Как получить биогаз из навоза: технология и устройство установки по производству. Как получить биогаз из навоза: обзор базовых принципов и устройства установки по производству Энергия из навоза в домашних условиях

Газ широко применяется как для промышленности, в том числе и химической (например, сырье для получения пластмасс) так и в быту. В бытовых условиях газ используют для отопления жилых частных и многоквартирных домов, приготовления пищи, нагревания воды, как топливо для машин и т.д.

В экологическом отношении газ один из самых чистых видов топлива. Если сравнить с другими видами топлива наименьшее количество выбросов вредных веществ.

Но если мы говорим о газе то автоматически подразумеваем природный газ добываемый из земных недр.

Как то однажды я на ткнулся в газете на статью в которой рассказывалось как один дед собрал не хитрую установку и получает газ из навоза. Меня эта тема очень заинтересовала. И я хотел бы рассказать об этой альтернативе природному газу – это биогаз. Я считаю, что эта тема довольно интересна и полезна простым людям и особенно фермерам.

На подворье любого крестьянского хозяйства можно использовать не только энергию ветра, солнца, но и биогаза.

Биогаз — газообразное топливо, продукт анаэробного микробиологического разложения органических веществ. Технология получения газа экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обеззараживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.

Сырьем для получения биогаза является обыкновенный навоз, листья, трава, в общем, любой органический мусор: ботва, пищевые отходы, опавшие листья.

Получаемый газ — метан это результат жизнедеятельности метановых бактерий. Из метана — его еще называют болотным или рудничным газом на 90-98 % состоит природный газ, который используется в быту.

Установка для получения газа очень проста в изготовлении. Нам нужна основная емкость, ее можно сварить самому либо использовать какую — то уже готовую это может быть все что угодно. По бокам емкости нужно установить теплоизоляцию, для использования установки в холодное время года. Сверху делаем пару люков. От одного из них присоединяем трубки для отвода газа. Для интенсивного процесса брожения и выделения газа, смесь нужно периодически перемешивать. Поэтому нужно установить приспособление для перемешивания. Далее газ нужно собрать и складировать либо использовать по назначению. Для сбора газа можно использовать обычную автомобильную камеру, а далее если имеется компрессор сжимать и закачивать в баллоны.

Принцип работы довольно прост: через один люк загружается навоз. Внутри происходит разложение этой биомассы специальными метановыми бактериями. Чтобы процесс проходил интенсивнее, содержимое нужно перемешивать и желательно подогревать. Для обогрева можно установить внутри трубки по которым должна циркулировать горячая вода. Метан выделившийся в результатом жизнедеятельности бактерий по трубкам попадает в автомобильные камеры, а когда его накапливается достаточное количество, при помощи компрессора сжимаем и закачиваем в баллоны.

В теплую погоду или при использовании искусственного подогрева установка может давать достаточно большое количество газа, около 8 м 3 /сут.

Так же газ возможно получать из бытовых отходов со свалок, но проблемой являются химикаты используемые в быту.

Метановые бактерии находятся в кишечники животных и, следовательно, в навозе. Но для того чтобы они начали работать нужно ограничить их взаимодействие с кислородом, так как он угнетает их жизнедеятельность. Именно поэтому нужно создавать специальные установки, чтобы бактерии не контактировали с воздухом.

В получаемом биогазе концентрация метана немногониже чем вприродном, следовательно при е го сжигании он будет давать немного меньше тепла. При сжигании 1 м 3 природного газа выделяется 7-7,5 Гкал, то при биогаза — 6-6.5 Гкал.

Этот газ подходит как для отопления (у нас еще есть общие сведения об отоплении ) так и для использования в бытовых плитах. Себестоимость биогаза низкая, а в некоторых случаях вообще практически равна нулю, если все сделано из подручных материалов и вы держите, например корову.

Отходы от производства газа- это биогумус — органическое удобрении в котором в процессе гниения без доступа кислорода перегнивает все от семян сорняков, а остаются только полезные микроэлементы необходимые растениям.

За границей даже есть методы создания искусственных месторождений газа. Выглядит это следующим образом. Поскольку большая доля в выбрасываемом бытовом мусоре это органика, которая может гнить и давать биогаз. Чтобы газ начал выделятся нужно лишить органику взаимодействия своздухом. Поэтому отходы закатывают слоями, а верхний слой делают из газоводонепроницаемого материала, например глины. Потом бурят скважины и добывают газ как из природных месторождений. И одновременно решается несколько проблем, это утилизация отходов и получение энергии.

При каких условиях получается биогаз?

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 о С. Это поможет обеспечить необходимый режим его работы.

При догрузке потери тепла нужно сводить к минимуму Инженерная 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.

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

По количеству выделяемой энергии 1 м 3 биогаза эквивалентен:

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

Конструкция малогабаритных биогазовых установок

Рисунок 1 — Схема простейшей биогазовой установоки с пирамидальным куполом: 1 — яма для навоза; 2 — канавка — гидрозатвор; 3 — колокол для сбора газа; 4, 5 — патрубок для отвода газа; 6 — манометр.

Согласно приведенным на рисунке 1, размерам оборудуют яму 1 и купол 3. Яму облицовывают железобетонными плитами толщиной 10 см, которые штукатурят цементным раствором и для герметичности покрывают смолой. Из кровельного железа сваривают колокол высотой 3 м, в верхней части которого будет скапливаться биогаз. Для зашиты от коррозии колокол периодически красят двумя слоями масляной краски. Еще лучше предварительно покрыть колокол изнутри свинцовым суриком. В верхней части колокола устанавливают патруоок 4 для отвода биогаза и манометр 5 для измерения его давления. Газа отводящий патрубок 6 можно изготовить из резинового шланга, пластмассовой или металлической трубы.

Вокруг ямы — ферментатора устраивают бетонную канавку — гидрозатвор 2. наполненную водой, в которую погружают нижний бортик колокола на 0.5 м.

Рисунок 2 — Устройство для отвода конденсата: 1 — трубопровод для отвода газа; 2 — U-образная труба для конденсата; 3 — конденсат.

Подавать газ, например к кухонной плите можно по металлическим, пластмассовым или резиновым трубкам. Чтобы зимой из-за замерзания конденсирующейся воды трубки не размерзались, применяют несложное устройство показанное на рисунке 2: U — образную трубку 2 присоединяют к трубопроводу 1 в самой нижней точке. Высота ее свободной части должна быть больше давления биогаза (в мм. вод. ст.). Конденсат 3 сливается через свободный конец трубки, при этом не будет утечки газа.

Рисунок 3 — Схема простейшей биогазовой установоки с коническим куполом: 1 — яма для навоза; 2 — купол (колокол); 3 — расширенная часть патрубка; 4 — труба для отвода газа; 5 — канавка — гидрозатвор.

В установке приведенной на рисунке 3 яму 1 диаметром 4 мм глубиной 2 м обкладывают внутри кровельным железом, листы которого плотно сваривают. Внутреннюю поверхность сварного резервуара покрывают смолой для антикоррозионной зашиты. С наружной стороны верхней кромки резервуара из бетона устраивают кольцевую канавку 5 глубиной до 1 м, которую заливают водой. В нее свободно устанавливают вертикальную часть купола 2, закрывающую резервуар. Таким образом, канавка с залитой в нее водой служит гидрозатвором. Биогаз собирается в верхней части купола, откуда через выпускной патрубок 3 и далее по трубопроводу 4 (или шлангу) подается к месту использования.

В круглый резервуар 1 загружается около 12 куб.м органической массы (желательно свежего навоза), которая заливается жидкой фракцией навоза (мочой) без добавления воды. Через неделю после заполнения ферментатор начинает работать. В данной установке емкость ферментатора составляет 12 куб,м, что дает возможность сооружать ее для 2-3 семей, дома которых расположены недалеко. Такую установку можно построить на подворье, если семья выращивает, например бычков или содержит несколько коров.


Рисунок 4 — Схемы вариантов простейших установок: 1 — подача органических отходов; 2 — емкость для органических отходов; 3 — место сбора газа под куполом; 4 — патрубок для отвода газа; 5 — отвод ила; 6 — манометр; 7 — купол из полиэтиленовой пленки; 8 — водяной затвор и ; 9 — груз; 10 — цельносклеенный полиэтиленовый мешок.

Конструктивно-технологические схемы простейших малогабаритных установок приведены на рисунке 4. Стрелками обозначены технологические перемещения исходной органической массы, газа, ила. Конструктивно купол может быть жестким или изготовленным из полиэтиленовой пленки. Жесткий купол можно выполнить с длинной цилиндрической частью для глубокого погружения в перерабатываемую массу плавающимрисунок 4, г, или вставленным в гидравлический затвор рисунок 4, д. Купол из пленки можно вставить в гидрозатвор рисунок 4, е, или изготовить в виде цельносклеенного большого мешка рисунок 4, ж. В последнем исполнении на мешок из пленки укладывают груз 9 чтобы мешок не очень раздувался, а также для образования под пленкой достаточного давления.

Газ, который собирается под куполом или пленкой, поступает по газопроводу к месту использования. Чтобы избежать взрыва газа на выпускном патрубке можно установить отрегулированный на определенное давление клапан. Однако, опасность взрыва газа маловероятна, поскольку при значительном повышении давления газа под куполом последний будет приподнятый в гидравлическом затворе на критическую высоту и опрокинется, выпустив при этом газ.

Выработка биогаза может быть снижена из-за того, что на поверхности органического сырья в ферментаторе при ее брожении образуется корка. Для того, чтобы она не препятствовала выходу газа, ее разбивают, перемешивая массу в ферментаторе. Перемешивать можно не вручную, а путем присоединения снизу к куполу металлической вилки. Купол поднимается в гидравлическом затворе на определенную высоту при накоплении газа и опускается по мере его использования.

Благодаря систематическо.му движению купола сверху-вниз, соединенные с куполом вилки будут разрушать корку.

Высокая влажность и наличие сероводорода (до 0,5 %) способствует повышенной коррозии металлических частей биогазовых установок. Поэтому состояние всех металлических элементов ферментатора регулярно контролируют и места повреждении тщательно защищают, лучше всего свинцовым суриком в один или два слоя, а затем красят в два слоя любой масляной краской.

Рисунок 5. Схема биогазовой установки с подогревом: 1 — ферментатор; 2 — деревянный щит; 3 — заливная горловина; 4 — метантанк; 5 — мешалка; 6 — патрубок для отбора биогаза; 7 — теплоизоляционная прослойка; 8 — решетка; 9 — сливной кран для переработанной массы; 10 — канал для подачи воздуха; 11 — воздуходувка.

Биогазовая установка с подогревом сбраживаемой массы теплом, выделяемым при разложении навоза, в аэробном ферментаторе, приведена на рисунке 5. включает метантанк — цилиндрическую металлическую емкость с заливной горловиной 3. сливным краном 9. механической мешалкой 5 и патрубком 6 отбора биогаза.

Ферментатор 1 можно сделать прямоугольным и3 деревянных материалов. Для выгрузки обработанного навоза соковые стенки выполнены съемными. Пол ферментатора — решетчатый, через технологический канал 10 воздух продувают из воздуходувки 11. Сверху ферментатор закрывают деревянными шитами 2. Чтобы уменьшить потери тепла, стенки и днище изготавливают с теплоизоляционной прослойкой 7.

Работает установка так. В метантанк 4 через головину 3 заливают предварительно подготовленный жидкий навоз влажностью 88-92 %, уровень жидкости определяют по нижней части заливной горловины. Аэробный ферментатор 1 через верхнюю открывающуюся часть заполняют подстилочным навозом или смесью навоза с рыхлым сухим органическим наполнителем (солома, опилки) влажностью 65-69 %. При подаче воздуха через технологический канал в ферментаторе начинает разлагаться органическая масса и выделяется тепло. Его достаточно для подогрева содержимого метантанка. В результате происходит выделение биогаза. Он накапливается в верхней части метантанка. Через патрубок 6 его используют для бытовых нужд. В процессе сбраживания навоз в метантенке перемешивается мешалкой 5.

Такая установка окупится уже за год только за счет утилизации отходов в личном хозяйстве. Приблизительные значения по расходу биогаза приведены в таблице 2.

Таблица №2 – приблизительные значения по расходу биогаза

Примечание: установка может работать в любой климатической зоне.

Рисунок 6 — Схема индивидуальной биогазовой установки ИБГУ-1: 1 — заливная горловина; 2 — .мешалка; 3 — патрубок, для отбора газа; 4 — теплоизоляционная прослойка; 5 — патрубок с краном для выгрузки переработанной массы; 6 — термометр.

Индивидуальная биогазовая установка (ИБГУ-1) для семьи, имеющей от 2 до 6 коров или 20-60 свиней, или 100-300 голов птицы (рисунок 6). Установка ежесуточно может перерабатывать от 100 до 300 кг навоза и производит 100-300 кг экологически чистых органических удобрений и 3-12 м 3 биогаза.

Как считают специалисты агропромышленного комплекса, корма домашними животными перевариваются и осваиваются только на 35–40 %. Остальная часть этой дорогой растительной массы переходит в навоз.

Существует несколько способов переработки навоза:

  • компостирование навоза;
  • микробиологический способ;
  • переработка с использованием личинок мух и червей.
  • разделение жидкого и твердого навоза.

При компостировании используют твердый навоз (при подстилочном содержании скота), жидкий навоз или твердую фракцию разделенного жидкого навоза (при бесподстилочном содержании скота). При компостировании в навоз добавляют различные добавки типа торфа или резаной соломы, перемешивают все это бульдозерами на специальных площадках и складывают в бурты. В процессе компостирования происходит образование перегноя, а повышение температуры бурта приводит к уничтожению в навозе яиц гельминтов и семян сорняков. После этого компосты можно использовать в качестве удобрения для растений.

Компостирование навоза – один из старых и экономичных методов переработки этого сырья.

Микробиологический метод переработки навоза предполагает использование специальных микробиологических культур, которые могут добавляться в навоз . Эти организмы преобразуют полезные вещества, содержащиеся в навозе, в такую форму, которая легко усваивается растениями. Микробиологические методы переработки навоза можно разделить на два типа:

  1. естественные;
  2. искусственные.

При естественных методах преобразование составляющих навоза микроорганизмами происходит в естественных условиях – на воздухе. Например, в буртах или отстойниках. Искусственные методы предполагают переработку навоза в специальных емкостях – аэротенках или метатенках. В первом случае (аэробный процесс, при котором активизируется деятельность аэробных бактерий) навоз обогащается кислородом, а во втором случае (анаэробный процесс) биогаз, в составе которого имеется метан, вырабатывают метанобразующие бактерии при сбраживании жидкого навоза.

Известны установки, которые позволяют с помощью личинок мух получить белковый корм и перегной. Для получения аналогичных результатов используются также дождевые черви. При этом черви вырабатывают гумус, который увеличивает питательность перегноя для растений.

Большинство современных агрокомплексов используют бесподстилочный метод удаления навоза.

При этом с помощью специальных агрегатов происходит разделение навозной жижи на жидкую и твердую фракции, которые обрабатываются отдельно.

Оборудование для переработки навоза

В зависимости от используемой технологии переработки навоза могут быть использованы различные типы оборудования.

Оборудование для ворошения буртов

В процессе компостирования для равномерного перегнивания необходимо переворачивать слои навоза. На рынке имеется большое количество таких агрегатов. Например, для этой цели компания AVOBO выпускает целый ряд ворошителей компостных буртов. Они рассчитаны на хозяйства различной величины и имеют производительность от 700 (AVONO 16.30) до 1200 кубометров в час (BACKHUS 16.36). Большое количество различных ворошителей компоста предлагают немецкие производители. Стоимость их лежит в пределах от 1500 до 5500 евро.

Сепараторы для переработки навоза

Технология переработки навоза в жидком состоянии предполагает первоначальное разделение его на жидкую и твердую фракции. Для этой операции используются сепараторы.

С помощью решетки (сита), входящей в состав сепаратора, жидкий навоз разделяется на жидкую и твердую составляющие. Жидкая используется для удобрения, при более сложной очистке она может применяться для полива полей. Твердая фракция идет на создание компостов.

В конструкцию сепаратора входят следующие основные элементы:

  • электродвигатель;
  • чугунный корпус;
  • стальной шнек;
  • стальной рабочий цилиндр;
  • сито с различными размерами ячеек;
  • рама для крепления устройства.

Примером такого агрегата служит прессово-шнековый сепаратор немецкой компании BauerCompact. Мощность электродвигателя этого сепаратора составляет 3 кВт. Цена – 13200 евро. В состав комплекта входят также пульт управления стоимостью в 600 евро и линия удлинения и слива стоимостью 300 евро. В зависимости от величины ячеек сита производительность сепаратора может составлять от 2 до 11 кубометров сырья в час.

Более мощный сепаратор S855 этой же компании с мощностью электродвигателя в 7, 5 кВт и производительностью от 9 до 18 кубометров в час в комплекте стоит 37 240 евро.

Модель сепаратора отечественной компании «Дальпрогресс» С-210 имеет мощность 4 кВт и производительность 5 кубометров в час.

Переработка навоза в топливо

Установки, перерабатывающие навоз в биогаз, широко распространены в Европе. Это связано с относительно высокими европейскими ценами на газ и электричество, а также с тем, что на Западе фермеры, которые имеют установки для переработки навоза в газ и электричество, получают льготное кредитование и компенсацию за покупку таких установок. К тому же они имеют право продавать выработанную на своих установках электроэнергию в электрические сети по льготным ценам. В российских условиях эти установки не слишком распространены из-за высокой стоимости.

Принцип работы установки для переработки навоза в биогаз, электроэнергию, тепловую энергию и удобрение состоит в следующем:

В каждой их таких установок имеется биореактор. Биореактор представляет собой емкость, в которую загружается навоз в жидком состоянии. Под действием температуры и бактерий он бродит и образует биогаз. Этот газ может быть использован по-разному. Его можно отделять и продавать, а можно использовать в одной технологической линии для получения тепла и электроэнергии.

Примером отечественной разработки является биогазовая установка «Прометей-20».

Она перерабатывает навоз в электрическую энергию. В качестве биореактора используется пластмассовая емкость в 8 кубометров, в которой происходит сбраживание биомассы. В ней образуется биогаз. Конструкция установки предусматривает отделение из состава биогаза углекислого газа, что повышает содержание метана в биогазе с 50 до 90 %. В состав установки входят газогенератор и котел, в котором сжигается биогаз и твердый остаток. Одновременно отделяется жидкий остаток, который может быть использован в качестве удобрения. Установка также вырабатывает до 20 кВт/час электроэнергии и до 3 Гкал/сутки тепловой энергии.

Стоимость установки с монтажом составляет 1 млн 800 тысяч рублей, и она может окупиться в течение полутора лет.

Другим примером подобной системы может служить комплекс «Буг». В нем также используется биореактор и газгольдер, в котором скапливается биогаз. В биореактор заливается водный раствор навоза, который выделяет газ. Далее ежедневно сливается 10–20 % раствора и заливается новая часть смеси.

Слитая часть используется в качестве удобрения. Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа. На этом газе могут работать водонагреватели, бытовые приборы и газогенераторы. В зависимости от модели комплекс может вырабатывать в сутки от 1 до 12 кубометров газа. Цена комплексов «Буг» с учетом сезонной скидки лежит в пределах от 180 000 до 770 000 рублей.

Навоз является ценным продуктом, который может использоваться не только в качестве удобрения для полей, но и для выработки биогаза, тепла и электроэнергии. Кроме того, переработка навоза намного более проста и доступна, чем например, .

Для переработки навоза используется как относительно простое оборудование типа ворошителя буртов или сепараторов, так и сложное, образующее целый завод по

-> 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

Постоянное повышение стоимости традиционных энергоносителей подталкивает домашних мастеров на создание самодельного оборудования, позволяющего получать из отходов биогаз своими руками. При таком подходе к ведению хозяйства удается не только получить дешевую энергию для отопления дома и других нужд, но и наладить процесс утилизации органических отходов и получения бесплатных удобрений для последующего внесения в почву.

Излишки произведенного биогаза, как и удобрений, можно реализовать по рыночной стоимости заинтересованным потребителям, превратив в деньги то, что буквально «валяется под ногами». Крупные фермеры могут позволить себе купить готовые станции по выработке биогаза, собранные в заводских условиях. Стоимость такого оборудования довольно высока. Однако и отдача от его эксплуатации соответствует сделанным вложениям. Менее мощные установки, работающие по тому же принципу, можно собрать своими силами из доступных материалов и деталей.

Что такое биогаз и как он образуется

В результате переработки биомассы получается биогаз

Биогаз относят к экологически чистым видам топлива. По своим характеристикам биогах во многом сходится с природным газом, добываемым в промышленных масштабах. Представить технологию получения биогаза можно следующим образом:

  • в специальной емкости, называемой биореактором, происходит процесс переработки биомассы с участием анаэробных бактерий в условиях безвоздушного брожения в течение определенного периода, длительность которого зависит от объема загруженного сырья;
  • в результате происходит выделение смеси газов, состоящей на 60 % из метана, на 35 % - из углекислого газа, на 5 % - из других газообразных веществ, среди которых есть и сероводород в небольшом количестве;
  • получаемый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки отправляется на использование по назначению;
  • переработанные отходы, ставшие высококачественными удобрениями, периодически удаляются из биореактора и вывозятся на поля.

Наглядная схема процесса выработки биотоплива

Чтобы производство биогаза наладить в домашних условиях в непрерывном режиме, надо владеть или иметь доступ к сельскохозяйственным и животноводческим предприятиям. Экономически выгодно заниматься получением биогаза только в том случае, если есть источник бесплатной поставки навоза и иных органических отходов животноводства.

Отопление газом по прежнему остаётся самым надёжным способом обогрева. Подробнее узнать об автономной газификации можно в следующем материале:

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

  • баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
  • Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
  • При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом

Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:

  • производство дешевой энергии;
  • выработка легкоусваиваемых удобрений;
  • экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
  • переработка отходов хозяйства;
  • возможная прибыль от продажи газа;
  • снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.

График рентабельности выработки и использования биогаза

Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:

  • затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
  • самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
  • для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
  • для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
  • для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.

Как построить биореактор своими силами

Решение о строительстве принято, теперь нужно спроектировать установку и рассчитать необходимые материалы, инструменты и оборудование.

Важно! Стойкость к агрессивным кислым и щелочным средам – основное требование к материалу биореактора.

Если в наличии есть металлическая цистерна – ее можно использовать при условии защитного покрытия от коррозии. При выборе емкости из металла обратите внимание на наличие сварных швов и их прочность.

Прочный и удобный вариант – емкость из полимера. Этот материал не гниет и не ржавеет. Прекрасно выдержит нагрузку бочка с толстыми жесткими стенками или армированная.

Самый дешевый способ – выкладка емкости из кирпича или камня, бетонных блоков. Для увеличения прочности стены армируют и покрывают внутри и снаружи многослойным гидроизоляционным и газонепроницаемым покрытием. Штукатурка должна содержать присадки, обеспечивающие заданные свойства. Наилучшая форма, которая позволит выдержать все нагрузки давления – овальная или цилиндрическая.

В основании этой емкости предусматривают наличие отверстия, через которое будет удаляться отработанное сырье. Данное отверстие должно плотно закрываться, ведь система эффективно работает лишь в герметичных условиях.

Расчёт необходимых инструментов и материалов

Для выкладки кирпичной емкости и устройства всей системы понадобятся следующие инструменты и материалы:

  • ёмкость для замешивания цементного раствора или бетономешалка;
  • дрель с насадкой миксер;
  • щебень и песок для устройства дренажной подушки;
  • лопата, рулетка, мастерок, шпатель;
  • кирпич, цемент, вода, мелкофракционный песок, арматура, пластификатор и другие необходимые присадки;
  • сварочный аппарат и крепеж для монтажа металлических труб и комплектующих;
  • водяной фильтр и ёмкость с металлической стружкой для очистки газа;
  • баллоны от шин или стандартные пропановые баллоны для хранения газа.

Размер бетонного резервуара определяется из количества органических отходов, появляющихся ежесуточно в частном подворье или фермерском хозяйстве. Полноценная работа биореактора возможно в случае его заполнения на две трети от имеющегося объема.

Определим объем реактора для небольшого частного хозяйства: если в наличии есть 5 коров, 10 свиней и 40 кур, то за сутки их жизнедеятельности образуется помета 5 х 55 кг + 10 х 4,5 кг + 40 х 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы довести куриный помет до необходимой влажности 85% необходимо долить 5 литров воды. Общая масса = 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг х 20 = 6636 кг - около 7 кубов только под субстрат. Это две трети нужного объема. Чтобы получить результат, нужно 7х1,5= 10,5 куб. Полученная величина и есть необходимый объём биореактора.

Помните, что добыть большое количество биогаза в маленьких емкостях не получится. Выход напрямую зависит от массы перерабатываемых в реакторе органических отходов. Так, чтобы получить 100 кубических метров биогаза, надо переработать тонну органических отходов.

Подготовка места для устройства биореактора

Органическая смесь, загружаемая в реактор не должна содержать антисептиков, моющих средств, химических веществ, вредных для жизнедеятельности бактерий и замедляющих выработку биогаза.

Важно! Биогаз является воспламеняющимся и взрывоопасным.

Для правильной работы биореактора необходимо соблюдать те же правила, что и для любых газовых установок. Если оборудование герметично, биогаз своевременно отводится в газгольдер, то проблем не возникнет.

Если же давление газа превысит норму или будет травить при нарушении герметичности, возникает риск взрыва, поэтому рекомендуется установить датчики температуры и давления в реакторе. Вдыхание биогаза также опасно для здоровья человека.

Как обеспечить активность биомассы

Ускорить процесс брожения биомассы можно с помощью ее подогрева. Как правило, в южных регионах такой проблемы не возникает. Температуры окружающего воздуха хватает для естественной активации процессов брожения. В регионах с суровыми климатическими условиями в зимнее время без подогрева вообще невозможна эксплуатация установки по производству биогаза. Ведь процесс брожения запускается при температуре, превышающей отметку в 38 градусов по Цельсию.

Организовать подогрев резервуара с биомассой можно несколькими способами:

  • подключить к системе отопления змеевик, расположенный под реактором;
  • установить в основании емкости электрические нагревательные элементы;
  • обеспечить прямой нагрев резервуара путем использования электрических отопительных приборов.

Бактерии, влияющие на выработку метана, находятся в спящем состоянии в самом сырье. Их активность повышается при определенном уровне температуры. Обеспечить нормальное течение процесса позволит установка автоматизированной системы подогрева. Автоматика включит обогревательное оборудование при поступлении в биореактор очередной холодной партии, а затем выключит, когда биомасса прогреется до заданного уровня температуры.

Подобные системы контроля температуры устанавливаются в водогрейных котлах, поэтому их можно приобрести в магазинах, специализирующихся на продаже газового оборудования.

На схеме показан весь цикл, начиная от загрузки твердого и жидкого сырья, и заканчивая отводом биогаза к потребителям

Важно заметить, что активизировать выработку биогаза в домашних условиях можно с помощью перемешивания биомассы в реакторе. Для этого изготавливают устройство, конструктивно похожее на бытовой миксер. Привести устройство в движение может вал, который выводят через отверстие, расположенное в крышке или стенках резервуара.

Какие специальные разрешения требуются на установку и использование биогаза

Чтобы построить и эксплуатировать биореактор, а также использовать полученный газ, нужно еще на стадии проектирования озаботиться получением необходимых разрешений. Согласование нужно пройти с газовой службой, пожарниками и Ростехнадзором. В целом правила установки и эксплуатации аналогичны правилам пользования обычным газовым оборудованием. Строительство должно производиться строго по СНИПам, все трубопроводы должны быть желтого цвета и иметь соответствующую маркировку. Готовые системы, изготовленные на заводе, стоят в разы дороже, но имеют все сопроводительные документы, соответствуют всем техническим требованиям. Производители дают на оборудование гарантию и производят обслуживание и ремонт своей продукции.

Самодельная установка для получения биогаза может позволить экономить на оплате энергоносителей, занимающих большую долю в определении себестоимости сельскохозяйственной продукции. Снижение расходов на выпуск продукции скажется на увеличении рентабельности фермерского хозяйства или частного подворья. Теперь, когда вы знаете, как получить из имеющихся отходов биогаз, остается лишь реализовать идею на практике. Многие фермеры уже давно научились из навоза делать деньги.

Рекомендуем почитать