Доходная «канализация»

Извечная проблема канализационных стоков: что делать с органическими отходами при заполнении септических ям?

Понятно, что в больших населенных пунктах строятся очистные сооружения. Острота вопроса снимается вводом новых или улучшением качественных показателей существующих мощностей. Инвестиционный проект любого поселения содержит соответствующий раздел, таким образом, эта проблема имеет свое финансирование за счёт себестоимости строительного фонда. Другое дело - временные/сезонные поселения. Конечно, дачные товарищества эти проблемы могут решить и решают за счёт близости к городской инфраструктуре. Места для вывоза отходов также предусмотрены проектами развития поселений. Однако существуют места массового скопления людей, где до городской инфраструктуры многие и многие километры. Это места массового туризма, то есть места, обладающие повышенной природной привлекательностью и, чаще всего, уникальностью.  И именно в уникальных местах приезжих туристов много, а канализации и очистных сооружений нет, как нет и мест для вывоза отходов из выгребных ям. Потихоньку всё сваливают в реки, нанося природе невосполнимый ущерб!

Недавно на портале была опубликована статья про биогаз, в которой рассматривается создание установок для получения альтернативного топлива. Это традиционный на современном этапе подход, предполагающий коммерциализацию проекта. В основу работы биогазовой установки (БГУ) заложены биологические процессы сбраживания и разложения органических веществ под воздействием метанообразующих бактерий в анаэробных условиях. Но, ведь и в случае канализационных стоков речь идет об органических отходах! Может быть есть смысл рассмотреть такой вариант для туристических (да и для других сезонных) объектов?

Как известно, любой коммерческий проект должен обладать рядом характеристик, в числе которых ритмичность производства, объём выпускаемой продукции и, как следствие, величина планируемой прибыли. То есть, как минимум, для коммерческой биогазовой установки должен быть известен суточный объём загружаемого сырья. Согласитесь, что в условиях туристического объекта эта величина весьма условна и зависит от множества не поддающихся прогнозированию факторов, например от погоды. Следовательно, вести речь о коммерческом проекте практически бессмысленно. А вот рассматривать БГУ в качестве экологического, самоокупаемого проекта - очень даже здравая идея!
Приведем типовую схему переработки органических отходов на БГУ.

Видно, что кроме биогаза – потенциального топлива, установка вырабатывает биоудобрения. Кстати, изначально такие установки и создавались для получения удобрений.  Их использование даёт увеличение урожайности по разным культурам в среднем на 10%. Реализация полученных на установке удобрений вполне окупает её строительство и эксплуатацию, а вырабатываемый газ может использоваться для нагрева воды и приготовления пищи для гостей туристического комплекса.
Анаэробные условия, создаваемые в БГУ, характеризуются отсутствием свободного кислорода, высокой влажностью и температурной средой 15-20ºС для психофильных, 30-40ºС для мезофильных и 50-70º С для термофильных бактерий.
Анаэробное сбраживание осуществляется в реакторе, представляющим собой герметичную ёмкость. Для эффективного сбраживания в полости реактора необходимо поддерживать постоянную температуру в соответствии с принятым режимом брожения и осуществлять регулярное перемешивание сырья.
Мы будем рассматривать мезофильный режим, он требует меньших затрат тепла, хотя распад органических веществ происходит медленнее и не в полном объеме. Термофильный режим эффективнее по всем параметрам, но требует больших затрат тепла и более сложен для реализации и контроля.
Простейшая биогазовая установка состоит из следующих компонентов:

• реактор;
• бункер загрузки свежего сырья;
• устройство отбора и использования биогаза;
• устройство выгрузки свежего навоза.

Реактор (для нашего применения) лучше  изготовить из металлической цистерны, бывшей в употреблении. Это резко снизит стоимость всей установки. Он может быть размещен над поверхностью земли на фундаменте, закопан в землю или установлен внутри теплоизолированного помещения. Обязательным требованием к реактору является обеспечение герметичности и коррозионной стойкости. Реактор необходимо оснастить люком для проведения периодических внутренних профилактических и ремонтных работ. Крышка люка устанавливается с прокладкой из резины или специального герметизирующего состава. Для антикоррозионной защиты хорошо использовать полимерный состав SILOR-XS, который наносится на внутренние поверхности реактора малярным валиком, кистью или аппаратом высокого давления. Этот состав предпочтительней еще и потому, что кроме антикоррозионной защиты он дает повышенную стойкость к действию кислот, щелочей низких и средних концентраций, растворов солей высокой концентрации, обладает бензомаслоустойчивостью. Кроме того, получаемое покрытие после полной полимеризации (5 суток после нанесения) абсолютно гигиенически безопасно. Для развивающихся комплексов желательно предусмотреть технологическое отверстие для перелива свежей биомассы в другой реактор. Таким образом можно будет обеспечить поэтапное наращивание полезного объема БГУ.

Наиболее простым способом загрузки свежего сырья и выгрузки навоза является способ перелива. При загрузке свежего сырья уровень биомассы в реакторе поднимается, и через сообщающуюся с ним переливную трубу такое же количество сброженного навоза выгружается в ёмкость для сбора. Переливные трубы располагаются под наклоном к вертикальной оси таким образом, чтобы нижний конец трубы был расположен ниже уровня жидкости. Благодаря этому создается гидравлический затвор, препятствующий проникновению воздуха в реактор. Загрузочная труба имеет бункер для предварительной подготовки сырья. Сброженная масса из реактора автоматически переливается в специальную ёмкость, которая служит для временного хранения переработанного сырья. Бункер и приёмная ёмкость могут быть изготовлены из бетона или металла. Часто реализуется пневматический способ загрузки, когда подготовленное сырьё загружается в реактор под давлением биогаза.
Система отбора биогаза содержит распределительные газовые трубопроводы с запорной арматурой, сборник конденсата, предохранительный клапан и накопитель газа (газгольдер). Система монтируется только после установки реактора в рабочее положение.
Для обеспечения режима сбраживания необходимо предусмотреть устройство подогрева биомассы и устройство перемешивания сырья.
Устройство подогрева сырья состоит из водонагревательного котла, работающего на биогазе (электричестве; твердом топливе). В качестве нагревательных элементов применяют теплообменники в виде змеевиков или параллельно сваренных труб. Теплоносителем служит горячая вода, температурой около 60ºС. Более высокая температура повышает риск налипания взвешенных частиц на поверхности теплообменника. Теплообменники рекомендуется располагать в зоне действия перемешивающего устройства, что помогает избежать осаждения твердых частиц на его внешней поверхности.
Перемешивание сырья в реакторе повышает эффективность работы БГУ, предотвращает осаждение твердых частиц на теплообменники и дно реактора. Препятствует образованию корки на поверхности. Перемешивание осуществляется различными способами. Наиболее распространены барботаж получаемым биогазом и механические мешалки.
Строительство простейшей биогазовой установки включает следующие этапы:

1. Выбор месторасположения установки;
2. Заготовка материалов для реактора;
3. Монтаж загрузочной и выгрузочной труб;
4. Подготовка места для установки реактора;
5. Установка реактора;
6. Монтаж загрузочного бункера;
7. Монтаж газоотвода;
8. Установка крышки люка;
9. Проверка реактора на герметичность;
10. Окраска и теплоизоляция установки;
11. Запуск биогазовой установки

Работы по пуску БГУ могут быть начаты только тогда, когда установка в целом и ее элементы будут признаны пригодными к эксплуатации в части соответствия требованиям безопасной эксплуатации.
Сырье загружается в приемный бункер и разбавляется водой до влажности 92-95% в летний период и 85% - в зимний. Для достижения нужной влажности сырье разбавляют водой. После чего сырье загружается в реактор, который должен быть заполнен не более чем на 2/3 внутреннего объема. Оставшаяся пустота используется для накопления биогаза.
В пусковой период нагрев загруженного сырья должен проводиться постепенно, не более 2-3 градусов в сутки вплоть до достижения нужной температуры. В процессе нагрева должно быть обеспечено интенсивное перемешивание сырья. Активная жизнедеятельность микроорганизмов в реакторе начинается через 7-8 суток. Сначала биогаз содержит небольшое количество метана и горит неустойчиво. Впоследствии метанообразование усиливается.
Оптимальной дозой суточной загрузки для мезофильного режима работы считается  6-10% общей биомассы. Суточная доза должна вноситься в реактор равными порциями 4-6 раз в сутки через одинаковые промежутки времени. Загружаемую порцию сырья желательно подогревать.
На рисунке показана модульная БГУ объемом 300 м3: