Влажность и зольность сырья просто определить невозможно, поэтому эти параметры берутся из статистических таблиц. Свежая растительность обычно имеет влажность около 70 %. Навоз без мочи имеет влажность 65–70 %. Помет имеет влажность 75 %. Навоз с мочой имеет влажность 80–85 %. Влажность и зольность нужны для вычисления суточного выхода биогаза будущей биогазовой установки. Влажность и плотность нужны для вычисления геометрических размеров будущей установки. Зная их, можно вычислить объем суточной дозы субстрата и размеры емкостей биогазовой установки. Однако суточную дозу субстрата можно вычислить приблизительно экспериментальным путем. Для определения количества воды, которое нужно добавлять в сырье для приготовления субстрата, не обязательно нужно знать влажность сырья. В субстрате нас интересует, прежде всего, вязкость. Воду (или фильтрат) в субстрат добавляют, прежде всего, для получения нужных механических свойств. Влаги, изначально имеющейся в сырье, обычно уже достаточно для обеспечения процесса анаэробного брожения. Но для эффективного протекания этого процесса в мезофильном или термофильном режимах, а также на стадии гидролиза, субстрат надо тщательно перемешивать. Поэтому субстрат должен быть настолько текучим, чтобы его можно было прокачать по трубам и перемешать механическими или гидравлическими мешалками. Обычно необходимую текучесть имеет субстрат влажностью не менее 88 %. Но мы можем определить это экспериментально с помощью того же ведра и весов.
Взвесим ведро. Добавим сырье в ведро и взвесим. Получим вес сырья. Небольшими порциями будем добавлять воду в ведро и тщательно перемешивать с сырьем. Процесс добавления воды прекратим, когда полученный субстрат станет достаточно текучим для беспрепятственного перемешивания (консистенция жидкой сметаны). Взвесим ведро и вычтем из полученного веса вес ведра с сырьем. Получим вес воды. Разделим его на вес сырья и получим соотношение веса воды и веса сырья для приготовления субстрата. Теперь, зная суточную порцию сырья, мы можем посчитать и суточный вес субстрата. Плотность сырья мы измерили в предыдущем опыте. Плотность воды известна. Значит, мы можем посчитать плотность субстрата. А, зная, суточный вес субстрата, мы можем посчитать суточный объем субстрата.
Обычно, плотность субстрата близка к плотности воды, и поэтому можно для приблизительных расчетов принимать плотность субстрата равной плотности воды. Но для расчета больших установок такая погрешность может иметь заметное финансовое выражение.
Например, плотность навоза КРС влажностью около 70 % обычно составляет около 950 кг/м3. Плотность куриного помета влажностью около 75 % составляет около 1100 кг/м3. Соответственно, плотность субстрата влажностью 90 % из навоза КРС составляет 979, 38 кг/м3, а плотность субстрата влажностью 90 % из куриного помета составляет 1045,63 кг/м3. Разброс небольшой, но иногда его стоит учитывать.
Теперь возьмем пример начального расчета для малой биогазовой установки. Допустим, у Вас ежесуточно образуется 100 кг навоза КРС. Его объем составляет примерно 105 л, что соответствует плотности 952 кг/м3. Для приготовления субстрата надо добавить воду в соотношении 3:2 по весу (это, как и плотность, определяется экспериментально, как описано выше). То есть, в сутки получится 250 кг субстрата. Суточный объем субстрата при этом получается 255 л.
Оптимальная длительность цикла брожения субстрата из навоза КРС в мезофильном режиме составляет 16 суток. Значит, с учетом 20 % газового буфера, объем реактора составит 0,255*16/(100-20)*100= 5,1 м3. Реакторы малых биогазовых установок обычно выбирают из готовых емкостей стандартной линейке объемов. Поэтому понадобится бочка объемом 5 куб.м. для основного реактора. Емкость для подготовки сырья должна иметь объем с запасом перекрывающий потребность в сырье между промежутками добавления свежей порции. Обычно свежее сырье к малой биогазовой установке доставляют один раз в сутки. Поэтому для подготовительной емкости достаточно взять бочку или корыто объемом в 1,5 раза больше суточной дозы субстрата, то есть примерно 400 литров.
Обычно зольность навоза КРС, собираемого методом соскребания, составляет около 22 %. Это значит, что в сухом веществе навоза находится 78 % органического сухого вещества. Суточная порция органического сухого вещества составит 100*(100-70)/100*78/100=23,4 кг. Выход биогаза из 1 кг ОСВ навоза КРС составляет 0,2–0,4 м3. Значит, наша установка в сутки будет вырабатывать 4,68-9,36 м3 биогаза. Первая цифра чаще подтверждается на практике. Учитывая плотность биогаза 1,13 кг/м3, суточные потери массы составляют 5,3 кг. То есть, на выходе получится 245 кг или около 250 л шлама ежесуточно. Для хранения его в течение 120 суток понадобится лагуна объемом не менее 0,25*120=30 м3.