8.1. «Китайська» яма.
Таку назву для описуваної конструкції я вибрав, тому що дуже часто в літературі по біогазу таку конструкцію згадують, як використовувалася ще тисячу років тому в Китаї. Звичайно, правильніше було б назвати її «підземної біогазової установкою для теплого грунту».
Ця конструкція примітна тим, що в ній немає ніяких рухомих деталей, а сировину рухається по ній самопливом. Конструкція складається з вхідної труби, герметичній ями-реактора, вихідний труби для біогазу, вихідний труби для шламу і буферного накопичувача шламу.
До верхнього отвору вхідної труби стікається по канавках сировину. Зазвичай застосовується рідкий гній (суміш гною з сечею), що стікає з розташованого поруч стійла для утримання домашніх тварин, а також з туалету. Природно, що висота розташування таких збірок фекалій трохи більше висоти розташування горловини приймальні труби, щоб фекалії вільно стікали в приймальню трубу. Вхідна труба косо опускається вниз під землю, і входить в стінку реактора нижче рівня субстрату в реакторі. Виходить гідравлічний затвор, який пропускає всередину реактора свіжий субстрат, але не випускає біогаз. Звичайно, частина біогазу, генерує в товщі субстрату точно під вхідним отвором в стінці реактора, піднімаючись вгору, потрапляє в цей отвір, рухається далі по вхідний трубі і випаровується в повітря. Але цими втратами можна знехтувати. Вихідна труба виходить з протилежної стінки реактора майже від самого його днища і косо піднімається вгору. Нагорі вона входить знизу в ємність у формі відкритого зверху паралелепіпеда. Верхні краї цієї ємності повинні бути розташовані нижче горловини вхідної труби. З цієї ємності повинен бути прокладений «аварійний» стік в більш низькорозташованого лагуну або яму. Реактор в нижній частині має циліндричну форму, а верх реактора виконаний у формі купола-півсфери. З вершини купола виходить трубка для відведення біогазу.
Стінки труб, реактора та буферного накопичувача повинні бути укріплені так, щоб не руйнуватися під тиском грунту або субстрату і повинні не пропускати крізь себе субстрат. Верхня частина купола реактора повинна бути виконана так, щоб крізь неї не просочувався біогаз. Раніше це робилося з цегли, розчину і спеціальної штукатурки. Зараз зазвичай застосовують бетон і полімери.
Розмір (об`єм) реактора підбирають відповідно до обсягу щодобових фекальних стоків. Цей обсяг також залежить від температурного режиму. Якщо температури грунту навколо реактора не опускається нижче 300C, то всередині реактора буде відбуватися анаеробне бродіння в мезофільному режимі. Тривалість циклу такого бродіння лежить в межах двох-чотирьох тижнів. Відповідно, обсяг реактора повинен бути більше 14 добових доз стоків. Якщо температура в глибині землі становить 20-250С, то буде відбуватися психрофільні бродіння. У цьому випадку обсяг реактора треба подвоїти.
Процес протікає в такий спосіб:
Фекальні стоки стікають по вхідний трубі в реактор. При цьому аналогічну кількість шламу піднімається з дна реактора і виштовхується в буферну ємність через вихідну трубу. В процесі бродіння виділяється біогаз і піднімається під звід купола реактора. Якщо через вихідну біогазову трубу до споживача надходить менше газу, ніж його виробляється, то рівень субстрату в реакторі знижується, а у вхідній трубі і буферної ємності - підвищується. Тиск біогазу задається різницею рівнів в буферній ємності і в реакторі. Купол реактора при цьому умовно можна назвати газгольдером. Робочий об`єм цього газгольдера буде дорівнює різниці обсягів субстрату в реакторі в повернемо і нижньому положенні, в проміжку між якими тиск біогазу буде лежати в заданих межах. Зазвичай для різних газових пальників і котлів необхідний тиск газу 0,013-0,030 атм, або 13-30 см водяного стовпа. В принципі можна допустити і тиск до 0,050 атм, якщо його витримає конструкція установки, тому що швидкість витікання біогазу можна підрегулювати вентилем або редуктором.
Відео: Про виверти ГИБДД і Тиск в шинах | Відповіді на питання # 8.1
Оскільки щільність субстрату близька до щільності води, то можна вважати, що різниця рівнів в реакторі і в буферному накопичувачі повинна становити 13-50 см.
Для того, щоб тиск біогазу всередині реактора не перевищило верхню межу 0,05 атм, необхідно передбачити клапан, який стравити біогаз, якщо його тиск перевищить це значення. Як Ви розумієте, тисячу років тому не було автоматичних механічних клапанів, що калібруються на заданий тиск. Але завдання, проте, має просте рішення. Верхній зріз отвори з`єднання вхідної труби з реактором робиться на висоті на 50 см нижче вершини стінок буферної ємності. Тоді, коли тиск біогазу зростає, рівень субстрату в реакторі знижується, піднімаючи рівень субстрату в буферній ємності. Надлишок субстрату виливається з буферної ємності. Коли рівень субстрату всередині реактора опускається нижче верхнього зрізу отвору вхідної труби, надлишок біогазу виходить назовні через вхідну трубу.
Для того щоб уникнути можливості попадання субстрату в біогазову трубу, необхідно, щоб рівень зливу з буферної ємності знаходився нижче точки виходу біогазової труби з реактора, тобто, нижче вершини купола реактора. Тому, такі підземні реактори зручно розташовувати на схилі, щоб уникнути зайвих земляних робіт.
При нормальній експлуатації шлам з буферної ємності щодня вичерпують в обсягах, що відповідають обсягу прийнятих фекальних стоків. Шлам використовують в якості біодобрива.
Відео: Автокран ZOOMLION Q80V
Конструкція ця досить проста, не вимагає дефіцитних матеріалів. Але працювати вона буде тільки в теплому кліматі. Навіть якщо зробити стінки такого реактора у вигляді термоса, щоб теплоизолировать їх від навколишнього грунту, ми не зможемо повністю виключити відтік тепла в холодну пору року. При падінні температури всередині реактора нижче 200C виділення біогазу практично припиниться.
Також у цій конструкції є недолік - на дні реактора поступово накопичується пісок, або інші тяжкі опади. Тому час від часу такий реактор треба розкривати і чистити. Як Ви самі розумієте, по-перше, це ускладнює конструкцію реактора, а по-друге, сама процедура чистки - вельми брудна і трудомістка.
