метантенка, вміст якого перемішується (на те є спеціальна мішалка, а також відоме ще зі школи фізичне явище — конвекція). В результаті відбувається виділення біогазу. Він накопичується у верхній частині метантенка. Через спеціальний патрубок біогаз відводять у «магістраль» і використовують для побутових потреб.
При експлуатації цієї біогазової установки (як, втім, і більшості інших аналогічних пристроїв) слід пам’ятати про необхідність забезпечення біохімічної рівноваги. Адже іноді темпи вироблення кислот бактеріями, що беруть участь у процесі анаеробної ферментації, вищі за темпи їх споживання бактеріями іншої групи учасників. У такому разі, як зазначав уже журнал у своїх попередніх публікаціях, кислотність маси зростає, а вихід біогазу знижується. Положення можна виправити або зменшенням щоденної порції сировини, або збільшенням її розчинності (за можливості гарячою водою), або, нарешті, додаванням нейтралізуючої речовини (наприклад, вапняного молока, пральної чи питної соди).
1 — біогазопровід, 2 — V-подібна трубка (довжина вільної гілки «X» має бути більшою, ніж виражений у міліметрах водяного стовпа тиск біогазу в магістралі), 3 — конденсат.
Виробництво біогазу може зменшитися через порушення співвідношення між вуглецем та азотом. Положення виправляють, вводячи в метантенк речовини, що містять азот — сечу або в невеликій кількості солі амонію, які зазвичай використовують як хімічні добрива (50—100 г на кубометр сировини).
Не можна також забувати, що висока вологість та наявність сірководню (вміст якого в біогазі може сягати 0,5 %) стимулюють підвищену корозію металевих частин установки. Тому стан усіх інших елементів ферментера та метантенка треба регулярно контролювати. І в місцях пошкоджень ретельно захищати (найкраще свинцевим суриком — в один або два шари — з подальшим покриттям двома шарами будь-якої олійної фарби).
Відходи після переробки в біогазовій установці виходять знезараженими. Їх добре використовувати як високоякісні добрива. Але крім того ж виробляється й головне — газ. Причому в об’ємі, цілком достатньому для двоконфорочної плити.
Така установка окупиться вже за рік лише за рахунок утилізації відходів у власному господарстві.
«Моделіст-конструктор» № 4’96, А. КОВАЛЬОВ