БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006

Частина ІІ. Спеціальні біотехнології

Розділ 22. БІОТЕХНОЛОГІЇ УТИЛІЗАЦІЇ І БІОКОНВЕРСІЇ ВІДХОДІВ АГРОПРОМИСЛОВОГО КОМПЛЕКСУ

22.3.НЕТРАДИЦІЙНІ МЕТОДИ. БІОТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ ШЛЯХОМ АНАЕРОБНОГО ЗБРОДЖУВАННЯ ВІДХОДІВ

22.3.3. Техніко-технологічні аспекти виробництва біогазу

22.3.3.2.Конструкційні особливості реактора БГУ

Реактори або бродильні камери є основними складовими БГУ. Рентабельність біогазового виробництва значною мірою залежить від конструкційних особливостей бродильної камери. При її проектуванні необхідно враховувати об’єм біомаси, яка підлягає утилізації, а також об’єм біогазу, необхідний для задоволення енергетичних виробничих потреб.

В діючих БГУ використовуються реактори овальної, циліндричної, циліндроконічної, кубічної форми та у вигляді паралелепіпеда. Найбільші переваги мають реактори овальної і циліндроконічної форми. В них краще перемішується субстрат, вивантажується шлам, видаляється біогаз. В реакторах іншої форми погіршуються умови для перемішування біомаси, руйнування плаваючої кірки, видалення біогазу і шламу.

Будівельним матеріалом для виготовлення реакторів є цегла, бетон, залізобетон, стальний лист, склопластик, полімерна плівка. Еластичні реактори будують з прогумованого матеріалу або пластмасової оболонки і надають їм овальної форми. При експлуатації, щоб уникнути травмування, їх закопують у грунт або огороджують жорсткими конструкціями.

З метою підвищення ефективності одержання біогазу та зниження його собівартості промисловість США і Німеччини розпочала випуск дешевих штампованих швидкозбірних реакторів, виготовлених із пластика з теплоізоляційною прокладкою із синтетичних матеріалів. Ці реактори швидко і легко монтуються на фермі, добре очищуються від гною і залишкового шламу, мають низький коефіцієнт теплопередачі.

Отже, бродильна камера має відповідати наступним вимогам: бути абсолютно герметичною, мати досконалу теплоізоляцію і високу корозійну стійкість. Всередині камери повинна підтримуватися постійна температура (залежно від температурного режиму), бо метаноутворюючі мікроорганізми дуже чутливі до різких коливань температури. Тому біомаса, яка надходить в реактор, підігрівається за допомогою спеціальних пристроїв до необхідної температури. Для цього витрачається орієнтовно до 30 % влітку і 60 % взимку енергії виробленого біогазу.

У відходах сільськогосподарського виробництва є різні тверді частинки. Деякі з них, щільність яких вища за щільність рідини (пісок, цемент, глина тощо), зумовлюють утворення осаду, решта утворюють на поверхні кірку.

У процесі ферментації біомаса в реакторі має тенденцію до розділення на три фракції. Верхня - кірка утворюється з великих частин, які піднімаються бульбашками утвореного біогазу. Через деякий час вона може стати досить твердою і заважатиме виділенню біогазу. В середній частині реактора скупчується рідина, а нижня грязеподібна фракція випадає в осад. Метаноутворюючі бактерії найбільш активні в середній зоні. Тому для оптимізації умов метаногенезу у бродильній камері та підвищення виходу біогазу біомасу в реакторі потрібно періодично перемішувати (мінімум раз на добу, а бажано до шести разів).

Для перемішування використовуються різні механічні та гідравлічні змішувальні пристрої, а також біогаз, який подається в реактор компресором. Швидкість руху біомаси при перемішуванні не повинна перевищувати 0,5 м/сек. За більш високих швидкостей проходить розрив оболонки мікробних клітин.

Процес перемішування дозволяє:

- підтримувати однорідність розподілу сировини, яка завантажується, і постійний контакт її з мікроорганізмами, що дає можливість максимально утилізувати свіжі поживні речовини;

- зберегти на низькому рівні концентрацію продуктів розпаду за рахунок рівномірного їх розподілу за всім об’ємом реактора; У забезпечити однорідність середовища як за температурою, так і за концентрацією поживних елементів, що створює сприятливі умови для життєдіяльності мікрофлори;

- усунути концентрацію інгібуючих речовин у певній окремій зоні реактора, що обмежує їх вплив на процес метанового бродіння;

- запобігти утворенню кірки на поверхні та утворенню нерухомого густого осаду на дні;

- зменшити кількість ділянок у біореакторі, в яких можуть міститися нерухомі речовини, що не розклалися, і відпрацьована рідина.