Биогаз из навоза – способы получения, установка своими руками
Технология это не новая. Она начала развиваться еще в 18 веке, когда Ян Гельмонт – химик – обнаружил, что навоз выделяет газы, которые способны к воспламенению.
Его исследования продолжил Алессандро Вольта и Хэмфри Деви, которые нашли в газовой смеси метан. В конце 19 века в Англии биогаз из навоза использовали в уличных фонарях. В середина 20 столетия были обнаружены бактерии, которые производят метан и его предшественников.
Дело в том, что в навозе поочередно работают три группы микроорганизмов, которые питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих бактерий. Первыми начинают работу ацетогенные бактерии, которые растворяют углеводы, белки и жиры в навозной жиже.
Далее происходит гидролизное окисление под действием гетероацетогенных микроорганизмов, в результате чего появляются вещества, которые являются питательной средой для метанобразующих бактерий.
После переработки анаэробными микроорганизмами питательного запаса образуется метан, вода и диоксид углерода. Из-за наличия воды биогаз на данной стадии не способен гореть – ему нужна очистка, поэтому его пропускают через очистные сооружения.
Что такое биометан
Газ, полученный в результате разложения навозной биомассы, является аналогом природного газа. Он почти в 2 раза легче воздуха, поэтому всегда поднимается вверх. Этим объясняется технология производства искусственным методом: вверху оставляют свободное пространство, чтобы вещество могло выделяться и накапливаться, откуда его потом выкачивают насосами для использования в собственных нуждах.
Метан сильно влияет на возникновение парникового эффекта – гораздо больше, чем углекислый газ – в 21 раз. Поэтому, технология переработки навоза – не только экономичный, но и экологичный способ утилизации отходов животноводства.
Биометан используют для следующих потребностей:
- приготовления пищи;
- в двигателях внутреннего сгорания автомобилей;
- для отопления частного дома.
Биогаз выделяет большое количество тепла. 1 кубический метр равноценен сгоранию 1,5 кг каменного угля.
Как получают биометан
Получить его можно не только из навоза, но и водорослей, растительной массы, жира и других животных отходов, остатков переработки сырья рыбных цехов. В зависимости от качества исходного материала, его энергетической емкости, зависит конечный выход газовой смеси.
Минимально получают от 50 кубометров газа с тонны навоза крупного рогатого скота. Максимально – 1 300 кубометров после переработки животного жира. Содержание метана при этом – до 90%.
Один из видов биологического газа – свалочный. Он образуется при разложении мусора на загородных свалках. На Западе уже есть оборудование, которое перерабатывает отходы населения и превращает их в топливо. Как вид бизнеса – это неограниченные ресурсы.
Под его сырьевую базу попадают:
- пищевая промышленность;
- животноводство;
- птицеводство;
- рыбный промысел и перерабатывающие комбинаты;
- молокозаводы;
- производство алкогольных и слабоалкогольных напитков.
Любая промышленность вынуждена утилизировать свои отходы – это дорого и нерентабельно. В домашних условиях при помощи небольшой самодельной установки можно решить сразу несколько проблем: бесплатное отопление дома, удобрение земельного участка высококачественным питательным веществом, оставшимся от переработки навоза, освобождение места и отсутствие запахов.
Технология получения биологического топлива
Все бактерии, которые принимают участие в образовании биогаза, являются анаэробными, то есть кислород для жизнедеятельности им не нужен. Для этого сооружают полностью герметичные емкости для брожения, отводные трубы которых также не пропускают воздух извне.
После заливки в резервуар сырьевой жидкости и повышения температуры до нужной величины бактерии начинают работу. Начинает выделяться метан, который поднимается с поверхности навозной жижи. Он направляется в специальные подушки или резервуары, после чего фильтруется и попадает в газовые баллоны.
Отработанная бактериями жидкость скапливается на дне, откуда ее периодически откачивают и также отправляют на хранение. После этого в резервуар закачивают новую порцию навоза.
Температурный режим функционирования бактерий
Для переработки навоза в биогаз необходимо создать подходящие условия для работы бактерий. некоторые из них активизируются при температуре выше 30 градусов – мезофильные. При этом процесс идет медленнее и первую продукцию можно получить через 2 недели.
Термофильные бактерии работают при температуре от 50 до 70 градусов. Сроки получения биогаза из навоза сокращаются до 3 дней. При этом отходы представляют собой ферментированный шлам, который используют на полях в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. В шламе отсутствуют патогенные микроорганизмы, гельминты и сорняки, так как они погибают при воздействии высоких температур.
Есть особый вид термофильных бактерий, которые способны выжить в среде, нагретой до 90 градусов. Их добавляют в сырье, чтобы ускорить процесс брожения.
Понижение температуры ведет к снижению активности термофильных или мезофильных бактерий. В частных хозяйствах чаще используют мезофиллы, так как для них не нужно специально подогревать жидкость и производство газа обходится дешевле. Впоследствии, когда будет получена первая партия газа, его можно использовать для подогрева реактора с термофильными микроорганизмами.
Важно! Метаногены не переносят резких скачков температур, поэтому зимой их необходимо содержать в тепле постоянно
Как подготовить сырье для заливки в реактор
Для производства биогаза из навоза не нужно специально подсаживать микроорганизмы в жидкость, потому что они уже находятся в экскрементах животных. Нужно лишь поддерживать температурный режим и вовремя подливать новый раствор навоза. Его необходимо правильно готовить.
Влажность раствора должна быть 90% (консистенция жидкой сметаны), поэтому сухие виды экскрементов для начала заливаются водой – кроличий помет, конский, овечий, козий.
Следующий этап – разбить твердые частицы навоза. Чем мельче будет фракция, тем лучше бактерии переработают смесь и тем больше газа получится на выходе. Для этого в установках применяют мешалку, постоянно работающую. Она снижает риск образования твердой корки на поверхности жидкости.
Для производства биогаза подходят те виды навоза, которые имеют самую высокую кислотность. Их еще называют холодными – свиной и коровий. Снижение кислотности приостанавливает деятельность микроорганизмов, поэтому необходимо следить в начале, сколько времени необходимо, чтобы они полностью переработали объем резервуара. Затем долить следующую дозу.
Технология очистки газа
При переработке навоза в биогаз получается:
- 30% углекислого газа;
- 1% примесей сероводорода и других летучих соединений.
Чтобы биогаз стал пригодным для использования в хозяйстве, его необходимо очистить от примесей. Чтобы удалить сероводород применяют специальные фильтры. Дело в том, что летучие сероводородные соединения, растворяясь в воде, образуют кислоту. Она способствует появлению ржавчины на стенках труб или резервуара, если они изготовлены из металла.
Высокое содержание углекислоты также требует очистки, но этот процесс более трудоемкий. В домашних условиях самым простым и дешевым способом очистки биогаза от примесей является вода. Процесс происходит в 2 этапа:
- Полученный газ сжимается под давлением 9 – 11 атмосфер.
- Подается в резервуар с водой, где примеси растворяются в жидкости.
В промышленных масштабах для очистки применяют известь или активированный уголь, а также специальные фильтры.
Как уменьшить содержание влаги
Самостоятельно избавиться от примесей воды в газе можно несколькими способами. Один из них – принцип самогонного аппарата. По холодной трубе газ направляется вверх. Жидкость при этом конденсируется и стекает вниз. Для этого трубу проводят под землей, где температура естественным образом снижается. По мере подъема, температура также поднимается, и осушенный газ попадает в хранилище.
Второй вариант – гидрозатвор. После выхода газ поступает в емкость с водой и там очищается от примесей. Такой метод называется одноэтапным, когда с помощью воды биогаз чистят сразу от всех летучих веществ и влаги.
Принцип гидрозатвораКакие установки применяют для получения биогаза
Если установку планируется разместить вблизи фермы, то лучшим вариантом будет разборная конструкция, которую легко перевезти в другое место. Основной элемент установки – биореактор, в который заливается сырье и происходит процесс брожения. На крупных предприятиях используют цистерны объемом 50 кубических метров.
В частных хозяйствах строят подземные резервуары в качестве биореактора. Их выкладывают из кирпича в подготовленную яму и обмазывают цементом. Бетон повышает степень безопасности конструкции и препятствует попаданию воздуха. Объем зависит от того, сколько сырья в день получают с домашних животных.
Поверхностные системы также популярны в домашних условиях. При желании установку можно разобрать и перенести в другое место, в отличие от стационарного подземного реактора. В качестве цистерны используют пластиковые, металлические или поливинилхлоридные бочки.
По типу управления имеются:
- автоматические станции, в которых долив и откачка отработанного сырья осуществляется без участия человека;
- механические, где весь процесс контролируется вручную.
В домашних условиях рекомендуется использовать электрические измельчители навоза, а также мешалки, которые будут контролировать процесс образования корки.
С помощью насоса можно облегчить освобождение резервуара, в который попадают отходы после брожения. Некоторые народные умельцы применяют насосы для откачки газа из подушек (например, автомобильных камер) в очистное сооружение.
Схема самодельной установки для получения биогаза из навоза
Перед сооружением биогазовой установки на своем участке необходимо ознакомиться с потенциальной опасностью, которая может взорвать реактор. Главное условие – отсутствие кислорода.
Метан – это взрывоопасный газ и он способен воспламеняться, но для этого его необходимо нагреть выше 500 градусов. Если биогаз смешается с воздухом, возникнет избыточное давление, которое разорвет реактор. Бетонный может треснуть и будет не пригоден для дальнейшего использования.
Видео: Биогаз из птичьего помета
Чтобы давление не сорвало крышку, применяют противовес, защитную прокладку между крышкой и резервуаром. Емкость заполняют не до конца – должно оставаться как минимум 10% объема для выхода газа. Лучше – 20%.
Итак, чтобы сделать у себя на участке биореактор со всеми приспособлениями, необходимо:
- Удачно выбрать место, чтобы оно находилось подальше от жилья (мало ли что).
- Рассчитать предположительное количество навоза, которое ежедневно выдают животные. Как считать – читать ниже.
- Определиться, где проложить загрузочную и отгрузочную трубу, а также трубу для конденсации влаги в полученном газе.
- Определиться с местом расположения резервуара для отходов (по умолчанию удобрения).
- Вырыть котлован, исходя из расчетов количества сырья.
- Выбрать емкость, которая будет служить резервуаром для навоза и установить ее в котлован. Если планируется бетонный реактор, тогда дно котлована заливается бетоном, стенки выкладываются кирпичом и штукатурятся бетонным раствором. После этого необходимо дать время просохнуть.
- Стыковки между реактором и трубами также герметизируются на этапе закладки резервуара.
- Обустроить люк для осмотра реактора. Между ним ставится герметичная прокладка.
Если климат холодный, то перед бетонированием или установкой пластикового резервуара продумывают способы его обогрева. Это могут быть нагревательные приборы или лента, используемая в технологии «теплый пол».
В конце работ проверить реактор на герметичность.
Расчет количества газа
Из одной тонны навоза можно получить примерно 100 кубических метров газа. Вопрос – сколько помета дают домашние животные в сутки:
- курица – 165 г в сутки;
- корова – 35 кг;
Умножить эти показатели на количество голов и получится суточная доза экскрементов, подлежащих переработке.
Больше газа получают от коров и свиней. Если добавить в смесь такие энергетически мощные растения как кукуруза, свекольная ботва, просо, то количество биогаза увеличится. Большой потенциал у болотных растений и водорослей.
Самый высокий – у отходов мясоперабатывающих комбинатов. Если такие хозяйства есть поблизости, то можно скооперироваться и установить один реактор на всех. Сроки окупаемости биореактора 1 – 2 года.
Отходы биомассы после получения газа
После переработки навоза в реакторе побочным продуктом является биошлам. При анаэробной переработке отходов бактерии растворяют около 30% органического вещества. Остальное выделяется в неизменном виде.
Жидкая субстанция также является побочным продуктом метанового брожения и также используется в сельском хозяйстве для корневых подкормок.
Углекислый газ – ненужная фракция, которую производители биогаза стремятся удалить. Но если растворить ее в воде, то эта жидкость также может приносить пользу.
Полное использование продуктов биогазовой установки
Чтобы полностью утилизировать продукты, получаемые после переработки навоза, необходимо содержать теплицу. Во-первых – органическое удобрение можно использовать для круглогодичного выращивания овощей, урожайность которых будет стабильной.
Во-вторых – углекислый газ используется как подкормка – корневая или внекорневая, а его на выходе получается около 30%. Растения поглощают углекислоту из воздуха и при этом лучше растут и набирают зеленую массу. Если проконсультироваться со специалистами данной области, то они помогут установить оборудование, которое переводит углекислый газ из жидкой формы в летучее вещество.
Видео: Биогаз за 2 дня
Дело в том, что для содержания животноводческой фермы полученных энергоресурсов может быть много, особенно летом, когда не нужен подогрев коровника или свинарника.
Поэтому рекомендуется заняться еще одним прибыльным видом деятельности – экологически чистая теплица. Остатки продукции можно хранить в охлаждаемых помещениях – за счет все той же энергии. Холодильное или любое другое оборудование может работать на электричестве, которое вырабатывает газовая аккумуляторная батарея.
Использование в качестве удобрения
Кроме выработки газа биореактор полезен тем, что отходы используются в качестве ценного удобрения, которое сохраняет почти весь азот и фосфаты. При внесении в почву навоза 30 – 40% азота безвозвратно теряется.
Чтобы уменьшить потери азотных веществ, в грунт вносят свежие экскременты, но тогда выделяющийся метан повреждает корневую систему растений. После переработки навоза метан идет на собственные нужды, а все питательные вещества сохраняются.
Калий и фосфор после ферментации переходят в хелатную форму, которая усваивается растениями на 90%. Если смотреть в общем, то 1 тонна ферментированного навоза способна заменить 70 – 80 тонн обычных животных экскрементов.
Анаэробная переработка сохраняет весь имеющийся в навозе азот, переводя его в аммонийную форму, что на 20% увеличивает урожаи любых культур.
Такое вещество не опасно для корневой системы и может вноситься за 2 недели до высадки культур в открытый грунт, чтобы органика успела переработаться на этот раз почвенными аэробными микроорганизмами.
Перед использованием биоудобрение разводят водой в соотношении 1:60. Для этого подходит как сухая , так и жидкая фракция, которая после сбраживания также поступает в резервуар для отработанного сырья.
На гектар нужно от 700 до 1 000 кг/л неразбавленного удобрения. Учитывая, что с одного кубического метра площади реактора в день получается до 40 кг удобрений, то за месяц можно обеспечить не только свой участок, но и соседский, продавая органику.
Какие питательные вещества можно получить после отработки навоза
Основная ценность ферментированного навоза как удобрения – в наличии гуминовых кислот, которые как оболочка сохраняют ионы калия и фосфора. Окисляясь на воздухе при длительном хранении, микроэлементы утрачивают свои полезные качества, но при анаэробной переработке, наоборот, приобретают.
Гуматы положительно влияют на физико-химический состав грунта. В результате внесения органики, даже самые тяжелые почвы становятся более проницаемыми для влаги. Вдобавок, органические вещества являются пищей почвенных бактерий. Они дальше перерабатывают остатки, которые «недоели» анаэробы и выделяют гуминовые кислоты. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, которые полностью усваивают.
Кроме основных – азота, калия и фосфора – в составе биоудобрения есть микроэлементы. Но их количество зависит от исходного сырья – растительного или животного происхождения.
Способы хранения шлама
Лучше всего хранить ферментированный навоз в сухом виде. Так его удобнее фасовать и транспортировать. Сухое вещество меньше теряет полезных свойств и его можно хранить в закрытом виде. Хотя в течение года такое удобрение вообще не портится, но дальше его нужно закрыть в мешок или емкость.
Жидкие формы необходимо сохранять в закрытых емкостях с плотно закручивающейся крышкой, чтобы не выветривался азот.
Основная проблема производителей биоудобрений – сбыт в зимнее время, когда растения находятся в состоянии покоя. На мировом рынке стоимость удобрений такого качества колеблется в пределах 130$ за тонну. Если наладить линию по расфасовке концентратов, то окупить свой реактор можно в течение двух лет.
Понравилась статья? Поделись с друзьями:
Здравия, дорогие читатели! Я — создатель проекта «Удобрения.NET». Рад видеть каждого из вас на его страницах. Надеюсь, информация из статьи была полезна. Всегда открыт для общения — замечания, предложения, что ещё хотите видеть на сайте, и даже критику, можно написать мне ВКонтакте, Instagram или Facebook (круглые иконки ниже). Всем мира и счастья! 🙂
Вам также будет интересно почитать:
Биогаз из навоза: технология производства, переработка
Многие фермерские хозяйства сталкиваются с проблемой утилизации навоза, требующей немалых затрат. Чтобы обернуть это в свою пользу, нужно использовать навоз для получения биогаза. Современные технологии позволят получить и использовать в качестве топлива биогаз из навоза.
Как из органики образуется биогаз
Биогаз не имеет цвета и запаха, это летучее вещество на 70 % состоит из метана. Если сравнивать его с природным газом, то качественные показатели биогаза очень близки.
Одним из главных преимуществ является хорошая теплотворная способность. Выделение тепла 1 куб. м биогаза равно количеству выделяемого тепла при сгорании 1,5 кг угля.
Благодаря анаэробным бактериям, которые способствуют разложению органического сырья, и получается биогаз. Этим сырьем могут быть отходы крупного рогатого скота, свиней, птиц, растений.
Самое высокое содержание метана в курином помете в сочетании с травой и листьями. На втором месте свиной навоз с органическими добавками, тройку замыкает куриный помет и бумажная масса.
Чтобы активировать процесс, создаются благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Такие условия должны быть приближены к естественным, как в желудке животного, где нет кислорода и тепло.
Создав такие условия, можно превратить навозную массу в ценное удобрение и экологическое топливо.
Получить биогаз можно с помощью герметичного редактора, куда не будет поступать воздух. В таких условиях навозная масса будет бродить и разлагаться на метан, углекислый газ и другие газообразные вещества.
Биогаз из навоза можно получить с помощью герметичного редактораОбразовавшийся в результате газ поднимается к верху установки, после чего его выкачивают. Внизу остается органическое удобрение высокого качества со всеми ценными веществами, но без патогенных микроорганизмов.
Немаловажный фактор при получении биогаза – соблюдение определенного температурного режима. Активация бактерий, которые принимают участие в процессе, происходит при температуре не ниже +30° С.
В навозе имеются мезофильные и термофильные бактерии. Для жизнедеятельности мезофильных бактерий требуется температура от +30° до +40° С. Чтобы поддерживать размножение термофильных бактерий, температура должна быть от +50° до +60° С.
Состав смеси и тип установки являются главными определяющими времени переработки сырья. При использовании установки первого типа, процесс длится от 12 до 30 суток.
В данном случае вырабатывается 2 л биотоплива на 1 л полезной площади реактора. Второй тип установки более дорогостоящий, но при его использовании выработка конечного продукта происходит в течение 72 часов и превышает по количеству в 2 раза.
Хотя термофильные установки намного эффективнее, но для поддержания высокой температуры в реакторе потребуются большие расходы. Из-за этого, большая часть фермеров предпочитают мезофильную установку.
Плюсы и сфера применения биогаза
Биогаз из навоза является перспективным источником возобновляемой энергии. Просматривается экологическая, экономическая и энергетическая выгода.
В Российской Федерации биогазовые установки пока не нашли массового применения, в то время как европейские страны с каждым годом все больше развивают эту отрасль.
Выделяют главные преимущества:
- эффективная и экологическая сырьевая переработка;
- предотвращение эрозии почвы;
- получение на выходе полезных веществ, которые пригодятся в сельском хозяйстве;
- доступность сырья в сельской местности;
- беспрерывное пополнение сырьевой базы;
- получение дополнительного источника энергии.
На фермерских угодьях всегда остро стоит вопрос об утилизации отходов. Больше всего этот вопрос волнует у тех, кто имеет большое хозяйство.
Ни одна установка по утилизации мусора не может превзойти биогазовую. Такая установка не просто утилизирует мусор, но и использует его для получения чистого и высокоэффективного удобрения, производит биологическое топливо и энергию.
Наибольшей популярностью биогазовые установки пользуются среди жителей сельской местности. Также их можно использовать и в городе.
Работа устройства для получения биогаза
Основной принцип работы установки по производству биогаза – брожение. В результате полученный биогаз, используется, как и природный. К примеру, с его помощью можно обогреть помещение или выработать электроэнергию.
Таким газом можно заправить автомобиль, естественно, сначала его потребуется сжать.
Сам процесс выработки биогаза в биогазовой установке происходит в несколько этапов. На первом этапе загружается сырье. Для обеспечения максимальной эффективности, придерживаются определенной влажности сырья. Наилучший вариант – использование функции добавления воды.
После загрузки сырья в емкость, из расчета 1 к 8 к сырьевой базе добавляют воду и включают насос, с помощью которого все тщательно перемешивается и становится однородным.
Процесс выработки биогаза из навозаДалее сырьевая масса, попадает в биореактор, при этом, продолжая перемешиваться. Перемешивание автоматически отключится после полной выгрузки сырья из емкости.
Однородная, смешанная с водой биомасса, попадает в биореактор через открывающийся технологический люк. Такой же герметичный люк имеется и в верхней части биореактора. На нем расположены приборы, отслеживающие уровень биомассы, измеряющие давление биогаза и осуществляющие его отбор.
Чтобы не случился разрыв емкости, специальный компресс автоматически может включаться или выключаться при повышении давления. Также компрессор способствует откачке газа из биореактора в газгольдер.
Биореактор также оснащен нагревательным элементом, который поддерживает нужную для брожения температуру.
Затем биомасса попадает во вторую часть биореактора, где проходит химическая реакция. Все процессы происходят с постоянным перемешиванием биомассы, что исключает возможность образования плавающей корки, которая препятствует выходу биогаза. После того как биомасса окончательно перебродила, она попадает в выгрузочный сектор, где отделяется жидкое удобрение и остатки газа.
Как достичь максимальной эффективности биогенератора
Чтобы добиться максимальной эффективности работы биогенератора, брожение органической смеси должно быть равномерным. Субстрат должен постоянно двигаться, так удастся получить максимум газа.
Благодаря мешалкам погружного или наклонного вида, которые оборудованы электроприводом, обеспечивается постоянное перемешивание биомассы. Эти мешалки расположены вверху или сбоку типового реактора.
В кустарных установках используется механическое устройство перемешивания по типу бытового миксера. Он может быть ручным или работать от электропривода.
Самое главное условие для эффективной добычи биогаза – соблюдение температурного режима. Обогрев может осуществляться:
- с помощью автоматизированных систем подогрева. Они используются в стационарных установках. Если температура в реакторе падает ниже заданной, система автоматически включается. При достижении нужной температуры система самостоятельно отключается;
- с помощью газовых котлов – осуществляется прямой нагрев с использованием электроотопительных приборов или встроенных нагревательных элементов.
Слой стекловаты может стать отличным каркасом для реактора. Для теплоизоляции также подойдут пенополистирол. Эти материалы помогут уменьшить потери тепла.
Биогазовая установка
Перед тем, как начать делать биогазовую установку, следует провести расчеты. Когда скота не много, то лучше отдать предпочтение самой простой установке. Ее не так уж сложно сделать собственными руками.
Для крупного сельскохозяйственного объекта подойдет промышленная автоматизированная биогазовая установка. Чтобы ее сделать, нужно привлечь специалистов для разработки проекта и монтажа установки.
На сегодняшний день существует много компаний, предлагающих готовый вариант биогазовой установки, или разработку индивидуального проекта. Некоторые в целях экономии объединяются, покупая одну установку на несколько хозяйств.
Перед постройкой даже небольшой биогазовой установки потребуется собрать документацию:
- технологическая схема;
- пройти пожарную и газовую инспекцию;
- разрешение от санэпидемстанции;
- план размещения оборудования и вентиляции.
При желании и возможностях, можно соорудить оборудование для производства биогаза самостоятельно. В качестве основы подойдет устройство, выпущенное промышленностью.
Строительство сооружения для добычи биогаза под землей
В домашних условиях можно соорудить простейшую установку для добычи биогаза, минимизируя при этом затраты. Самый подходящий вариант – подземная установка.
Строительство сооружения для добычи биогаза из навоза под землейДля начала нужно вырыть яму, чтобы залить ее основание и стены применяют армированный керамзитобетон. Затем необходимо вывести входной и выходной проход с противоположных сторон камеры. Чтобы производить подачу биомассы и откачку отработанной массы, в проходы вставляются наклонные трубы.
Выходную наклонную трубу располагают практически у дна бункера. Для откачки отходов производится монтаж конца этой трубы в компенсирующую емкость. Эта емкость должна быть прямоугольной формы, а диаметр самой трубы 70 мм.
Труба диаметром 25-35 см, с помощью которой осуществляется подача субстрата, монтируется в 50 см от дна. Ее верхняя часть входит в отсек, где осуществляется прием сырья.
Не стоит забывать и о герметичности реактора. Во избежание попадания воздуха, производится битумная гидроизоляция.
Для изготовления верхней части бункера (газгольдера) используют металлические листы или кровельное железо. Обычно, газгольдер купольной или конусной формы.
В завершении, не будет лишним осуществить кирпичную кладку установки. Далее производится обивка стальной сеткой и штукатурка.
Верхушку газгольдера можно оборудовать герметичным люком. Затем вывести газоотводную трубу, которая проходит через гидрозатвор. Далее производится установка клапана, с помощью которого осуществляется сброс давления.
Дренажная система (принцип барботажа) устанавливается для перемешивания биомассы. Для ее оборудования потребуется закрепить пластиковые трубы в вертикальном положении. Верхний край этих труб должен находиться выше слоя субстрата. Затем в трубах нужно сделать много дырок.
Из-за давления газ будет опускаться и подниматься. Благодаря подъему газа вверх, пузырьками газа будет осуществляться перемешивание биомассы.
При нежелании самостоятельно делать бетонную конструкцию, можно приобрести готовую из поливинилхлорида. Далее необходимо позаботиться об обеспечении теплоизоляции установки. Самый подходящий для этих целей материал – пенополистирол.
Днище ямы (10 см) заливается армированным бетоном. При объеме реактора менее чем 3*3 м, допускается использование ПВХ резервуаров.
При желании, можно сделать и эффективно использовать устройство для производства биогаза из навоза. В сети можно найти подробные инструкции изготовления таких устройств. Также немалой популярностью пользуются видеоролики на видеохостингах.
Там наглядно показаны этапы производства биогаза из навоза.
Хотя на государственном уровне добыча газа из органического сырья пока не нашла широкого использования, все же, среди простых фермеров с каждым годом появляется все больше поклонников устройств для получения биогаза.
Возможно уже спустя несколько лет, производство биогаза выйдет на новый уровень и заинтересует большую аудиторию граждан. Благодаря переработке навоза в биогаз можно не только получать полезные удобрения и заправить автомобиль, но и построить выгодный бизнес, без вреда для экологии.
Нефтяные ресурсы не бесконечны, а значит, в будущем люди, так или иначе, обратят свое внимание на добычу биогаза и придут к тому, чтобы сделать такое производство массовым.
Биогаз — Википедия
Метантанк биогазовой установкиБиогаз — газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы. Метановое разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Одной из разновидностей биогаза является биоводород, где конечным продуктом жизнедеятельности бактерий является не метан, а водород.
История
В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.
Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.
В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования[1].
Состав и качество биогаза
50—87 % метана, 13—50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.
Поскольку только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно, для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями. Объём газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к расширению газа и к уменьшаемому вместе с объёмом уровню калорийности и наоборот. Кроме того при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 °C, атмосферное давление 1,01325 bar, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубических метрах (м³) метана на 1 кг органического сухого вещества (ОСВ), это намного точнее и красноречивее, нежели данные в м³ биогаза в м³ свежего субстрата.
Сырьё для получения
Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.
Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.
Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.
В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.
На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.
Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.
Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.
Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.
Экология
Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.
Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.
Производство
Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантанках.
Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:
- Ёмкость гомогенизации
- Загрузчик твердого (жидкого) сырья
- Реактор
- Мешалки
- Газгольдер
- Система смешивания воды и отопления
- Газовая система
- Насосная станция
- Сепаратор
- Приборы контроля
- КИПиА с визуализацией
- Система безопасности
Принцип работы установки
Биомасса (отходы или зелёная масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.
Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая технология. Например, спиртовая барда перерабатываются с использованием химических добавок. Для кислой меласной барды используется щелочь. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии без химических добавок, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.
Факторы, влияющие на процесс брожения
- Температура
- Влажность среды
- Уровень рН
- Соотношение C : N : P
- Площадь поверхности частиц сырья
- Частота подачи субстрата
- Замедляющие вещества
- Стимулирующие добавки
Температура
Метановые бактерии проявляют свою жизнедеятельность в пределах температуры 0-70ºС. Если температура выше они начинают гибнуть, за исключением нескольких штаммов, которые могут жить при температуре среды до 90ºС. При минусовой температуре они выживают, но прекращают свою жизнедеятельность. В литературе как нижнюю границу температуры указывают 3-4ºС.
Площадь поверхности частиц сырья
Принципиальным является, что чем меньше частички субстрата, тем лучше. Чем больше площадь взаимодействия для бактерий и чем более волокнистый субстрат, тем легче и быстрее бактериям разлагать субстрат. Кроме того, его проще перемешивать, смешивать и подогревать без образования плавающей корки или осадка. Измельченное сырье имеет влияние на количество произведенного газа через длительность периода брожения. Чем короче период брожения, тем лучше должен быть измельчен материал.
При достаточно длительном периоде брожения количество выработанного газа снова увеличится. При использовании измельченного зерна этого уже удалось достичь через 15 дней.
Применение
Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.
Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.
Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18 % в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 8000 установок. В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом.
Развивающиеся страны
В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.
Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м³ биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек[2].
В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.
В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок[3].
Автомобильный транспорт
Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.
Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов[4].
Потенциал
В России агрокомплекс ежегодно производит 773 миллиона тонн отходов, из которых можно получить 66 миллиардов м3 биогаза, или около 110 миллиардов кВт•ч электроэнергии. Общая потребность России в биогазовых заводах оценивается в 20 тысяч предприятий[5].
В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей[6].
Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.
Критика
Использование для производства биогаза энергетических культур подвергается критике со стороны зеленых, в частности в Германии. К отрицательным сторонам среди прочего они относят:
См. также
Примечания
Литература
Ссылки
готовое оборудование и самодельная установка
Фермерским хозяйствам нелегко утилизировать навоз. Образуется его с излишком, много средств приходится тратить на вывоз и утилизацию. В небольших частных хозяйствах навоз активно используют в качестве бесплатного и эффективного удобрения. Оказывается, есть и иной способ полезного использования данного сырья, позволяющий получить природный газ.
Многие хозяйства уже сегодня занимаются производством биогаза из навоза, используя экологичную технологию, позволяющую получать ценный продукт. Биометан из навоза ценен хорошим качеством, потому применяется во многих странах.
Что такое биогаз
Биогаз из навоза – это экологически чистое топливо. По характеристикам он близок к природному газу, который извлекается из недр земли промышленным путем.
Биогаз может составить альтернативу обычному топливу, ведь изготавливается он из отходов жизнедеятельности животных и птиц, которых в избытке можно найти в любом сельском хозяйстве. При правильной обработке сырья можно получить бесцветный биогаз без характерного запаха, в котором содержится не менее 70 % метана.
Биогаз имеет хорошие характеристики. Один кубический метр такого топлива из навоза выпускает столько же тепла, что и полтора кг каменного угля.
Преимущества процесса
Переработкой навоза для получения биогаза занимались еще в советское время. На сегодняшний день многие страны занимаются данным видом промышленности, так как это выгодно, легко и не представляет опасности для окружающей среды.
Такой альтернативный биогаз не нуждается в трудоемком добывании сырья для производства, процесс его создания относительно дешев, а в окружающую среду не выделяются токсические вещества.
Конечно же, навоз можно использовать просто в качестве удобрения, если в хозяйстве всего несколько коров. Гораздо сложнее приходится крупным фермерам с сотнями голов скота, ведь каждый год им приходится избавляться от нескольких тонн навоза.
Чтобы навоз стал качественным удобрением, его необходимо хранить, соблюдая температурный режим. Но это требует лишних расходов, потому большинство фермеров просто собирают его в определенное место, а потом вывозят на пашни.
При неправильном хранении навоз теряет почти половину находящихся в нем азотистых соединений и большую часть фосфора, потому его показатели становятся гораздо хуже. В атмосферу же непрерывно из навоза выделяется газ метан, что ухудшает экологическую ситуацию.
Новейшие технологии получения биометана позволяют перерабатывать сырье таким образом, что полученный биогаз не имеет токсического эффекта для окружающей среды. Биогаз выделяет при сгорании невероятное количество энергии, а нагретый навоз после его использования становится очень ценным анаэробным удобрением.
Технология получения биогаза
Изготовление биогаза возможно при помощи бактерий, для жизнедеятельности которых не нужен кислород. Потому для производства биогаза необходимо соорудить герметичные емкости, в которых будет происходить брожение сырья. Трубы для отвода сконструированы в емкостях таким образом, что воздух из внешней среды не способен просочиться внутрь.
Сначала резервуар наполняют жидким сырьем и повышают температуру до необходимой отметки, чтобы мироорганизмы начали работать. Метан поднимается вверх из жидкого навоза, накапливается в специальных резервуарах, в которых проходит этап фильтрации. Дальше его собирают в газовые баллоны. Использованные массы навоза накапливаются на дне емкостей, откуда периодически их вынимают и хранят в других местах. После откачивания отработанной жидкости в резервуар подается новый навоз.
Температурный режим функционирования бактерий
Метан может выделяться из навоза только при создании для него подходящего температурного режима. Навоз содержит в себе разные бактерии, которые активизируются и выделяют биогаз при разных температурах и с разной скоростью:
- Мезофильные бактерии. Начинают работать, если температура окружающей среды становится выше 30 градусов. Вырабатывается биогаз очень медленно – продукцию можно будет собрать спустя полмесяца.
- Термофильные бактерии. Для их активации требуется температура, равная 50-65 градусам. Биогаз можно будет собрать уже через три дня. Особую ценность представляет шлам – отходы навоза после сильного нагрева. Это полезное удобрение и, главное, безвредное – любые гельминты, семена сорняков, патогенные микроорганизмы уничтожаются при нагревании.
- Встречается и другой вид термофильных бактерий, выживающих при нагревании до температуры в 90 градусов. Их дополнительно включают в навоз, чтобы брожение происходило быстрее.
При понижении температуры все типы бактерий становятся менее активными. В небольшом хозяйстве обычно пользуются мезофиллами, ведь в таком случае дополнительного нагрева не требуется. Дальше первичный биогаз можно использовать для искусственного нагрева навоза и активации термофильных бактерий.
Минус хранения сырья в том, что оно не должно подвергаться скачкам температур. Потому в зимнее время необходимо позаботиться о теплом помещении для складирования навоза.
Подготовка сырья для заливки в реактор
Как правило, дополнительно обогащать навоз микроорганизмами нет необходимости, так как они уже содержатся в нем. Все, что необходимо делать – это правильно подготовить навозный раствор, следить за температурой и вовремя менять сырье в биореакторе.
Влажность сырья должна составлять не менее 90 % (по консистенции как жидкая сметана). Потому перед использованием сухой помет (коз, овец, коней, кроликов) смешивают с водой. Навоз свиньи разводить нет необходимости из-за высокого содержания в нем мочи.
Также важно, чтобы навоз был однородным, без твердых частиц. От мелкости фракций зависит количество образуемого на выходе биогаза. По этой причине внутри оборудования устанавливается постоянно работающая мешалка, уничтожающая твердую корку на поверхности сырья и мешающая выделению метана.
Лучше всего для процесса подойдут отходы с высокой кислотностью (навоз свиней и коров). При снижении показателя кислотности бактерии замедляют свою работу, потому важно в первые разы выяснить, за какое время происходит полная переработка одной порции навозного раствора, и лишь потом заливать его заново.
Технология очистки газа
Получаемый продукт содержит около семидесяти процентов метана, один процент примесей (сероводородных и некоторых летучих элементов) и чуть менее тридцати процентов углекислого газа.
Использовать его как топливо можно только после очищения от примесей. Сероводородные соединения убирают при помощи специальных фильтров. Это необходимо делать по той причине, что такое вещество, образуя с водой кислоту, ускоряет процессы коррозии металлов, труб, резервуара и всей биогазовой установки, если она металлическая.
Углекислый газ также необходимо убрать из топлива, но это требует немало времени:
- В первую очередь биогаз сжимают при сильном давлении.
- В емкость направляют воду, в которой примесь растворится.
Если биогаз производится в огромных масштабах, то очистку производят известью, активированным углем и специальными фильтрами.
Уменьшение содержания влаги
На данном этапе очистку сырья проводят разными способами.
Первый способ похож на работу самогонного аппарата. Биогаз направляют вверх по холодным трубкам. Вода переходит в конденсат и стекает по трубке вниз, в то время как метан направляется в резервуар для дальнейшего хранения.
Другой способ – использование гидрозатвора. Полученный биогаз смешивают с водой, где остаются все примеси. Такой способ требует меньше времени на очистку, так как вода избавляет и от лишней жидкости, и от ненужных элементов.
Установки для получения биогаза
Для изготовления установки недалеко от фермерских хозяйств, наилучшим образом подходит конструкция, которую впоследствии легко будет разобрать и перенести на другую территорию. Главное оборудование всей установки – это биореактор – емкость для заливки навоза и его брожения. Большие предприятия пользуются цистернами в 50 кубометров.
Небольшие частные хозяйства вместо цистерн используют резервуар под землей. Он выкладывается кирпичом в вырытой яме. Для герметичности и прочности все закрепляют цементной массой. Объем зависит от количества образующегося ежедневно навоза.
Для наземной установки могут применять цистерны из пластика, металла или поливинилхлорида.
Установки могут быть как автоматизированными (в них весь процесс происходит без участия человека), так и механическими (откачивать, доливать сырье, забирать биогаз, следить за давлением и температурой необходимо самостоятельно).
В небольшом хозяйстве желательно пользоваться электрическими насосами, мешалками, измельчителями, которые предотвратят появление корок на поверхности навоза и очистки сооружения от отходов.
Советы по самодельному изготовлению
Самое важное правило – отсутствие кислорода в реакторе. При его наличии может произойти взрыв.
Для того чтобы крышку реактора не сорвало высоким давлением, необходимы противовесы, защитные прокладки между резервуарами и крышками.
Резервуар никогда не должен быть абсолютно полон. Желательно пятую часть его объема оставлять незаполненной.
На участке перед установкой оборудование необходимо:
- правильно выбрать место (желательно, как можно дальше от жилого дома)
- рассчитать ежедневные объемы образуемого навоза
- выбрать местоположение для труб (отгрузочных, погрузочных, конденсирующих влагу)
- найти место для отходов навоза
- выкопать котлован
- приобрести емкость для резервуара и закрепить ее на дне котлована
- загерметизировать все места стыков
- сконструировать люк для осмотра реактора (между люком и реактором обязательно поставить прокладку)
Если установка происходит в холодном климате, то обязательно стоит продумать способы её нагрева.
Завершающим этапом постройки считается проверка оборудования на герметичность.
Расчет количества газа
В среднем, тонна навоза обеспечит владельца сотней кубометров биогаза. Для того чтобы рассчитать количество получаемого биогаза, необходимо умножить ежедневную массу навоза с каждого скота на количество животных.
Естественно, разные животные и птицы дают разное количество навоза:
- птицы (в первую очередь, куры) – 150-170 г в день
- корова — 34-36 кг
- коза – 900 – 1100 г
- лошадь – 14-16 кг
- овца – 900 – 1100 г
- свинья – 4-6 кг
Навоз свиней и коров дает большее количество топлива. Количество выделяемого биогаза можно увеличить, если добавить в смесь просо, ботву свеклы, болотные растения, водоросли или кукурузу (наличие хлорофилла в биомассе улучшает выделение метана).
Отходы биомассы после получения газа
Образуемый после нагревания навоза шлам применяют повсеместно в сельском хозяйстве в виде удобрений.
Образуемый углекислый газ обычно стремятся очистить, но при растворении его в воде получается полезная жидкость.
Полное использование продуктов биогазовой установки
При рациональном использовании навоза, отходов после образования биогаза может не быть вовсе. К примеру, углекислый газ применяют в качестве подкормки для овощных культур.
Шлам также используют для подкорневой подкормки.
Потому при наличии небольшой установки по производству биогаза будет полезно установить и биотеплицу, которая за счет удобрений и полученной энергии может работать круглый год.
Газпром кузнеца Давыдова попахивает навозом | Fermer.Ru — Фермер.Ру — Главный фермерский портал
Сельский житель из Липецкой области навострился добывать «голубое топливо» из коровьих лепешек
На берегу пруда в селе Вышнее Большое убого торчат пеньки срубленных деревьев: едва наступают холода, местные жители хватаются за топоры. А семья Давыдовых уже пять лет отапливает свой дом почти дармовым газом. «Голубое топливо» она добывает на собственном подворье. Но не из подземного месторождения, а из… ямы с навозом! За сырьем далеко ходить не надо. Давыдовы, как все в округе, держат корову, бычка, свиноматок. Без живности в деревне нынче пропадешь: колхоз здешний почил в бозе. Много чего на селе недостает, а вот, пардон, дерьма — навалом. Кузнец Юрий Давыдов нашел отходам замечательное применение — соорудил биогазовую установку.
— У моего мужика руки золотые, — не нахвалится жена Людмила Петровна.
Живут Давыдовы в вычурном двухэтажном строении, сразу бросающемся в глаза на фоне неприметных изб. По вечерам все семейство не на печке греется, а собирается у камина.
Энергетическую проблему Давыдов решил так. Вырыл большую яму. Уложил в нее огромные бетонные кольца: сам отливал! Накрыл ее железным колоколом весом в тонну. Трубы в сторону от агрегата отвел. А потом собрал у всех соседей навоз, заполнил пахучей массой установку и стал ждать. Соседи поначалу подумали, что он спятил.
— За раз надо пять тонн говна, — безо всяких там словесных изысков, по-простецки, описывает мне технологический процесс Людмила Петровна. — Уже через несколько дней купол начинает наполняться газом. Летом, когда жарко, дело быстрее идет, зимой чуть помедленнее. Если газ не стравливать, может здорово рвануть! Один раз я замешкалась, так купол из-под земли на полтора метра вышел.
Давыдовы сначала собственным газом баньку отапливали, еду на нем поросятам варили, а потом и в дом его провели. Шестилетний сынишка Славка бегает зимой по комнатам в шортиках и босиком: тепло!
— Юрка мой — сам себе Газпром, — улыбается его жинка. Слух об удивительной установке разнесся далеко за пределы села Вышнее Большое. Местный Левша свое ноу-хау в секрете не держит:
— А что тут хитрого? Не мною замечено, что навоз выделяет метан.
Юрий — самоучка. Никто его кузнечному делу и прочим премудростям не учил. В молодости вел он в школе уроки труда, будущая жена Людмила была его ученицей.
— Он опять что-нибудь удумал, непоседа, — шепнула мне напоследок Людмила Петровна. — Двор перекопал. Вроде теперь свет из ветра получать собирается…
Светлана ТУРЬЯЛАЙ.
(Наш соб. корр.).
Липецкая область.
Фото автора и Александра ЕЛЕЦКИХ.
На снимке: Липецкий умелец и его «мини-завод».
На снимке: Чертеж биогазовой установки
СДЕЛАЙ САМ
Получение газа в домашних условиях
Смешать 1,5 тонны коровьего навоза и 3,5 тонны сгнившей листвы, ботвы и прочих отходов.
Добавить в смесь воды до 60 — 70 процентов влажности.
Заложить смесь в яму и с помощью змеевика разогреть до 35 градусов. Дальше смесь начнет бродить и без доступа воздуха сама разогревается до 70 градусов.
Время производства газа из навоза — две недели.
Чтобы купол под давлением газа не слетел с ямы, к нему с помощью тросов необходимо прикрепить противовес.
В день установка вырабатывает до 40 кубометров «голубого топлива». Пяти тонн смеси ей хватает на шесть месяцев.
Газета Комсомольская правда от 18 ноября 2000 года.
С сайта www.anastasia.ru
Биогаз. И греет и варит
ЧТО ТАКОЕ БИОГА3?
В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные с технической точки зрения источники энергии: солнечное излучение, морские приливы и волны и многое другое. Некоторые из них например, ветер — находили широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из «забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и вновь «открытый»в наше время.
Что же такое биогаз! Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве «в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским житепям.
Биогаз — смесь газов. Его основные компоненты: метан (Ch5 — 55—70% н углекислый газ (СО2] — 28—43%, в также в очень малых количествах другие газы, например — сероводород [h3S].
В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды м 0,3 кг неразложимого остатка.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОИЗВОДСТВО БИОГАЗА
Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени згвисит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырье. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до —20°. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в в бльшом количестве воду (90—94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.
Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жид¬кость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.
Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать — хотя бы один раз в сутки, а желательно — до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса;, под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.
УСТАНОВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА
В Румынии генераторы биогаза получили широкое распространение. Одна из первых индивидуальных установок (рис. 1А) была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года. С тех пор она успешно обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с тремя конфорками и духовкой.
Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 25 м3), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м — из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ.
Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа в отличие от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имею¬щей три подземных ответвления — к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение а зимнее время.
Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления воды). Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.
Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис. 1Б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2х2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10—12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герметичности смопой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.
При первом наполнении в ферментзтор было загружено 8 м3 свежего коровьего навоза, а сверху залито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7— 3 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.
Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров, овец и свиней]. Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.
Еще одна установка отличается любопытной конструктивной деталью: ря-10м с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные омеры, соединенные и между собой рис. 2). В Ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2х2х1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного обёъма установки до 1 м3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта установки — устройство колокола 0 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лодок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар 0 140Х300 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верх ней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30—35°.
Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над ем костью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных
погодных условиях она сохраняет теп¬ло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.
В Румынии генераторы биогаза используются и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два ферментатора ем¬костью по 200 м3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300—480 м3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.
ПРАКТИЧЕСКИЕ СОВЕТЫ
Как уже отмечалось, решающую роль в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15° до 20° может вдвое увеличить . производство Энергоносителя. Поэтому часть генератора-торов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею, они используют лишь тепло, выделяемое в процесса самого разложения органических веществ.
Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной теплоизоляции. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистке и наполнении бункера ферментатора.
Необходимо помнить также о необходимости обеспечения биохимического равновесия. Иногда темпы производства бактериями кислот выше, чем темпы их потребления бактериями второй группы. В этом случае кислотность массы растет, а выработка биогаза снижается. Положение может быть исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его растворимости (по возможности, горячей водой), либо, наконец, добавкой нейтрализующего вещества — например известкового молока, стиральной или питьевой соды.
Производство биогаза может уменьшиться за счет нарушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в ферментатор вводят вещества, содержащие азот, — мочу или в небольшом количестве соли аммония, используемые обычно в качестве химических удобрений (50—100 г на 1 м3 сырья).
Следует помнить, что высокая влажность и наличие сероводорода (содержание которого в биогазе может достигать 0,5%) стимулируют повышенную коррозию металлических частей установки. Поэтому состояние всех остальных элементов ферментатора следует регулярно контролировать и в местах повреждений тщательно защищать: лучше всего свинцовым суриком — в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой масляной краски.
В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (рис. 4). Длина свободной ветви трубки (х) должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление биогаза. По мере то¬го как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.
В верхней части колокола целесообразно также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине давления судить о количестве накопленного биогаза.
Опыт эксплуатации установок показал, что использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузке ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88—90%) и повышать летом (92—94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой (желательно 35—40°). Сырье подается порциями, по крайней мере один раз в сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот газ удаляют в атмосферу, и через 1 —3 дня установка начнет функционировать нормально.
По материалам журнала «Техниум», СРР
ЕЩЁ РАЗ про БИОГАЗ
Редакция получила много писем по публикации «Биогаз: и греет, и варит» (см. «М-К» Н9 1 за 1987 год), подготовленном по материалам румынского журнала «Техниум». Читателей привлекла как сама тема, так и описываемые в статье конструкции. Многие интересуются деталями устройств биоустановок, спрашивают, как изготовить отдельные узлы. Дополнительные разъяснения и рекомендации возможных решений элементов конструкций дает наш консультант инженер П. Зак.
* * *
У читателей прежде всего возникает вопрос о согласовании имеющихся потребностей с размерами установки. Так многие и пишут размер доме, скажем, 5Х6 м (или объем, например, 150 м3) семья — 4 человека, надо обогреваться и кухню обеспечить, каких размеров требуется установка7
Имеющийся опыт свидетельствует, что в среднем на отопление дома площадью 40—50 м2 и четырехконфорочную плиту необходимо в час 3,0—3,5 м3 биогаза При оборудовании местной системы обогрева можно использовать широко применяемый автоматический отопительный газовый водонагреватель АОГВ-11, 3-3-У
Важный фактор, определяющий интенсивность газообразования, — температура процесса Не следует забывать, что в статье «Биогаз и греет, и варит» описан опыт, относящийся к стране с достаточно мягким климатом Видимо, для более суровых климатических условий подогрев нужнее, возможно, даже и в установившемся процессе А если подогрев предусматривать, то представляется целесообразным использовать его как эффективный регулирующий фактор, за счет которого можно увеличить газообразование в несколько раз (Об еще одном управляющее факторе — перемешивании — скажем далее )
Теперь, учитывая совместное влияние названных факторов на мощность установки, можно дать некоторые рекомендации
При выборе размеров ферментатора можно ориентироваться на варианты, приведенные в прошлой публикации, с учетом более сурового климата стоит добавить в установку нагревательный элемент, например, в виде змеевиков Подобная эксплуатация сразу позволит выявить влияние нагрева на производительность устройства. Для систематизации доводочных работ рекомендуется завести тетрадь (не полагаясь на память) и записывать все изменения — как вводимые, так и получаемые Практика показывает, что каждые 10° дополнительного нагрева биомассы удваивают выход газа с 1 м3 ферментатора
Вот некоторые данные для тех, кто собирается заняться проектированием установки. Из 1 т сырья получается 80— 100 м2 газа Его теплотворная способность примерно 5500— 6000 ккал/м3. Для сравнения бытовой газ не намного калорийнее — всего 7000 ккал/м 3
Теперь о биологии процесса Метанопроизводящие бактерии имеются в самом сырье Культуры их развиваются в ферментаторе до трех недель, пока масса не начнет выделять газ При использовании готовой «закваски» из предыдущей порции из уже работающего ферментатора срок начала выработки газа сокращается примерно до недели
Метанопроизводящие бактерии разделяются на три группы. Психрофильные эффективно работают в диапазоне+5.+20° При дальнейшем повышении температуры развиваются мезофильные бактерии, их рабочий диапазон +30 +42° А при еще более высокой температуре проявляется действие уже термофильных бактерий, которые работают в очень узком диапазоне +54 +56°
Большое число вопросов относится к конструкции установки, в первую очередь — созданию возможности периодической дозаправки сырья и перемешивания биомассы без разгерметизации колокола Прежде всего нужно сказать, что беспрерывную выработку газа можно получить путем дублирования установок С двумя ферментаторами при по¬очередной их перезаправке удается обойтись без усложнения конструкции
Поэтому будущему создателю установки для производства биогаза следует сравнить, применительно к своим возможностям, три схемы простейшая с периодической пере¬заправкой, спаренные простейшие, с поочередной перезаправкой, со специальным устройством, обеспечивающим непрерывную подачу газа
Выбирая третью схему, надо иметь в виду, что для работы ферментатора требуется не только дозаправка сырь-ем, но и удаление отходов
В последней схеме дозаправка сырья и удаление отходов не равнозначны по периодичности Так, удаление отходов можно совмещать с остановкой процесса на чистку и ревизию системы Что же касается дозаправки, то она делается чаще и осущестеляется проще ежедневно снизу убирается ‘/10 объема и сверху добавляется столько же свежего био-сырья
Один из возможных путей дозаправки ферментатора без потери газа основан на так называемом принципе сообщающихся сосудов. Для этого рядом с ямой ферментатора устраивается небольшая заправочная емкость, соединенная с ней трубопроводом, расположенным ниже уровня жидкости (рис 1) Трубопровод делается из куска керамической канализационной или асбоцементной трубы, которая вмуровывается в стенки емкостей Такая система сама по себе является жидкостным затвором газа Повысить эффективность подачи концентрата можно с помощью вставной воронки-бункера (рис. la). Проталкивать гущу через трубопровод можно и простейшим сетчатым поршнем. Одновременно он используется и в качестве заслонки, препятствующей самоперемешизанию биомассы между обеими емкостями.
Много вопросов вызывает необходимость периодического перемешивания биомассы. Как выполнять эту операцию без разгерметизации? Не все знают о возможности ее самоперемешивания. Вспомним эффект конвекции: его можно наблюдать в комнате, когда какая-нибудь пушинка оказывается над батареей отопления, плывет вверх, опускается у противоположной стены и снова увлекается воздушным потоком к батарее. Этот эффект тепловой циркуляции среды нетрудно получить и в ферментаторе, если разместить в нижней его части подогревательные трубы (змеевик), сместив их к одному краю; конвекция обеспечит самоперемешивание. В начавшемся процессе газообразования к этому добавится эффект подъема газовых пузырьков а зоне, находящейся над подогревателем.
Несложно сделать и механический перемешиватель биомассы. Особенно целесообразен он в местности с мягким климатом, где отпадает необходимость в использовании подогрева. Как показывает практика, лучше это предусмотреть заранее. Ведь если система сама выйдет на подогрев, то зачем тогда, спрашивается, тратить энергию на перемешивание. Кроме того, вовсе не обязательно перемешивать массу непрерывно. Можно делать это периодически, например, утром и вечером. Стоит даже превратить эту операцию в дополнительную, регулировочную. Для этого достаточно следить за положением колокола: как только он опустится к нижнему уровню (малый запас газа), надо перемешать биомассу — и выделение газа тотчас же увеличится.
Простейшую мешалку несложно изготовить в виде крыльчатки с приводом гибкими связями через тот же сифонный трубопровод (рис. 3). При этом нет необходимости в непрерывном вращении в одну сторону. Если мешалка имеет радиальные лопасти, достаточно качательных движений. Можно ограничиться и одной лопастью (рис. 2). Вообще здесь простор для собственных решений. В качестве тяг лучше использовать негниющие материалы, например, изолированный электропровод или капроновый (хлоридный) шнур, про¬дающийся в хозяйственных магазинах как бельевой.
Существует и проблема устойчивости колокола. Читатели, внимательно изучившие материал «Биогаз: и греет, и варит», уже подметили, что если схемы, изображенные на рисунке 1, осуществить, не дорабатывая конструкцию, то колокол может потерять равновесие сразу, как всплывет: либо опрокинется, либо заклинит. На рисунке 3 в той же публикации не случайно предусмотрена направляющая труба для колокола, но подобная установка сложнее для домашнего изготовления.
На рисунке мы показываем схему уравновешивания колокола с двумя блоками (рис. 4а) и противовесом и вариант «журавль» (рис. 46). Погрешность, получающаяся за счет нестрого вертикального перемещения точки подвески колокола на «журавле» (по дуге окружности), пренебрежима в связи со значительным превышением плеча рычага над хо-дом коромысла.
Такая система уравновешивания колокола выгодна еще и тем, что ее можно использовать в качестве подъемного устройства при ревизии и очистке ферментатора. Учитывая это, нетрудно дополнить конструкцию некоторыми вспомогательными элементами: блоки лучше расположить на повторной стреле (ведь только приподнять колокол, чтобы работать под ним, категорически не разрешается — «НЕ СТОЙ. ПОД ГРУЗОМ!»). Стоит сделать поворотной и опору коромысла «журавля», а противовес наборным, как на складских весах. Но если в вашей местности моро¬зов не бывает, предусмотрите противовес в виде емкости, заполненной водой.
Самое же серьезное затруднение, стоящее на пути самодельщика, — изготовление колокола. Оцинкованное кровельное железо позволяет придать ему нужную форму простыми средствами, к тому же он будет нетяжелым. Но недолговечность такого материала при быстрой коррозии в условиях агрессивной среды заставляет искать другие варианты. Поэтому мы настоятельно советуем присмотреться к доступному металлолому. Старые емкости, например, от нефтепродуктов, будучи обрезанными, могут оказаться очень подходящим полуфабрикатом, как по форме (обычно с приварными сферическими днищами), так и по толщине листового материала: от 2 до 5 мм.
Видимо, ходовыми размерами колокола будут 0- 1—3 м и такая же высота. Если «бочка» окажется меньше, стоит подумать, делать ли большой колокол или взять два по¬меньше (например, 0 1,5 м), заодно вернувшись к варианту спаренных простейших установок.
У некоторых читателей возник вопрос об определении давления газа. Видимо, они не обратили внимания на очевидное: как только колокол всплывет — сила давления газа достигла величины массы колокола. Поясним это на при¬мере. При диаметре юбки колокола 2 м площадь ее сечения составит S=яR2=3,14X1=3,14 м2= 31 400 см2. При толщине стенки колокола 5 мм и высоте 2 м вес его состазит около 500 кг. Допустим, что фактический вес колокола ра¬вен 470 кг. Тогда колокол всплывет при давлении газа 0,15 ати. (В системе СИ масса М=470 кг, сила веса G= =4700 Н, давление газа р=4700 : 31 400=0,15 Н/см^ =0,15 ати).
По мере подъема колокола давление почти не изменится, его повышение будет происходить только за счет вытеснения объема жидкости, равного всплывшей части стенок колокола.
Отмечая невысокое давление газа, видим, что его (в случае необходимости) можно повысить простым способом:
установить на колоколе дополнительный груз, расположив его пониже, для лучшего равновесия колокола.
Несколько любопытных примеров для сравнения. Давление газа в городской сети находится в пределах 200—300 мм вод. ст., а допускаемое — до 600 мм вод. ст. В нашей же системе это давление должно быть также предельным. Естественно, возникает вопрос: разве личное подворье способно дать биосырья в достаточном количестве? Конечно же, нет. Наши рекомендации относятся в первую очередь к кооперативным животноводческим хозяйствам, получающим с каждым днем все большее развитие. Кроме того, резервы, и немалые кроются в колхозах и совхозах: иногда возле животноводческих ферм скапливается значительное количество навоза, который никак не используется. Местные жители могли бы его утилизировать, а затем уже вывозить на поля. Ведь отработанное сырье из ферментатора практически не теряет свою ценность как удобрение. Налицо двойная экономическая выгода.
В заключение вновь обращаемся к читателям с просьбой делиться своим опытом в конструировании и эксплуатации биогазовых установок.
По материалам журнала «Техниум», СРР
Сегодня потребление энергоресурсов увеличило свои объемы, появилась необходимость разработок иных источников получения энергии
Многие руководителя или держатели фермерских хозяйств сталкиваются с проблемой использования или утилизации навоза. Иной раз приходится затрачивать много денежных средств и заключать договора с организациями, которые могут принять на захоронение этот продукт жизнедеятельности скота.
Однако имеется способ, который на практике отработан – газ из навоза, получаемый в целях обогрева помещений. Полученное биотопливо из навоза одновременно обеспечивает экономию денежных средств на утилизацию отходов и затрат на энергоресурсы.
О преимуществах новой технологии
Из исторических данных проведением таких исследований уже занимались в конце позапрошлого столетия, а в XX веке это применялось на практике. Во времена существования СССР было произведено первое биоэнергетическое устройство. Это нашло успешное применение и в странах зарубежья. Тем более в настоящее время стоимость энергоносителей достаточно высока, а такое новшество позволяет обеспечивать экономичность данного вида ресурсов.
Можно выделить два неоспоримых преимущества:
- снижение выброса метана в атмосферные слои;
- получение дополнительного источника тепла.
Навоз – это ценное удобрение, и когда в хозяйстве имеется не более двух голов скота, то все уходит на удобрение почвы. Но если это целое фермерское хозяйство, то, как правило, навоз скапливается в больших количествах. Чтобы из него получилось ценное удобрение, требуется хранение при определенном температурно-влажностном режиме, при несоблюдении которого около 50% азота и фосфора испаряется. Помимо всего прочего, атмосфера загрязняется. В зависимости от объема получаемого сырья, необходимо приобрести оборудование, которое и обеспечит его сохранность, на что уйдут определенное денежные средства.
Получение биогаза обеспечит:
- предупреждение выброса в атмосферу вредных веществ;
- получение биоэнергетического топлива, которое даст немалое количество энергии.
О биогазе
Определение биогаза заключается в следующем: это вещество, не обладающее ни цветом, ни запахом, легко испаряющееся и содержащее в своем составе более 70% газа – метана. По своим характерным признакам такой вид альтернативного топлива приближается к природному газу, который пользуется спросом среди населения и предприятий. Получается биопродукт в результате функционирования анаэробных бактерий. Получаемый газ – отличный проводник тепла. Сколько тепла можно получить из навоза, и какое количество биоматериала дает корова? Для сравнения можно привести пример: с 1 м3 биогаза получается такое же количество тепла, как и при сгорании 1,5 кг угля.
Производство биогаза в домашних условиях может быть тоже организовано. Для этого используется птичий помет, коровий навоз и другие продукты результата жизнедеятельности, которые дает крупный и средний скот. Полученное сырье используется:
- в чистом виде;
- совместно с травой, листьями или со старой бумагой.
Чтобы активизировать процесс работы бактерий, необходимо создать определенные условия. Они не должны отличаться от естественных, а именно – должно обеспечиваться происхождение того, что делается в желудке животного при полном отсутствии кислорода и наличии теплового эффекта.
Как происходит образование биогаза
Как получить биогаз из коровьего навоза? Для этого необходимо обеспечить следующие условия:
- создать герметичность;
- обеспечить подачу тепла.
В результате этого должно получиться следующее:
- Метан – до 70 %.
- Углекислый газ – около 30 %.
- Иные газы – примерно 1%.
Газы достаточно легкие и поэтому поднимаются вверх, далее подлежат выкачиванию. Внизу же остаются тонны навоза, в которых сохраняются полезные вещества для удобрения грунта. Еще одно и важных преимуществ от получения такого вида топлива – уничтожение вредных бактерий.
Конструкция реактора для выработки топлива должна быть герметичной, во избежание попадания кислорода.
Метан получается в результате разложения т навоза при создании температурного режима, способствующего этому процессу. Для этого необходимо взять на заметку, что навоз как источник топлива содержит в своем составе следующие виды бактерий, которые существуют при разных условиях:
- Мезофильные бактерии. Они приспособлены к существованию при температурном режиме от 30 до 40 градусов.
- Термофильные бактерии. Их жизнедеятельность обеспечивается при создании температурных параметров не менее 50 градусов.
Всего существует 2 типа реакторов:
- Временные показатели для переработки сырья с мезофильными бактериями в установках 1 типа составляют, в общем, до 30 суток. При этом учитывается, что метр полезной площади устройства выдает 2 литра биологического топлива.
- При использовании 2 типа установки для переработки сырья с термофильными бактериями биогазовые продукты получаются по истечении 3 дней, при этом техническое устройство дает около 5 литров топлива.
Чтобы определить эффективность работы реакторов, необязательно обладать навыками, об этом можно получить информацию. Соответственно, чем данные по выработке энергии выше, тем выше и ценовые показатели.
Согласно исследованиям, проведенным специалистами, термофильные установки, несмотря на их эффективность, используются реже, потому что необходимо поддерживать их температурный режим. Мезофильные, напротив, чаще, в связи с простым и удобным обслуживанием.
Метан, вырабатываемый в определенном количестве, по показателям мало чем отличается от обычного газа, но в нем содержится некоторое количество серной кислоты. Этот фактор необходимо учитывать при выборе реактора.
Как произвести расчет эффективности работы установки
Выделяемый из навоза метан вырабатывается в определенном количестве. Для этого можно выполнить несложные расчеты.
Например, одна корова весом 1 т (это условная цифра) дает 80 кг расходуемого на удобрение биоматериала. При этом метан получается в количестве 3 м3, а если все перевести на выработку энергии, то – 6 кВт/час. При влажности навоза до 90% можно извлекать из него газ. Главное – исключить вредные примеси в биоматериале.
Изготовление установок
Чтобы получить метан, нужно приступить к изготовлению реактора. Своими руками выполнить это несложно. Система должна содержать следующее оборудование:
- Биореактор, который будет давать разложение навоза.
- Автоматическая система, которая дает сырье на переработку.
- Сделать устройство для смешивания массы.
- Устройство для обеспечения постоянной температуры.
- Большая емкость для сохранения газовых испарений.
- Приемник твердых отходов.
- Очистка биогаза в домашних условиях от вредных примесей тоже должна быть обеспечена.
Делать биореактор рекомендуется из металла желательно цилиндрической формы, чтобы обеспечить герметичность. Его можно изготовить из ненужной емкости, где ранее хранился мазут. Расчет объема должен быть произведен по факту: насколько окупаем будет проект. А это зависит от того, сколько дадут навоза коровы или иной скот.
‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘
‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘
принцип работы, схемы и расчет
Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50oC).
Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.
Как можно организовать переработку навоза в биогаз
Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.
Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30oC. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:
- мезофильные — они размножаются при температуре от +30oC до +40oC;
- термофильные — для их активного роста необходима температура от +50oC до +60oC.
Сравнительная таблица затрат и эффективности мезофильного и термофильного разложения навоза. Как видите, денег нужно на старте в три-четрые раза больше, но на выходе получаете больше в десять раз
Термофильные установки с температурой от +43oC до +52oC являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50oC требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.
Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.
Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.
Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.
Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок
Возможно, вам будет интересно прочитать о том, как использовать солнечную энергию для отопления дома.
Схемы самодельных биогазовых установок
Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.
Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»
Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.
Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.
Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.
Биореактор не обязательно закапывать. Это очень неплохой вариант, и обслуживать его удобно. Но зимой придется еще дополнительные меры по утеплению принимать. А газ отводится в специальные мешки-газгольдеры
Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.
Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.
Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.
Для увеличения температуры субстрата подойдет любая технология обогрева. Важно добиться требуемой температуры. От этого зависит эффективность установки
Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.
Если обычный цилиндр разделить вертикальной перегородкой, получить можно две камеры для переработки
В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.
Биогазовая установка своими руками: чертежи установки траншейного типа
Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.
С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.
Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов
В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.
Количество биогаза, которое можно получить из различного сырья
Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.
Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.
В таблице указаны составы, повышающие количество выделяющегося газа
Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.
Расчет объема бункера для переработки
Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.
Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны
Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.
Юридическое оформление
Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:
- Технологическая схема установки.
- План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
- Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.
Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.
Имея источник энергии им грех не воспользоваться
Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м3 навозной жижи дадут в сутки 80 м3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м3. В чистом остатке у вас 46 м3 в день. И это при небольшой установке.
Итоги
Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.