Производство метана в домашних условиях


Что это такое?

По составу биогаз похож на природный газ, добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:

  1. Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
  2. Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
  3. Этот газ очищается и выводится из реактора.
  4. Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.

Биореактор

Производство своими руками биогаза в домашних условиях возможно при условии, что вы живете в деревне и у вас есть доступ к отходам животноводства. Это хороший вариант топлива для животноводческих ферм и сельскохозяйственных предприятий.

Преимущество биогаза в том, что он позволяет сократить выбросы метана и дает источник альтернативной энергии. В результате переработки биомассы образуется удобрение для огородов и полей, что является дополнительным преимуществом.

Чтобы получить биогаз своими руками, вам нужно построить биореактор для переработки навоза, птичьего помета и других органических отходов. В качестве сырья используются:

  • сточные воды;
  • солома;
  • трава;
  • речной ил.

Использование соломы для производства биогаза

Использование соломы для производства биогаза

Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.

Устройство

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза, используемого в бытовых газовых плитах и в качестве топлива для автомобилей.

Стандартная установка, состоит из следующих узлов и агрегатов:

  • Емкость накопитель, в которой накапливается используемое, для получения биогаза, сырье;
  • Миксеры и мельницы различной конструкции, делящие крупные фракции сырья на более мелкие;

  • Газгольдер, герметично закрываемая емкость, служащая накопителем получаемого газа;
  • Реактор, емкость или резервуар, в котором происходит процесс образования биотоплива;
  • Системы подачи сырья в реактор установки;
  • Система передачи получаемого топлива от реактора и газгольдера, далее на этапы обработки и преобразования в другие виды энергии;
  • Системы автоматики, защиты и контроля за процессами производства газа и продуктов его переработки.

что это

На выше приведенной схеме, условно показан технологический цикл производства биогаза с использованием жидкого и твердого сырья, с дальнейшей его переработкой и получением тепловой и электрической энергий.

Как работает биогазовая установка?

Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:

  • в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
  • содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
  • скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.

устройство системы


Схема биогазовой установки.

Какое сырье подходит для биореактора?

Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).

Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.

биосырье

Использование биосырья для отопления дома.

Что нельзя использовать в биогазовой установке?

Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:

  • антибиотиков;
  • плесени;
  • синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
  • смол (в том числе опилки хвойных деревьев).

Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим. Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.

Биогаз из органических отходов

Получение биогаза из отходов относится к экологически чистому виду топлива. По своим характеристикам он практически ни в чем не уступает природному газу. Вот только извлекается не из земли, а путем брожения органических отходов.

Представить технологию извлечения биогаза можно следующим образом: в специальном сборнике, именуемом биореактором, осуществляется процесс переработки и брожения отходов. В результате этого совершается выделение смеси газов, состоящей из 60 % метана, 35 % — углекислого газа и оставшиеся 5 % — прочих газообразных веществ. Добытый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки используется в бытовых целях.

биогаз из отходов - принцип действия
dth: 610px) 100vw, 610px" src="/wp-content/uploads/cd1525e202c1bcd49d5534b65e3e23f9.jpg" data-lazy-="" data-medium-file="https://i2.wp.com/odnastroyka.ru/wp-content/uploads/2017/01/biogaz-iz-otxodov.jpg?fit=780%2C338" data-orig-file="https://i2.wp.com/odnastroyka.ru/wp-content/uploads/2017/01/biogaz-iz-otxodov.jpg?fit=780%2C338" data-orig-size="780,338" data-permalink="http://odnastroyka.ru/biogazovaya-ustanovka-svoimi-rukami-dlya-gazifikacii-doma/biogaz-iz-otxodov/" data-recalc-dims="1" height="264" title="Добыча биогаза" width="610" />Схема принципа действия биогазовой установки

Отработанные отходы, превратившиеся в первосортное удобрение, периодически извлекаются и вывозятся на поля.

На заметку: исследования показали, что поле обработанное удобрениями, перебродившими анаэробным методом дает урожай на 20-30 % больше, нежели поле удобренное обычным способом.

Эффективность биотоплива

Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.


Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.

Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.

Биогазовая установка для частного дома

В связи с тем, что в личном подсобном хозяйстве, количество образующихся органических отходов и продуктов деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур, ограничено, то в качестве основного и единственного источника энергии, вне зависимости от направленности (тепловая, электрическая, газ), биогазовые установки рассматривать не целесообразно.

К тому же, необходимо учитывать, что при работе подобных устройств, выделяется целая группа прочих газов (сероводород, аммиак и т.д.), которым свойственен специфический неприятный запах, что требует выполнять монтаж установки на некотором удалении от жилых помещений.

Конструктивно, подобная установка может выглядеть следующим образом:

  • Главный элемент — это реактор, в качестве которого выступает емкость, соответствующая объемами сырья. Емкость может быть установлена в различном исполнении (подземная, наземная и частично заглубленная конструкция).

  • В емкости должны быть предусмотрены загрузочный люк, отводная труба или штуцер для отвода газа, люк для удаления переработанного сырья (может совмещаться с загрузочным) и механизм перемешивания, при необходимости. Монтируемые узлы и элементы должны герметично закрываться и держать определенное давление.
  • К штуцеру отводной трубы подсоединяется отводящий трубопровод, на котором устанавливается запорный вентиль и манометр, для контроля за давлением получаемого газа.
  • При необходимости, может быть установлен электрический привод на мешалке установки, а также насос и транспортер в системах подачи сырья.

Получение биогаза

После того, как установка будет готова, в нее загружают биомассу, разведенную водой в соотношении примерно 2:3. Крупные отходы при этом должны быть измельчены – максимальный размер фракции не должен превышать 10 мм. Далее крышка закрывается – остается ждать, когда смесь начнет «бродить» и выделять биогаз. При оптимальных условиях первое поступление горючего наблюдается спустя несколько дней после загрузки.

О том, что газ «пошел», можно судить по характерному бульканью в водяном затворе. В это же время бочку стоит проверить на герметичность. Делается это с помощью обычного мыльного раствора – его наносят на все стыки и наблюдают, не появились ли пузыри.

Первое обновление биосырья нужно провести примерно через две недели. После того, как в воронку будет залита биомасса, из отводной трубы выльется такой же объем отработанной органики. Далее такую процедуру выполняют ежедневно или раз в два дня.

Домашняя биогазовая станция

Если обладатели установки хотят, чтобы она каждые сутки приносила по 0,7-0,9 м3 биогаза (вполне хватит на приготовления пищи для двух человек), то поступать нужно следующим образом.


  1. Загрузить камеру брожения объемом 1 м3 мелконарезанными и разведенными в воде органическими отходами (напомню – фруктовые и овощные очистки) в весовых соотношениях 1 : 10 – 1 : 5.
  2. Герметично закрыть ее и обеспечить подачу постоянной температуры от +25 до +30оС.

домашняя биогазовая установка
data-orig-size="996,607" data-permalink="http://odnastroyka.ru/biogazovaya-ustanovka-svoimi-rukami-dlya-gazifikacii-doma/domashnyaya-biogazovaya-ustanovka/" data-recalc-dims="1" height="372" title="Загрузка установки фруктовыми и овощными отходами" width="610" />

Для поддержания в камере постоянной температуры, через нее необходимо пропустить змеевик с горячей водой, прогреваемой посредством газа, вырабатываемого этой же установкой. На линии газопровода нужно установить два крана: один у газовой плиты, другой – на выходе из реактора.

На заметку: а вот наш смекалистый сельский народ уже давно задумывается, а некоторые и воплотили в жизнь, получение газа для отопления дома из собственных каловых масс — то бишь совмещают септик с биогазовой установкой. Если хорошо порыться в интернете, можно схемы даже найти.

Газосборник либо газгольдер – второй по значимости, после бродильни, элемент биогазовой установки. Он представляет из себя два стальных сосуда (один из которых перевернут вверх дном), беспрепятственно входящих друг в друга.
внешний сосуд заливается вода, образуя гидравлический затвор для биогаза, поступающего в полость перевернутого сосуда. Кольцевой зазор между стенками сосудов примерно 50 мм. Объединить оба резервуара можно при помощи трубок диаметром ½ дюйма. Такой же газопровод забирает газ из перевернутого сосуда и доставляет метан к обычной газовой плите. Снаружи газгольдер рекомендуется обложить утепленным шатром.

А что делать зимой?

Зимой эта биогазовая станция может работать только в самых южных районах страны. Потому как в условиях севера в это время обогрев для поддержания брожения потребует немного больше газа, чем она сможет выработать.

биогазовая установка, принципиальная схемаПринципиальная схема биогазовой установки работающей на навозе

Но зимнее время можно использовать с пользой — для сбора и загрузки камеры сухой биомассой. Тогда при наступлении теплого сезона вам не придется терять время на запуск установки – вы заполните реактор водой либо навозной жижей, и через три-четыре дня вы начнете получать биогаз в домашних условиях. Представляете сколько мы с вами этой биогазовой станцией «убили зайцев».

Ну, вот вроде бы и все, что хотел вам рассказать о добываемом биогазе в домашних условиях. Не говорите только никому. Иначе останетесь без отходов (шучу). На этом пока все, до новых статей.

На сколько хватает полученного биогаза?

В условиях небольшого хозяйства биогазовая установка не станет абсолютной альтернативой природному газу и прочим доступным источникам энергии. Например, с помощью устройства емкостью 1 м³ можно получить топлива только на пару часов приготовления пищи для небольшой семьи.

А вот биореактором в 5 м³ уже можно отопить помещение площадью 50 м², но его работу нужно будет поддерживать ежедневной загрузкой сырья массой не менее 300 кг. Для этого необходимо иметь в хозяйстве примерно десять свиней, пять коров и пару десятков кур.

Мастера, у которых получилось самостоятельно смастерить действующие биогазовые установки, делятся видео с мастер-классами на просторах интернета:

Реактор для большого хозяйства

Простая схема биореактора подходит для небольших хозяйств с 1-2 животными. Если вы владеете фермой, лучше всего установить промышленный реактор, который справится с большими объемами топлива. Лучше всего привлечь специальные фирмы, занимающиеся разработкой проекта и установкой системы.

Мембранный биореактор

Мембранный биореактор

Промышленные комплексы состоят из:

  • Емкости промежуточного хранения;
  • Установки-смесителя;
  • Биореактора;
  • Небольшой ТЭЦ, которая дает энергию для отопления зданий и теплиц, а также электричество;
  • Емкости для ферментированного навоза, используемого как удобрение.

Наиболее эффективный вариант – постройка одного комплекса для нескольких соседних хозяйств. Чем больше биоматериала перерабатывается, тем больше энергии получается в результате.

Перед тем как получить биогаз, промышленные установки нужно согласовать с санэпидемстанцией, пожарной и газовой инспекцией. Они документально оформляются, существуют специальные нормы по расположению всех элементов.

Как рассчитать объем реактора?

Объем реактора зависит от количества отходов, образующихся ежедневно. Помните, что емкость нужно заполнять только на 2/3 для эффективного брожения. Также учитывайте время брожения, температуру и тип сырья.

Реакторы для биогаза

Навоз лучше всего разбавлять водой перед отправкой в реактор. Для переработки навоза при температуре 35-40 градусов понадобится примерно 2 недели. Чтобы рассчитать объем, определите начальный объем отходов с водой и прибавьте 25-30%. Объем биомассы должен быть одинаковым каждые две недели.

Для фермерского хозяйства

При наличии у фермерского хозяйства, или иного не крупного предприятия, среднее количество органических отходов (пилорама, тепличное хозяйство, птицеферма и т.д.), появляется возможность смонтировать более крупную установку, позволяющую обеспечить собственные потребности в тепловой и электрической энергиях.
В этом случае процесс производства топлива аналогичен процессу, при использовании в частном порядке, отличие лишь в мощности агрегатов и соответственно, объемах перерабатываемого сырья.

Конструктивно, это может выглядеть следующим образом:

фермерство

На данной схеме представлены:

  • 1 – емкость накопитель продуктов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз);
  • 2 – фекальный насос, обеспечивающий подачу навоза для переработки;
  • 3 – котел (реактор), агрегат в котором происходит процесс разложения и брожения сырья;
  • 4 – элемент, обеспечивающий отвод переработанного сырья;
  • 5 – отводящий трубопровод;
  • 6 – газгольдер, накопитель биогаза;
  • 7 – устройство по преобразовании газа в тепловую энергию (газовая горелка);
  • 8 – получаемая тепловая энергия;
  • 9 – устройство по преобразованию газа в электрическую энергию (газогенератор);
  • 10 и 11 – электрическая и тепловая энергии, получаемые при работе газогенератора.

Как обеспечить активность биомассы?

Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.

Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:

  • Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
  • Нагревательные элементы внутри емкости;
  • Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.

В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.

Анаэробное сбраживание

Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.

Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.

Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.

Биогазовая установка для предприятия

Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).

Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:

предприятия

Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:

  1. несколько ступеней очистки газа;
  2. подготовка газа перед подачей на переработку;
  3. охлаждение перед подачей на газогенератор;
  4. прочие системы, в зависимости от конструкции установки и видов используемого сырья.

Правильный отвод газа

Биогаз из навоза выводится через верхнюю крышку реактора. В процессе брожения она должна быть плотно закрыта. Обычно используется водяной затвор. Он контролирует давление в системе, при возрастании крышка поднимается, срабатывает спусковой клапан. В качестве противовеса используется гиря. На выходе газ очищается водой и поступает по трубкам дальше. Очищение водой необходимо, чтобы убрать водяные пары из газа, иначе он не сгорит.

Получение удобрения с помощью биогаза и помета

Прежде чем перерабатывать биогаз в энергию, его нужно накопить. Хранить его следует в газгольдере:

  • Его изготавливают в форме купола и устанавливают на выходе из реактора.
  • Чаще всего его делают из железа и покрывают несколькими слоями краски для предотвращения коррозии.
  • В промышленных комплексах газгольдер представляет собой отдельный резервуар.

Еще один вариант, как сделать газгольдер: использовать мешок из ПВХ. Этот эластичный материал растягивается по мере наполнения мешка. При необходимости в нем можно хранить большое количество биогаза.

Средние цены

В настоящее время, биогазовые установки изготавливаются рядом отечественных и зарубежных компаний.

Наиболее популярны среди различных групп пользователей, следующие модели, это:

  • Мини биогазовая установка БУГ-М, производства Россия. В комплект установки входит оборудование емкостью 1,0 м3 (100 л) перерабатываемого сырья и выходом готового продукта в виде биогаза в объеме 1,0 м3/сутки и удобрения – 100 л/сутки.
    Стоимость комплекта – от 170000,00 рублей.
  • Биогазовая установка «BioMash-20», производство Россия.

цены

Объем перерабатываемого сырья составляет 700,0 кг/сутки, при этом выход готового продукта составляет:

  1. Электрической энергии – до 20,0 кВт/час;
  2. Тепловой энергии – до 2,4 Гкал/сутки.
    Данная модель может быть использована на животноводческих фермах по содержанию до 12 голов крупного рогатого скота, 250 свиней или до 1200 птиц, различных видов. Стоимость комплекта оборудования – от 2000000,00 рублей.
  • Биогазовые комплексы различной производительности, компании Rucons Gobal UG (Германия).
    Все оборудование изготавливается из нержавеющей стали и монтируется в отдельных технологических модулях (ферментация, смешивание, брожение, автоматика и управление и т.д.).
    Стоимость комплекта, в зависимости от производительности — от 2500000,00 рублей.

Подземная установка для производства биотоплива

Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.

С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.

Биотоплевная подземная установка

Биотоплевная подземная установка

Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.

Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.

Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.

Видео по теме: Биогазовая установка своими руками

Плюсы и минусы

Топливо, получаемое в биогазовых установках (биогаз), является возобновляемым и альтернативным традиционным, источником энергии.

Использование подобных агрегатов позволяет добиться положительных результатов в различных составляющих их применения, это:

  • Экологическая – при устройстве подобных установок вблизи предприятий, являющихся поставщиками сырья, уменьшается защитная санитарная зона вокруг них. Снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу.
  • Энергетическая – имея доступное сырье по минимальным ценам, а иногда и без таковой (бесплатно), в результате потребитель получает различные виды энергии и топлива с низкой себестоимостью.
  • Экономическая – монтаж биогазовых установок позволяет избежать строительства очистных сооружений и заградительных устройств (растекание навоза на животноводческих комплексах), и затрат по утилизации мусора.

плюсы

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

  1. Доступность различного вида сырья.
  2. Неисчерпаемость сырьевой базы, обеспеченная ростом сельскохозяйственного производства и объемов продукции пищевой отрасли.
  3. Обеспечивает утилизацию отходов жизнедеятельности животных и органического мусора.

Недостатками являются:

  1. Являясь экологически чистым видом топлива, биогаз, тем не менее, при сжигании, выделяет определенное количество вредных веществ в атмосферу.
  2. Территориальная зависимость места размещения установки от района нахождения источников сырья (крупные животноводческие комплексы, перерабатывающие предприятия и объекты сельскохозяйственного производства).
  3. Высокая стоимость комплекта оборудования и соответственно продолжительные сроки его окупаемости.

Источник: kachestvolife.club

Особенности процесса

Фото 3Навоз, как и помет, является не только экскрементами животных, но и очень сложным веществом.

Оно наполнено различными микроорганизмами, которые участвуют во многих химических и физических процессах.

Во время нахождения в кишечнике они перерабатывают пищу, разрушают сложные органические цепочки, превращая их в простые вещества, пригодные для усваивания через стенки кишечника.

При этом численность и активность микроорганизмов корректируется желудочным соком и выделяемыми кишечником веществами.

После попадания в биореактор их часть начинает усиленно поглощать кислород, выделяя в процессе своей жизнедеятельности различные газы. Именно они расщепляют сложные органические соединения, превращая их в вещества, пригодные для питания метанообразующих микроорганизмов.

Этот процесс называют гидролизом или брожением. Когда уровень кислорода падает до критического значения, эти микроорганизмы гибнут и перестают участвовать в происходящих процессах, а их работу выполняют анаэробные археи, то есть не нуждающиеся в кислороде.

Большинство людей считает метанообразующие микроорганизмы бактериями, подразумевая под этим их маленький размер, но ученые с недавнего времени (1990 год) относят их к метаногенам, то есть археобактериям (археям), питающимся водородом и окисью углерода (угарным газом).

Они отличаются от бактерий по своему строению, но сопоставимы с ними по размерам. Поэтому многие производители удобрений до сих пор называют их бактериями, ведь на уровне обычного пользователя устройств для получения биотоплива оба названия одинаково правильны.

Фото 4Метанобразующие микроорганизмы питаются расщепленной органикой, превращая ее в сапропель (донный ил, состоящий из смеси органических и неорганических веществ, среди которых есть гумусовые кислоты, являющиеся органической основой почвы) и воду с выделением метана.

Поскольку в процессе перегнивания участвуют не только метанобразующие микроорганизмы, то выделяемый ими газ состоит не только из метана, а также включает в себя:

  • углекислый газ;
  • сероводород;
  • азот;
  • воздушно-водную дисперсию.

Доля каждого газа зависит от количества и активности соответствующих микроорганизмов, на жизнедеятельность которых влияют многие факторы.

Среди них:

  • размер твердых фракций содержимого биореактора;
  • процентное соотношение жидких/твердых органических фракций;
  • исходный состав материала;
  • температура;
  • остаток подходящих для этих микроорганизмов питательных веществ на текущий момент.

Деятельность метанообразующих микроорганизмов

Фото 5Активность всех микроорганизмов, участвующих в процессе производства биотоплива, напрямую зависит от температуры среды, однако наименьшая зависимость у гнилостных микроорганизмов.

Несмотря на то, что часть из них также выделяет метан, общее количество этого газа сокращается по мере снижения температуры, зато возрастает количество других газов.

При температуре 5–25 градусов действуют лишь психрофильные метаногены, отличающиеся минимальной производительностью. Остальные процессы также замедляются, однако гнилостные бактерии довольно активны, поэтому смесь довольно быстро начинает гнить, после чего в ней сложно запустить процессы производства метана.

Нагрев до температуры 30–42 градуса (мезофильный процесс) увеличивает активность мезофильных метаногенов, обладающих не слишком высокой производительностью, а их основные конкуренты – гнилостные бактерии чувствуют себя довольно комфортно.

При температуре 54–56 градусов (термофильный процесс) вступают в действие термофильные микроорганизмы, обладающие максимальной способностью производить метан, из-за чего не только увеличивается выход биогаза, но и возрастает доля метана в нем.

Кроме того, резко снижается активность их основных конкурентов – гнилостных микроорганизмов, в связи с чем снижаются расходы расщепленной органики на производство других газов и ила.

Любые метаногены помимо газа выделяют еще и тепловую энергию, однако эффективно поддерживать температуру на комфортном уровне могут лишь мезофильные бактерии. Термофильные микроорганизмы выделяют меньше энергии, поэтому для их активного существования субстрат необходимо подогревать до оптимальной температуры.

Как увеличить выход?

Фото 6Поскольку производителями метана являются метаногены, то чтобы увеличить выход газа, необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов.

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как подстилка, скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями. Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции.

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями, разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если будет избыток метаногенов, то они быстро выработают доступные питательные вещества, после чего их производительность резко упадет, зато возрастет активность гнилостных микроорганизмов, которые перерабатывают органику в гумус другим способом.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Фото 7

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Очистка готового продукта снижает объем биогаза, зато резко повышает его теплотворную способность. Чтобы не потерять готовый биогаз, его необходимо закачивать в заранее подготовленные хранилища (газгольдеры), из которых он затем будет поступать к потребителям.

Технология производства и оборудование

Замкнутый технологический цикл, подразумевающий минимальное использование внешней энергии, включает в себя:

  • сбор и подготовку навоза;
  • загрузку и обслуживание биореактора;
  • слив и утилизацию отходов;
  • очистку газа;
  • генерацию электрической и тепловой энергии.

Сбор и подготовка материала

Собранные в навозоприемнике экскременты содержат много крупных фрагментов, поэтому их измельчают с помощью любых подходящих измельчителей. Нередко эту функцию выполняет насос, перекачивающий материал в биореактор.

Вручную или с помощью автоматизированных систем определяют уровень влажности продукта и при необходимости добавляют в него чистую нехлорированную воду.

Если для увеличения объема биогаза в сырье добавляют зеленую массу (скошенную траву, листву и т. д.), то ее тоже предварительно измельчают с помощью специального оборудования.

Загрузка и обслуживание биореактора

Фото 8Измельченный и при необходимости наполненный зеленой массой субстрат фильтруют, затем закачивают в емкость, расположенную неподалеку от биореактора.

В ней готовый к использованию раствор нагревают до необходимой температуры (зависит от режима брожения) и после заполнения сливают в биореактор, который со всех сторон окружен водяной рубашкой.

Такой способ обогрева обеспечивает одинаковую температуру во всех слоях содержимого, а для нагрева теплоносителя (воды) используют часть произведенного газа (во время первых загрузок подогревать теплоноситель придется за счет сторонних источников энергии). Однако возможны и другие способы нагрева содержимого.

1–3 раза в сутки содержимое перемешивают, чтобы избежать сильного расслоения и повысить эффективность переработки навоза в газ.

В верхней части реактора скапливается выработанный бактериями газ, из-за чего появляется небольшое положительное давление. Отбор газа в газгольдер происходит периодически по мере достижения определенного давления или постоянно, но в этом случае количество отобранного газа регулируют, чтобы сохранять необходимое давление.

Слив и утилизация отходов

Полностью перегнивший материал, благодаря более высокой плотности оседает на дно реактора, а между ним и наиболее активным слоем появляется прослойка отработанной жидкости. Поэтому перед перемешиванием ее удаляют вместе с частью ила, которые затем разделяют.

Фото 9

Оба вида отходов являются сильными натуральными удобрениями — жидкость ускоряет развитие растений, а ил улучшает структуру/качество почвы и содержит гуминовые вещества.

Поэтому оба вида отходов можно продавать, а также использовать на собственных полях. Если отходы не планируется сразу разделять на фракции, то их необходимо периодически перемешивать, чтобы ил не слежался, иначе его трудно будет извлечь во время опорожнения емкости.

Очистка газа

Для очистки биогаза применяют несколько технических решений, каждое из которых нацелено на удаление из его состава определенного вещества. Воду удаляют с помощью конденсации, для чего продукт сначала нагревают, затем проводят через холодную трубу, на стенках которой и оседают капельки воды.

Сероводород и углекислый газ удаляют с помощью сорбентов при высоком давлении. Правильно построенная линия очистки поднимает содержание метана до уровня 93–98%, что превращает биогаз в очень эффективное горючее, способное конкурировать с другим газообразным топливом.

Сделать серьезное оборудование для очистки в домашних условиях невозможно, тем не менее, можно пропускать готовый продукт через воду при высоком давлении, благодаря чему двуокись углерода будет превращаться в углекислоту.

При этом воду нужно постоянно менять, ведь ее способность впитывать углекислый газ ограничена. Отработанную воду необходимо нагреть (углекислый газ выйдет), после чего ее можно снова использовать для очистки. Но даже таким способом очищать готовый продукт должен опытный химик, способный подобрать нужные температуры и давление.

Генерация тепловой и электрической энергии

Фото 10Благодаря высокой теплотворной способности очищенный биогаз хорошо подходит для питания электрогенераторов и различных нагревательных устройств.

Это снижает выход готового газа, но позволяет обойтись без дополнительных источников энергии за исключением первых нескольких дней, пока биореактор выйдет на полную мощность.

Для перевода двигателей внутреннего сгорания на метан необходимо установить правильный угол зажигания, ведь октановое число этого топлива составляет 105–110 единиц. Это можно сделать как механическими способами (повернув трамблер), так и изменив программу электронного блока управления.

Если же двигатель будет работать только на метане, без использования бензина, то его необходимо форсировать, повышая степень сжатия.

Это не только увеличит КПД мотора, позволив более бережно расходовать газ, но и сделает двигатель более долговечным, ведь чем меньше степень сжатия, тем выше температура в камере сгорания, а значит, выше вероятность прогорания поршней или клапанов.

Для перевода на биогаз отопительных приборов, включая водогрейные котлы, необходимо подобрать жиклер правильного размера, чтобы количество производимой тепловой энергии соответствовало режиму работы. Это особенно важно для систем с автоматическим управлением, действующих по определенной программе.

Объем биореактора

Фото 11Объем биореактора рассчитывают, исходя из цикла полной переработки органики, который составляет для:

  • мезофильного процесса 12–30 дней;
  • термофильного процесса 3–10 дней.

Объем реактора определяют следующим образом – умножают суточный выход навоза, разведенного до необходимой влажности (90%), на максимальное количество дней, необходимое для полного перегнивания, затем полученный результат увеличивают на 10–30%.

Такое увеличение необходимо для создания первого газгольдера, в котором будет накапливаться выработанный газ.

Производительность

Несмотря на то, что при любом температурном режиме общий выход газа примерно одинаков, есть существенная разница — получить его за 3–5 дней при максимальной производительности или собирать его в течение месяца.

Поэтому поднять производительность можно лишь с помощью увеличения объема перерабатываемого материала, а значит и использования более крупного биореактора.

Перевод на термофильный процесс позволяет увеличить производительность даже при сокращении объема реактора, однако в этом случае резко возрастают издержки, связанные с нагревом смеси.

Приблизительные параметры выхода биогаза из разных видов навоза/помета, а также других материалов рассмотрим ниже в таблицах. Для перевода указанных значений в тонны готовой смеси влажностью 90% данные из второго столбца нужно умножать на 80–120.

Такой разброс связан с:

  • особенностями кормления животных или птиц;
  • материалом и наличием подстилки;
  • эффективностью измельчения.

Отходы животноводства и птицеводства

Тип сырья Выход газа (м3 на кг сухого вещества) Содержание метана (%)
Навоз КРС 0,250 — 0,340 65
Свиной навоз 0,340 — 0,580 65-70
Птичий помет 0,310-0,620 60
Конский навоз 0,200 — 0,300 56-60
Овечий навоз 0,300 — 0,620 70

Бытовые отходы

Тип сырья Выход газа (м3 на кг сухого вещества) Содержание метана (%)
Сточные воды, фекалии 0,310-0,740 70
Овощные отходы 0,330 — 0,500 50-70
Картофельная ботва 0,280 — 0,490 60-75
Свекольная ботва 0,400-0,500 85

Растительность

Тип сырья Выход газа (м3 на кг сухого вещества) Содержание метана (%)
Пшеничная солома 0,200-0,300 50-60
Солома ржи 0,200-0,300 59
Ячменная солома 0,250-0,300 59
Овсяная солома 0,290-0,310 59
Кукурузная солома 0,380-0,460 59
Лен 0,36 59
Конопля 0,36 59
Свекольный жом 0,165
Листья подсолнечника 0,3 59
Клевер 0,430-0,490
Трава 0,280-0,630 70
Листва деревьев 0,210-0,290 58

Оценка рентабельности

Фото 12При оценке рентабельности необходимо учитывать все виды доходов и расходов, в том числе непрямые.

К примеру, выработка электроэнергии для собственных нужд позволяет отказаться от ее покупки, а в некоторых случаях еще и от инвестиций в коммуникации, что можно отнести к непрямым доходам.

Один из видов непрямых доходов – отсутствие претензий со стороны жителей прилегающих земель, вызванных неприятным запахом, который издает сваленный в кучи навоз. Ведь законы РФ гарантируют человеку право дышать чистым воздухом, поэтому при обращении в суд такой истец вполне может выиграть процесс и обязать производителя навоза за свой счет устранять неприятный запах.

Сваливание навоза или помета в кучи не только портит воздух, но также представляет серьезную угрозу для почвы и грунтовых вод. Гниющая естественным образом куча органики резко увеличивает кислотность почвы и вытягивает из нее азот, поэтому даже через несколько лет на этом месте сложно вырастить хоть что-нибудь.

В любых экскрементах содержатся гельминты и возбудители различных болезней, которые, попав в грунтовую воду, могут проникнуть в водопровод или колодец, из-за чего возникнет угроза для животных и людей.

Поэтому возможность рециклинга опасных отходов в относительно безопасные ил и техническую воду можно отнести к очень крупным непрямым доходам.

К непрямым расходам можно отнести потребление газа для выработки электроэнергии и нагрева теплоносителя. Кроме того, на рентабельность влияет возможность продажи отходов переработки, то есть высушенного или влажного шлама (ила) и очищенной технической воды, насыщенной различными микроэлементами.

Фото 13Многое зависит от размеров капитальных вложений, ведь можно купить все оборудование у известной фирмы и по довольно высокой цене, а можно часть его сделать самостоятельно.

Не менее важным является и уровень автоматизации, ведь чем он выше, тем меньше необходимо работников, а значит, меньше расходов на зарплату и уплату налогов за них.

При правильном выборе оборудования и грамотной организации всего процесса получение биогаза окупается за несколько лет даже без продажи очищенного биогаза.

Ведь к доходам можно отнести:

  • заметное снижение расходов, связанных с утилизацией экскрементов;
  • повышение плодородности земель за счет удобрения технической водой и шламом;
  • снижение затрат на покупку энергоносителей;
  • снижение затрат на приобретение удобрений.

Меры безопасности

Производство биогаза – это очень опасный процесс, ведь приходится работать с токсичными и взрывоопасными материалами. Поэтому повышенные меры безопасности необходимо принимать на всех этапах – от разработки проекта оборудования до транспортировки очищенного газа к конечным потребителям и утилизации отходов.

По этой причине разработку проекта биореактора и его изготовление лучше доверить профессионалам. Если же его приходится делать самостоятельно, то желательно за основу брать серийно выпускаемые устройства и тщательно проверять их герметизацию.

Даже небольшая щель или трещина в реакторе или газгольдере приведет к подсосу воздуха и создаст высокую вероятность образования взрывоопасной смеси из метана и кислорода.

Кроме того, попавший внутрь кислород негативно повлияет на активность метаногенов, из-за чего суточная выработка метана снизится, а при достаточном количестве кислорода полностью прекратится. Утечка метана или неочищенного газа в помещении создаст угрозу отравления и высокую вероятность взрыва.

Организация и техническое исполнение всего процесса должны полностью соответствовать этим документам:

  • Фото 14ГОСТ 26074-84 (СТ СЭВ 2705-80) Навоз жидкий. Ветеринарно-санитарные требования к обработке, хранению, транспортированию и использованию;
  • Ветеринарно-санитарные правила подготовки к использованию в качестве органических удобрений навоза, помета и стоков при инфекционных и инвазионных болезнях животных и птицы;
  • НТП 17-99х Нормы технологического проектирования систем удаления и подготовки к использованию навоза и помета;
  • ГОСТ Р 53790-2010 Нетрадиционные технологии. Энергетика биоотходов. Общие технические требования к биогазовым установкам.

Плюсы и минусы по сравнению с другими видами топлива

Для того, чтобы сравнивать между собой различные виды топлива и тем более разные виды энергий, необходимо определить, какие именно параметры подлежат сравнению. При этом сравнивать стоимость некорректно, ведь нормальной цена биогаза станет только после периода окупаемости.

Сравнивать по теплотворной способности также некорректно, потому что далеко не всегда топливо с меньшей теплотворной способностью оказывается хуже более теплотворного.

К примеру, дрова обладают меньшей теплотворной способностью, чем солярка, но во многих случаях они оказываются более подходящим видом топлива.

Поэтому сравнивать разные виды топлива и энергии можно по таким параметрам, как:

  1. Пригодность для использования в автомобилях, электрогенераторах и системах отопления (в баллах, 1 балл – подходит для всех, 2 балла – для некоторых, 3 балла – для любого одного).
  2. Необходимость создавать специальные условия для хранения (1 балл – можно в любых условиях, 2 балла – нужны специальные емкости, 3 балла – помимо специальных емкостей необходимо дополнительное оборудование, 4 балла – хранение невозможно).
  3. Сложность переделки оборудования под другое топливо или энергию (1 балл – минимальные переделки, которые сможет сделать даже человек без опыта; 2 – переделки, доступные более-менее разбирающемуся в вопросе любителю и не требующие какого-то узкоспециализированного оборудования, 3 балла – необходима капитальная переделка).
  4. Негативное влияние на экологию (в баллах, 1 – наименьшее, 2 балла – среднее, 3 балла – максимальное);
  5. Является ли топливо или энергия возобновляемым (в баллах, 1 балл – полностью (к примеру, ветер или солнечный свет); 2 балла – условно, то есть в определенных условиях, или после каких-то действий, 3 балла – нет).
  6. Зависит ли от рельефа местности, времени года и погоды (в баллах, 1 балл – нет, 2 балла – частично, 3 балла – зависит от всего).
Название топлива или энергии Параметры для сравнения
Возможности использования Хранение Оборудование Влияние на экологию Возобновляемость Зависимость от внешних факторов
Биогаз очищенный (содержание метана 95-99%) 1 3 1–2 1 1 1
Пропан 1 2–3 1–2 2 3 1
Бензин 1 2 2 3 3 1
Мазут 3 2 3 3 3 1
Солярка 2 2 3 3 3 1
Дрова 3 1 3 2 1 2
Каменный уголь 3 1 3 2 3 2
Электричество 1 4 3 1 2 1
Энергия ветра 2 4 3 1–2 1 3
Энергия солнца 2 4 3 1 1 3
Энергия движения воды (реки) 2 4 3 1–2 1 3

Получение разрешения

Фото 15Несмотря на то, что навоз относится к третьему классу опасности, то есть умеренно опасным отходам, для утилизации необходимо получать лицензию.

Но это относится лишь к тем случаям, когда биогаз или полученную из него электроэнергию собираются продавать.

Кроме того, лицензирование необходимо, если метантенк будет работать на покупном сырье. Если же полученный биогаз будет использован только для нужд того, кто его производит, то нет необходимости получать лицензию.

Кроме того, необходимо получить разрешение на строительство, а также согласовать проект со следующими ведомствами:

  • Ростехнадзором;
  • Пожарной Инспекцией;
  • СЭС;
  • Газовой службой.

Иногда владельцы мелких и не очень мелких подсобных хозяйств пренебрегают согласованиями и разрешениями, ведь они строят все на своей земле и никому не продают продукты переработки.

Такая позиция чревата серьезным штрафом, ведь биогазовые установки относят к опасным производствам, поэтому они должны быть внесены в государственный реестр опасных производственных объектов Ростехнадзора.

Кроме того, подобные объекты нужно застраховать на случай аварии, а перед запуском их должны проверить специалисты соответствующих ведомств.

Тем не менее, владельцы небольших домашних установок пренебрегают регистрацией, потому что стоимость разрешений сводит на нет все преимущества такого способа утилизации навоза.

Однако делают они это на свой страх и риск, потому что в случае любых чрезвычайных происшествий им придется не только заплатить штрафы за отсутствие сведений в реестре, но и отвечать за все последствия.

Форумы

Мы подготовили список интернет-форумов, где пользователи обсуждают различные вопросы, связанные с получением биогаза из навоза и необходимым для этого оборудованием:

  • Фермер RU;Фото 1
  • Фермер BY;
  • Abok;
  • ИМХО Дом;
  • Технический форум на ykt.ru;
  • Агрофорум;
  • Веселое подворье;
  • Бизнес форум Выгодное Дело;
  • РМНТ.

Видео по теме

На видео показаны все этапы процесса переработки навоза в биогаз:

Вывод

Биогаз – это продукт переработки навоза и помета, а также хорошая альтернатива другим видам топлива. Несмотря на необходимость серьезных капитальных вложений, а также оформления множества разрешений и согласований, его производство позволит с пользой утилизировать отходы жизнедеятельности животных и птиц.

Источник: rcycle.net

Условия получения и энергетическая ценность биогаза

Для того что бы собрать малогабаритную установку необходимо знать из какого сырья и по какой технологии можно получить биогаз.

Газ получается в процессе разложения (ферментации) органических веществ без доступа воздуха (анаэробный процесс): помет домашних животных, солома, ботва, опавшие листья и др. органические отходы, образующиеся в индивидуальном хозяйстве. Отсюда следует, что биогаз можно получать из любых хозяйственно бытовых отходов которые могут разлагаться и бродить в жидком или влажном состоянии.

Процесс разложения (ферментации) проходит в две фазы:

  1. Разложение биомассы (гидротация);
  2. Газификация ( выделение биогаза).

Эти процессы происходят в ферментаторе (анаэробной биогазовой установке).

Ил полученный после разложения в биогазовых установках, повышает плодородие почв и урожайность повышается 10-50%. Таким образом, получается ценнейшее удобрение.

Биогаз состоит из смеси газов:

  • метан-55-75%;
  • углекислый газ-23-33%;
  • сероводород-7%.

Метановое брожение — это сложный процесс брожения органических веществ — бактериальный процесс. Главное условие протекания этого процесса, наличие тепла.

В процессе разложения биомассы образуется тепло, которого достаточно для протекания процесса, что бы сохранить это тепло ферментатор необходимо теплоизолировать. При понижении температуры в ферментаторе снижается интенсивность газовыделения, так как микробиологические процессы в органической массе замедляются. Поэтому надежная теплоизоляция биогазовой установки (биоферментатора) одно из наиболее важных условий ее нормальной работы. При загрузке навоза в ферменттатор необходимо смешивать с горячей водой с температурой 35-40 оС. Это поможет обеспечить необходимый режим его работы.

При догрузке потери тепла нужно сводить к минимумуИнженерная помощь по биогазу

Для лучшего обогрева ферментатора можно использовать «тепличный эффекта». Для этого над куполом устанавливают деревянный или легкий металлический каркас и покрывают полиэтиленовой пленкой. Наилучшие результаты достигаются при температуре сырья, которое сбраживается 30-32°С и влажности 90-95 %. В районах средней и северной полосы часть получаемого газа необходимо расходовать в холодные периоды года на дополнительный подогрев сбраживаемой массы, что усложняет конструкцию биогазовых установок.

Установки несложно соорудить в индивидуальных хозяйствах в виде специальных ферментаторов для сбраживания биомассы. Основным органическим сырьем для загрузки в ферментатор является навоз.

При первой загрузке навоза КРС процесс ферментации должен быть не менее 20 сут, свиного не менее 30 сут. Газа получить можно больше при загрузке смеси из различных компонентов по сравнению с загрузкой, например навоза КРС.

Например, смесь навоза КРС и птичьего помета при переработке дает до 70% метана в биогазе.

После того как процесс сбраживания стабилизировался, нужно загружать сырье каждый день не более 10% от количества перерабатываемой в ферментаторе массы.

Рекомендуемая влажность сырья летом 92-95 %, зимой — 88-90 %.

При ферментации помимо производства газа происходит обеззараживание органических веществ. Органические отходы избавляются от патогенной микрофлоры, дезодорация выделяемых неприятных запахов.

Образующийся ил нужно периодически выгружать из ферментатора, его используют как удобрение.

При первом наполнении биогазовой установки отбираемый газ не горит, это происходит, потому что первый полученный газ содержит большое количество углекислого газа, около 60%. Поэтому его необходимо выпустить в атмосферу, и через 1-3 дня работа биогазовой установки стабилизируется.

Таблица №1- количество газа получаемого получаемого за сутки при ферментации экскриментов одного животного

Животное

Живая масса животного, кг

Получаемый оббьем газа, м3/сут

КРС

500-600

1,5

Свиньи

80-100

0,2

Курица или кролик

1,5-5

0,015

По количеству выделяемой энергии 1 м3 биогаза эквивалентен:

  • 1,5 кг каменного угля;
  • 0,6 кг керосина;
  • 2 кВт/ч электроэнергии;
  • 3,5 кг дров;
  • 12 кг навозных брикетов.

Источник: helpinginer.ru

Плюсы использования биотехнологий

Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.

Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.

Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.

Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.

При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.

Механизм образования газа из органического сырья

Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.

Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.

Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород.

Собственно, это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.

Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс брожения навоза и разложения его на составляющие:

  • метан (до 70%);
  • углекислый газ (примерно 30%);
  • другие газообразные вещества (1-2%).

Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем выкачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.

Второе важное условие для эффективного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов.

Причем в навозе содержится два вида бактерий:

  • мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
  • термофильные. Для их размножения необходимо соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.

Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива.  При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.

Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами.

Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.

Расчеты эффективности применения биогаза

Оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива помогут несложные расчеты. Одна корова весом 500 кг производит в сутки примерно 35-40 кг навоза. Этого количества хватит для получения около 1.5 м3 биогаза, из которого в свою очередь можно выработать 3 кВт/ч электроэнергии.

Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и смеси из нескольких компонентов, имеющих влажность 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонние химические примеси, отрицательно влияющие на процесс переработки.

Самый простой рецепт смеси придумал еще в 2000 году один русский мужик из Липецкой области, который построил своими руками простейшую установку для получения биогаза. Он смешивал 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавлял воду (примерно 65% от веса всех ингредиентов) и разогревал смесь до 35 градусов.

Через две недели бесплатное топливо готово. Эта небольшая установка вырабатывала 40 м3 газа в день, что вполне хватало для обогрева дома и хозпостроек в течение полугода.

Варианты установок для получения биотоплива

После проведения расчетов необходимо определиться, как изготовить установку, чтобы получить биогаз в соответствии с потребностями своего хозяйства. Если поголовье скота небольшое, то подойдет простейший вариант, который нетрудно изготовить из подручных средств своими руками.

Крупным фермерским хозяйствам, у которых есть постоянный источник большого количества сырья, целесообразно построить промышленную автоматизированную биогазовую систему. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения специалистов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.

Сегодня существуют десятки компаний, которые могут предложить множество вариантов: от готовых решений, до разработки индивидуального проекта. Для удешевления строительства можно скооперироваться с соседними хозяйствами (если такие имеются поблизости) и построить одну на всех установку для получения биогаза.

Следует учесть, что для постройки даже небольшой установки необходимо оформить соответствующие документы, сделать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается в помещении), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.

Мини-завод по производству газа на покрытие нужд небольшого частного хозяйства можно сделать собственноручно, ориентируясь на конструкцию и специфику устройства установок, выпускаемых в промышленном масштабе.

Самостоятельным мастерам, решившим заняться сооружением собственной установки, надо запастись емкостью для воды, водопроводными или канализационными пластиковыми трубами, угловыми отводами, уплотнителями и баллоном для хранения полученного в установке газа.

Особенности биогазовой системы

Полноценная биогазовая установка представляет собой сложную систему, состоящую из:

  1. Биореактора, где протекает процесс разложения навоза;
  2. Автоматизированной системы подачи органических отходов;
  3. Устройства для перемешивания биомассы;
  4. Оборудования для поддержания оптимального температурного режима;
  5. Газгольдера – емкости для хранения газа;
  6. Приемника отработанных твердых отходов.

Все вышеперечисленные элементы устанавливаются в промышленные установки, работающие в автоматическом режиме. Бытовые реакторы, как правило, имеют более упрощенную конструкцию.

Принцип работы установки

Основным элементом системы является биореактор. Существует несколько вариантов его исполнения, главное – обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание кислорода. Он может быть выполнен в виде металлической емкости различной формы (чаще цилиндрической), расположенной на поверхности. Нередко для этих целей используются 50-ти кубовые пустые топливные цистерны.

Можно приобрести готовые емкости разборной конструкции. Их преимущество – возможность быстрой разборки, и при необходимости – перевозки в другое место. Промышленные поверхностные установки целесообразно применять в крупных хозяйствах, где есть постоянный приток большого количества органического сырья.

Для небольших подворий больше подходит вариант подземного размещения резервуара. Поземный бункер строится из кирпича или бетона. Можно закопать в землю готовые емкости, например, бочки из металла, нержавеющей стали или ПВХ. Возможно также их поверхностное размещение на улице или в специально отведенном помещении с хорошей вентиляцией.

Независимо от того, где и как размещается реактор, он снабжается бункером для загрузки навоза. Прежде чем загрузить сырье, оно должно пройти предварительную подготовку: его измельчают на фракции не больше 0,7 мм и разбавляют водой. В идеале влажность субстрата должна быть около 90%.

Автоматизированные установки промышленного типа оснащаются системой подачи сырья, включающей приемник, в котором смесь доводится до необходимого увлажнения, трубопровод для подачи воды и насосную установку для перекачки массы в биореактор.

В домашних установках для подготовки субстрата используются отдельные емкости, где отходы  измельчаются и перемешиваются с водой. Затем масса загружается в приемный отсек. В реакторах, расположенных под землей, бункер для приема субстрата выводится наружу, подготовленная смесь самотеком по трубопроводу поступает в камеру для брожения.

Если реактор размещен на земле или в помещении, входная труба с приемным устройством могут располагаться в нижней боковой части емкости. Возможно также трубу вывести в верхнюю часть, а на ее горловину надеть раструб. В этом случае биомассу придется подавать при помощи насоса.

В биореакторе также необходимо предусмотреть выходное отверстие, которое делают практически на дне емкости с противоположной стороны от входного бункера. При подземном размещении выходная труба устанавливается косо вверх и ведет в приемник для отходов, по форме напоминающий ящик прямоугольной формы. Его верхний край должен находиться ниже уровня входного отверстия.

Процесс протекает следующим образом: входной бункер принимает новую партию субстрата, которая стекает в реактор, одновременно такое же количество отработанной массы по трубе поднимается в приемник для отходов, откуда он в дальнейшем вычерпывается и используется в качестве высококачественного биоудобрения.

Хранение биогаза осуществляется в газгольдере. Чаще всего он находится прямо на крыше реактора и имеет форму купола или конуса. Он изготавливается из кровельного железа, а затем, чтобы предотвратить коррозийные процессы, окрашивается несколькими слоями масляной краски.

В промышленных установках, рассчитанных на получение большого количества газа, газгольдер нередко выполняется в виде отдельно стоящего резервуара, соединенного с реактором трубопроводом.

Газ, полученный в результате брожения, не подходит для использования, поскольку в нем содержится большое количество водяных паров, и в таком виде он не будет гореть. Чтобы очистить его от фракций воды, газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера выводится труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а уже оттуда он по пластиковой или металлической трубе подается потребителям.

В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.

Условия эффективной работы биореактора

Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо  равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.

Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.

Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.

Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами или встроить в основание емкости нагревательный элемент.

Чтобы уменьшить потери тепла, рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол и другие его разновидности.

Определение требующегося объема

Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.

Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.

Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).

Строительство подземного сооружения

Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.

С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.

Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.

Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.

Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.

Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы  заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.

Выводы и полезное видео по теме

Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:

Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в  видеосюжете:

Как происходит загрузка навоза в подземную установку показано в следующем ролике:

Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все тщательно просчитать и подготовить.

Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам.

Если при ознакомлении с представленной информацией у вас появились вопросы, или есть предложения которыми вы хотите поделиться с посетителями сайта, пожалуйста, оставляйте комментарии в расположенном ниже блоке.

Источник: sovet-ingenera.com


Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.