-> Производство, строительство, сельское хозяйство
Биогаз из навоза: просто, экономично, экологично
Предлагаемая статья будет, я думаю, интересна фермерам. Описываемая технология получения биогаза из естественного природного материала (в данном случае - из навоза), по большому счету, позволяет, в первую очередь, безболезненно утилизировать небезопасные продукты жизнедеятельности животных, а уже потом является способом получения относительно недорого источника топлива. Впрочем, давайте по-порядку.
Безусловно, традиционный конский или коровий навоз, да еще щедро сдобренный соломой из подстилки, - это ценное удобрение. Но на современной свиноферме навоз совсем другой. Навоз в помещениях смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а вот концентрация сухих веществ - т.е. именно то, что определяет ценность навоза как удобрения,- уменьшается буквально практически до нуля. Использовать, в принципе, можно, но...
При этом все это огромное количество жижи приходится где-то хранить, как минимум в зимний период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз необходимо еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов и семян сорняков, которые после внесения в почву, немедленно пойдут в рост. К тому же очень трудно предотвратить просачивание жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и зловонного запаха от таких хранилищ никак не избежать. Сегодня обезвреживание навозных стоков превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.
Способ обезвреживания навоза, как и любых других органических остатков, известен давно - это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов постепенно разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация - погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть.
Однако качество удобрения при этом страдает: пропадает до 40 % содержащегося в нем азота и немало фосфора. Пропадает и энергия, потому что впустую рассеивается выделяющееся тепло, а в навозе, между прочим, заключена почти половина всей энергии, поступающей на ферму с кормами. Отходы же от свиноферм для компостирования вообще не годятся, так как они слишком жидкие.
Но есть и другой путь переработки органического вещества - анаэробный, без доступа воздуха. Именно такой процесс происходит в естественном биологическом реакторе - желудке всех живых существ. Та же корова производит в сутки до 500 литров метана; из общей продукции метана на Земле почти четверть - 100-200 млн. тонн в год! - имеет «животное» происхождение.
По сравнению с аэробным разложением при компостировании процесс идет медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт - биогаз, в котором 60-70 % метана, который при горении выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.
Таким способом прекрасно перерабатывается тот самый жидкий навоз со свинофермы: пройдя через биореактор, эта зловонная жижа превращается в прекрасное удобрение.
Оборудование для переработки жидкого навоза в биогаз можно приобрести готовое, собственно крупные хозяйства так и поступают, но для фермера-одиночки гораздо выгоднее построить такой биореактор для переработки навоза в биогаз своими силами, благо не так уж это сложно.
Как работает биореактор
Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30- 55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации не менее 12 суток. Можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.
При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30-40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения - жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты - целлюлоза и лигнин - сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения - щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10-15 %.
Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.). Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.
Немного о цифрах и выгоде
К примеру, реактор объемом 75 кубометров способен «влегкую» перерабатывать все отходы с фермы на 2500 свиней, давая хозяину высококачественное удобрение и от 300 до 500 кубометров газа в сутки. Кроме того, сегодня это единственная технология переработки и обеззараживания отходов свиноводства, которая себя окупает. Причем окупает даже не столько самим получаемым биогазом, сколько экологическим благополучием, ведь в ином случае пришлось бы строить навозохранилища и очистные сооружения. Кроме того, не будем забывать о переработанном навозе, как готовом хорошем удобрении, а значит, меньше будет применяться гербицидов. Сам же биогаз скорее как бесплатное приложение: приятно, но не обязательно.
Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффективность этой технологии. Обычно считают как раз по полученному биогазу: затрат столько-то, газа получено столько, соответствующее количество солярки стоит столько. В итоге получается выгодно, но сроки окупаемости не рекордные. Но в любом случае, полученного биогаза хватает, чтобы обеспечить до половины энергопотребностей средней фермы, включая отопление и горячую воду и, как следствие, значительно сократить затраты энергии в сельхозпроизводстве, сделать его более экологически чистым и безотходным.
Картина получилась бы значительно более полной и привлекательной, если бы к получаемому энергетическому эффекту прибавить еще эффект экологический, переведя его в деньги. Но как это сделать, пока никто так и не придумал.
Установка по производству биогаза (биореактор)
Установка по производству биогаза может быть построена в любом хозяйстве из доступных материалов.
Основа биогазовой установки - герметичная емкость с теплообменником (теплоноситель - вода, нагретая до 50-60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа. Сама конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.
Для небольшой установки наиболее разумное решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. На рисунке показана схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 куб.м. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция - направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На приведенной схеме перегородки показаны условно, их число и размещение зависят от свойств навоза - от текучести, количества подстилки.
Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток - минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).
Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагревательные аппараты АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пенополиуриетана и пр.
При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.
Если несколько мелких ферм или индивидуальных хозяйств расположены недалеко, наиболее логичным вариантом будет организовать общую, централизованную переработку отходов и получаемый биогаз подавать обратно на фермы или в хозяйства по трубопроводам. Кстати, давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм вод. ст.), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.
Разумеется, постройка и установка даже небольшого реактора для производства биогаза не обойдется без согласований. Документация, представляемая в соответствующие надзорные органы, должна содержать: технологическую схему установки, план размещения биореактора и теплогенератора, потоки энергии и продуктов, трубопроводы, схему подключения насоса и осветительной арматуры, смету расходов. На генплане хозяйства также нужно будет показать основные трубопроводы, подъездные пути, громоотвод. При устройстве и в дальнейшей эксплуатации биореактора необходимо соблюдать нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. В обязательном порядке еще на стадии проектирования следует предусмотреть вентиляцию, которая должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м3 восьмикратный обмен воздуха в час. Документацию на подобный объект необходимо будет согласовать с газовой инспекцией, сэс и пожарной охраной.
Применение биогаза в хозяйстве
Ну, а теперь давайте посмотрим, какую экономическую выгоду может принести лично вам установка для производства биогаза.
Примерная суточная производительность реактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4-8 % - два объема газа на объем реактора, т.е. биореактор объемом 50 кубов будет давать в сутки 100 кубометров биогаза. На долю «товарного» газа, приходится в среднем около 70 кубов, а остальное идет на технологический подогрев самой установки. Годовой объем производства биогаза получается около 25 тыс. куб.м., что эквивалентно 16,75 т жидкого топлива. Выгодно? Разумеется!
И это еще не учитывая стоимость очищенного переработанного навоза как удобрения.
Ориентировочно переработка «бесподстилочного» навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 куб.метра биогаза, от 10 свиней - 1-3 куб.м., от 10 овец - 1-1,2 куб.м., от 10 кроликов - 0,4-0,6 куб.м. Кстати, потребность в газе для односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 куб.м. в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома.
Тепло, получаемое при сжигании биогаза, может быть использовано, кроме подогрева воды (отопление, горячее водоснабжение) и приготовления пищи, также и для отопления теплиц, а в летний период, когда биогаз в избытке, для сушки сена и других кормов. Можно использовать биогаз и для выработки электроэнергии, но это экономически менее выгодно.
Еще одно направление использования биогаза - утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 34 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит «воздушным удобрением», увеличивая продуктивность растений.
По материалам http://www.newchemistry.ru
Приводились теоретические основы производства газа метана из биомассы путем анаэробного сбраживания.
Была объяснена роль бактерий в поэтапном преобразовании органических веществ с описанием необходимых условий для наиболее интенсивного получения биогаза. В данной статье будут приведены практические реализации биогазовых установок, с описанием некоторых самодельных конструкций.
Поскольку цены на энергоносители растут, и у многих собственников животноводческих ферм и малых хозяйств существуют проблемы с утилизацией отходов, появились в продаже промышленные комплексы по производству биогаза и небольшие биогазовые установки для частного дома. Пользуясь поисковиками, пользователь сети Интернет сможет легко найти доступное готовое решение, чтобы биогазовая установка и цена на нее соответствовали запросам, выйти на связь с поставщиками оборудования и договориться о постройке биогазового генератора у себя дома или на хозяйстве.
Промышленный комплекс по производству биогаза
Биореактор – основа биогазовой установки
Емкость, в которой происходит анаэробное разложение биомассы, называют биореактором , ферментатором, или метантанком. Биореакторы бывают полностью герметичными, с фиксированным или плавающим куполом, имеющие конструкцию водолазного колокола. Колокольные психрофильные (не требующие подогрева) биореакторы имеют вид открытого резервуара с жидкой биомассой, в которую погружена емкость в виде цилиндра или колокола, где собирается биогаз.
Собравшийся биогаз оказывает давление на цилиндр, из-за чего тот приподнимается над резервуаром. Таким образом, колокол также выполняет функцию газгольдера – временного хранилища образовавшегося газа.
Биореактор с плавающим куполом
Недостатком колокольной конструкции биогазового реактора является невозможность перемешивания субстрата и его подогрева в холодные периоды года. Также негативным фактором является сильный запах, и антисанитария из-за открытой поверхности части субстрата.
К тому же, часть образовавшегося газа улетучится в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Поэтому данные биореакторы используются лишь в кустарных биогазовых установках в бедных странах с жарким климатом.
Еще один пример биореактора с плавающим куполом
Ради предотвращения загрязнения окружающей среды и исключения неприятного запаха реакторы биогазовых установок для дома и больших производств имеют конструкцию с фиксированным куполом. Форма конструкции в процессе газообразования большого значения не имеет, но при использовании цилиндра с крышей в виде купола достигается значительная экономия строительных материалов. Биореакторы с фиксированным куполом снабжаются патрубками для добавления новых порций биомассы и отбора отработанного субстрата.
Разновидность биореактора с фиксированным куполом
Основные типы биогазовых установок
Поскольку наиболее приемлемой является конструкция с фиксированным куполом, то большинство готовых решений биореакторов имеют данный тип. В зависимости от способа загрузки биореакторы имеют различную конструкцию и подразделяются на:
- Порционные, с разовой загрузкой всей биомассы, и с последующей полной выгрузкой после отработки сырья. Основным недостатком данного типа биореакторов является неравномерность выделения газа в течение переработки субстрата;
- непрерывной загрузкой и выгрузкой сырья, благодаря чему достигается равномерное выделение биогаза. Благодаря конструкции биореактора во время загрузки и выгрузки не прекращается производство биогаза и не происходит утечек, так как патрубки, по которым осуществляется добавление и удаление биомассы, выполнены в виде гидрозатвора, предотвращающего вытекание газа.
Пример порционного биореактора
Порционные биогазовые реакторы могут иметь любую конструкцию, предотвращающую утечку газа. Так, например, в свое время в Австралии были популярны канальные метантанки с эластичным надувающимся сводом, где небольшое избыточное давление внутри биореактора надувало пузырь из прочного полипропилена. При достижении определенного уровня давления внутри биореактора, включался компрессор, откачивающий выработанный биогаз.
Канальные биореакторы с эластичным газгольдером
Тип брожения в данной биогазовой установке может быть мезофильным (со слабым подогревом). Из-за большой площади раздувающегося купола, канальные биореакторы могут устанавливаться только в отапливаемых помещениях, или в регионах с жарким климатом. Достоинством конструкции является отсутствие необходимости в промежуточном ресивере, но большим недостатком является уязвимость эластичного купола к механическим повреждениям.
Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером
В последнее время набирают популярности порционные биореакторы с сухой ферментацией навоза без добавления воды в субстрат. Поскольку в навозе имеется своя влажность, ее будет достаточно для жизнедеятельности организмов, хотя интенсивность реакций уменьшится.
Биореакторы сухого типа имеют вид герметичного гаража с плотно закрывающимися дверьми. Биомасса загружается в реактор при помощи фронтального погрузчика и остается в таком состоянии до завершения полного цикла газообразования (примерно полгода), при этом не требуется добавления субстрата и его перемешивания.
Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь
Биогазовая установка своими руками
Следует заметить, что у большинства биореакторов, как правило, герметичной является только зона газообразования, а жидкая биомасса на входе и выходе пребывает под атмосферным давлением. Избыточное давление внутри биореактора вытесняет часть жидкого субстрата в патрубки, из-за чего уровень биомассы в них несколько выше, чем внутри емкости.
Красными линиями на схеме указана разница уровней в биореакторе и патрубках
Данные конструкции самодельных биореакторов являются популярными среди народных мастеров, которые самостоятельно изготавливают биогазовые установки своими руками для дома, допускающие многоразовую ручную загрузку и выгрузку субстрата. При изготовлении биореакторов своими руками многие мастера ставят эксперименты с полностью герметичными емкостями, применяя в качестве газгольдера несколько резиновых камер от шин колес крупной автотехники.
Рисунок газгольдера, сделанного из тракторных камер
На видео ниже энтузиаст самодельного производства биогаза на примере бочек, заполненных птичьим пометом, доказывает возможность реального получения горючего газа в домашних условиях, перерабатывая в полезное удобрение отходы из птичника. Единственное, что можно добавить к конструкции, описанной в данном видеоролике, так это то, что нужно поставить манометр и предохранительный клапан на самодельный биореактор.
Расчеты продуктивности биореактора
Количество биогаза определяется массой и качеством используемого сырья. В сети интернет можно найти таблицы, где указано количество отходов, производимых различными животными, но хозяевам, которым приходится каждый день убирать навоз, данная теория ни к чему, так как они благодаря собственной практике знают количество и массу будущего субстрата. Исходя из наличия возобновляемых каждый день запасов сырья, можно рассчитать требуемый объем биореактора и ежедневное производство биогаза .
Таблица получения количества навоза от некоторых животным с приблизительным расчетом выхода биогаза
После произведенных расчетов и утвержденной конструкции биореактора можно приступить к его постройке. Материалом может служить железобетонная емкость, залитая в земле, или кирпичная кладка, герметизированная специальным покрытием, которым обрабатывают бассейны.
Также возможна постройка основной емкости домашней биогазовой установки из железа, покрытого антикоррозионным материалом. Малые промышленные биореакторы часто делают из химически стойких пластиковых резервуаров большого объема.
Строительство биореактора из кирпичной кладки
В промышленных биогазовых установках применяются электронные системы контроля и различные реактивы для коррекции химического состава субстрата и его уровня кислотности, а также добавляются в биомассу специальные вещества – энзимы и витамины, стимулирующие размножение и жизнедеятельность микроорганизмов внутри биореактора. В процессе развития микробиологии создаются все более устойчивые и эффективные штаммы бактерий метаногенов, которые можно приобрести у занимающихся производством биогаза фирм.
Из графика видно, что с применением энзимов максимальный выход биогаза наступает в два раза быстрее
Необходимость в откачивании и очистке биогаза
Постоянная выработка газа в биореакторе любой конструкции приводит к необходимости откачивания биогаза. Некоторые примитивные биогазовые установки могут сжигать полученный газ прямо в горелке, установленной неподалеку, но нестабильность избыточного давления в биореакторе может привести к исчезновению пламени с последующим выбросом ядовитого газа . Применение такой примитивной биогазовой установки, подключенной к плите категорически недопустимо из-за возможности отравления ядовитыми компонентами неочищенного биогаза.
Пламя горелки при горении биогаза должно быть чистым, ровным и стабильным
Поэтому практически любая схема биогазовой установки включает в себя емкости для хранения газа и систему его очистки. В качестве самодельного комплекса очистки можно применить водяной фильтр, и самодельную емкость, наполненную металлической стружкой, или приобрести профессиональные системы фильтрации. Емкость для временного хранения биогаза может быть выполнена из камер от автошин, из которых газ время от времени откачивается компрессором в стандартные пропановые баллоны для хранения и последующего употребления.
В некоторых африканских странах для хранения и транспортировки биогаза используют надувные газгольдеры в виде подушки
Как альтернативу обязательному применению газгольдера можно воспринимать усовершенствованный биореактор с плавающим куполом. Усовершенствование состоит в добавлении концентрической перегородки, которая образует водяной карман, действующий наподобие гидрозатвора и не допускающий соприкосновения биомассы с воздухом. Давление внутри плавающего купола будет зависеть от его веса. Пропуская газ через систему очистки и редуктор, его можно использовать в бытовой плите, периодически стравливая из биореактора.
Биореактор с плавающим куполом и водяным карманом
Измельчение и перемешивание субстрата в биореакторе
Перемешивание биомассы является важной составляющей процесса образования биогаза, обеспечивая бактериям доступ к питательным веществам, которые могут сбиться в ком на дне биореактора. Чтобы частицы биомассы лучше перемешивались в биореакторе, их нужно измельчить механическим или ручным способом до загрузки в метантанк. В настоящий момент в промышленных и самодельных биогазовых установках применяются три способа перемешивания субстрата:
- механические мешалки, приводимые в действие электродвигателем или вручную;
- циркуляционное перемешивание при помощи насоса или гребного винта, перекачивающего субстрат внутри биореактора;
- барботажное перемешивание при помощи продувки уже имеющимся биогазом жидкой биомассы. Недостатком данного способа является образование пены на поверхности субстрата.
Стрелкой указан перемешивающий циркуляционный винт в самодельном биореакторе
Механическое перемешивание субстрата внутри биореактора может осуществляться вручную, или автоматически, путем включения электродвигателя при помощи электронного таймера. Водоструйное или барботажное перемешивание биомассы может осуществляться только при помощи электродвигателей, управляемых вручную или при помощи программного алгоритма.
В данном биореакторе установлено механическое перемешивающее устройство
Подогрев субстрата в мезофильных и термофильных биогазовых установках
Оптимальной для газообразования является температура субстрата в пределах 35-50ºC. Для поддержания данной температуры в биореактор могут устанавливаться различные системы обогрева – водяные, паровые, электрические. Контроль температуры должен производиться при помощи термореле или термопар, подключенных к исполнительному механизму, регулирующему отопление биореактора.
Также нужно помнить, что открытое пламя будет перегревать стенки биореактора, и внутри его биомасса будет пригорать. Пригоревший субстрат понизит теплоотдачу и качество подогрева, а раскаленная стенка биореактора будет быстро разрушаться. Одним из лучших вариантов является водяной подогрев из обратной трубы системы отопления дома. Нужно установить систему электрических вентилей для возможности отключения подогрева биореактора или подключения обогрева субстрата напрямую от котла, если будет слишком холодно.
Электрическая и водяная система обогрева биореактора
Подогрев субстрата в биореакторе при помощи ТЭНов будет выгоден лишь в случае наличия альтернативного электричества, получаемого от ветрогенератора или солнечных батарей. В данном случае ТЭНы могут быть подключены напрямую к генератору или батарее, что исключит из схемы дорогие преобразователи напряжения. Чтобы снизить потери тепла и уменьшить расходы на подогрев субстрата в биореакторе нужно его максимально утеплить с помощью различных утеплителей.
Утепление биореактора термоизоляционным материалом
Практические опыты, неизбежные при постройке биогазовых установок своими руками
Сколько бы литературы не прочитал начинающий энтузиаст самостоятельного производства биогаза, и сколько бы видеороликов не пересмотрел, на практике многое придется познавать самому, и результаты, как правило, будут далеки от расчетных.
Поэтому, многие начинающие мастера идут по пути самостоятельных экспериментов по получению биогаза, начиная с малых емкостей, определяя, сколько газа из имеющегося сырья дает его небольшая экспериментальная биогазовая установка. Цены на комплектующие, выход метана и будущие расходы на постройку полноценной рабочей биогазовой установки будут определять ее рентабельность и целесообразность.
В приведенном выше видеоролике мастер демонстрирует возможности своей биогазовой установки, засекая, сколько биогаза получится за одни сутки. В его случае, при закачке в ресивер компрессора восьми атмосфер, объем получившегося газа после перерасчетов с учетом объема емкости 24л будет около 0,2 м².
Данный объем биогаза, полученный из двухсотлитровой бочки, не является значительным, но, как показано в следующем видео этого мастера, такого количества газа хватит на час горения одной конфорки плиты (15 мин умножить на четыре атмосферы баллона, который в два раза больше ресивера).
В другом видеоролике ниже мастер рассказывает о получении биогаза и биологически чистых удобрений путем переработки в биогазовой установке органических отходов. Нужно иметь в виду, что ценность экологических удобрений может превысить стоимость полученного газа, и тогда биогаз станет полезным побочным продутом процесса изготовления качественных удобрений. Еще одним полезным свойством органического сырья является возможность его хранения некоторый период для использования в нужное время.
Тема альтернативных видов топлива актуальная уже несколько десятилетий. Биогаз – это природный источник топлива, который можно получать и использовать самостоятельно, особенно если у вас есть домашний скот.
Что это такое
По составу биогаз похож на , добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:
- Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
- Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
- Этот газ очищается и выводится из реактора.
- Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.
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.
Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.
Варианты использования
Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:
- отопления;
- освещения;
- нагрева воды;
- работы двигателей внутреннего сгорания.
С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.
Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.
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.
Как построить реактор на биоматериале
Биореакторы – это емкости из бетона с отверстиями для отвода сырья. Перед строительством нужно выбрать место на участке. Размер реактора зависит от количества биомассы, которая у вас появляется ежедневно. Она должна заполнять емкость на 2/3.
Если биомассы немного, вместо бетонной емкости, можно взять железную, например, обычную бочку. Но она должна быть крепкой, с качественными сварными швами.
Количество сделанного газа напрямую зависит от объема сырья. В маленькой емкости его получится немного. Чтобы получить 100 кубометров биогаза, нужно переработать тонну биологической массы.
Для повышения прочности установки ее обычно заглубляют в землю. Реактор должен иметь входную трубу для загрузки биомассы и отводное отверстие для удаления отработанного материала. Сверху в баке должно быть отверстие, через которое выводится биогаз. Лучше закрывать его на гидрозатвор.
Для правильной реакции емкость должна быть герметично закрыта, без доступа воздуха. Гидрозатвор обеспечит своевременный вывод газов, что предотвратит взрыв системы.
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.
Промышленные комплексы состоят из:
- Емкости промежуточного хранения;
- Установки-смесителя;
- 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
