Биогазовая установка для частного дома своими руками

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана

Прежде всего — от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью. По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках.

В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативной топливо, потребует теплоизоляцию биореактора и введение теплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды — до 90% от массы органики.

Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в ее составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков. Биогаз можно получить из практически любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т.д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8-8,0 — большая кислотность замедлит формирование биогаза, т.к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 — в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.

Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32-35 °С, при более низких и более высоких значениях температуры в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает. Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы:

психрофильные, эффективны при температурах от 5 до 20 °С; мезофильные, их температурный режим от 30 до 42 °С; термофильные, работающие в режиме от 54 до 56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе. Ее минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большим сроком полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т.к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъем и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдет за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны. Отрицательные характеристики: смена температурного режима на 2 градуса за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие — значительные затраты энергоносителей.

Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо ее устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.В биореакторах непрерывного цикла работы наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию и загрузке объема новой органики в количестве, равном выгружаемому объему.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

1.  навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
2. навоз КРС (крупного рогатого скота) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
3. свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
4. куриный помет — 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
5. свиной навоз — 0,57 м3, доля метана составит 70%;
6. овечий навоз — 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
7. солома пшеницы — 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
8. солома кукурузы — 0,45 м3, содержание метана 58%;
9. трава — 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
10. древесная листва — 0,27 м3, доля метана 58%;
11. жир — 1,3 м3, содержание метана 88%.

Принцип работы

Процесс преобразования органического сырья в биогаз называется ферментацией. Сырьё загружается в специальную ёмкость, обеспечивающую надёжную защиту биомассы от доступа кислорода. Событие, происходящее без вмешательства кислорода, называется анаэробным.

Под воздействием специальных бактерий в анаэробной среде начинает происходить ферментация. По мере развития брожения сырьё покрывается коркой, которую необходимо регулярно разрушать. Разрушение производится с помощью тщательного перемешивания.

Перемешивать содержимое требуется минимум два раза в сутки, не нарушая при этом герметичности процесса. Кроме удаления корки промешивания позволяет равномерно распределить кислотность и температуру внутри органической массы. В результате этих манипуляций вырабатывается биогаз.

Полученный газ собирается в газгольдере, оттуда по трубам доставляется потребителю. Биоудобрения, полученные после переработки исходного сырья, можно использовать как пищевую добавку для животных или добавлять в почву. Такое удобрение называется компостным перегноем.

Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:

• ёмкость гомогенизации;
• реактор;
• мешалки;
• резервуар для хранения (gas-holder);
• комплекс отопления и смешивания воды;
• газовый комплекс;
• комплекс насосов;
• сепаратор;
• датчики контроля;
• КИПиА с визуализацией;
• система безопасности;

Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.

Принцип работы подобный устройств основан на брожении и разложении органических отходов сельскохозяйственных и иных производств, осуществляемом в реакторе биогазовой установки, под воздействием особых гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих бактерий. В результате разложения сырья получается биогаз, состоящий из смеси метана, углекислого газа и примесей прочих газов (аммиак, сероводород, азот и т.д.).

Работа биогазовой установки осуществляется следующим образом:

• Продукты жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз), отходы пищевых и иных производств (лесопереработка), поступают в накопительные емкости;
• При использовании сырья, требующего измельчения, выполняется и эта операция, после чего подготовленное сырье, путем устройства насосов, транспортеров (для твердых видов сырья), поступает в переходную емкость (на схеме кислототенк), где происходит дополнительный подогрев биомассы;
• Подготовленное сырье поступает в биореактор, который должен быть прочным, кислотостойким и герметично закрытым, что определяет процесс производства биогаза;
• Для создания оптимальных условий для разложения подготовленного сырья и ускорения процесса брожения, в реакторе, как правило, монтируются устройства, обеспечивающие его дополнительный нагрев и перемешивание продуктов разложения;
• Оптимальный температурный режим, для работы биорекатора – 40,0 *С;
• В результате разложения и брожения, через определенные промежуток времени, который зависит от исходного сырья и технических возможностей конкретной установки, образуется биогаз и биоудобрения;
• Биогаз накапливается в газгольдере, который может быть отдельно стоящим от биореактора, или смонтирован в едином корпусе с ним;
• Биоудобрения накапливаются в емкости самого биореактора и после завершения процесса брожения убираются для дальнейшего использования;
• Биогаз, под давлением, создаваемом в газгольдере, поступает в систему очистки, после чего используется потребителями для получения электрической, тепловой энергии и для бытового потребления;
• Биоудобрения поступают в емкость накопитель, затем путем сепарации, разделяются на твердые и жидкие, после чего используются по прямому назначению.

Кто эксплуатирует оборудование

Малые биогазовые установки пригодятся в современных хозяйствах сельского жителя. Более крупные устройства используют серьезные скотоводы, где невозможно существовать без агрегатов, которые производят нужные энергетические виды.

Биогазовый реактор

Обоснованием установки на подворье частного дома или большого хозяйства служит скопление органики, так как любому оборудованию необходимо питание для работы.

Мир борется за экологию окружающей среды, наиболее приемлемым средством для этого являются сооружения биогазовых сооружений, они отдают чистые вещества и потребляют альтернативное топливо. На этом основании устройства получили востребованность в хозяйствах нашей страны и зарубежом.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

При сравнении производства биогаза, служащего топливом для получения различных видов энергии, с другими видами получения альтернативной энергии, как то, солнечные электростанции и ветровые генераторы, то видно, что данные установки, обладают одним преимуществом, это способность работать, вне зависимости от внешних факторов (погода, сезонность и т.д.

) в круглосуточном и круглогодичном циклах.Еще один аспект использования биогазовых установок, как то, возможность использовать в полном объеме установленную мощность агрегатов, сопоставляет их с традиционными устройствами получения энергии (нефть, газ и т.д.) и гарантирует их использование в ближайшей и долгосрочной перспективах.

Внутренняя энергия 1,0 м3 биогаза, сопоставима с:

1. 0,6 м3 природного газа;
2. 0,74 л нефти;
3. 0,65 л дизельного топлива;
4. 0,48 л бензина.

При сжигании 1,0 м3 биогаза выделяется 9,0 кВт тепловой энергии, что позволяет произвести до 1,5 кВт электрической энергии или обогреть помещение площадью до 80,0 м2 в течение нескольких часов.

Биогаз – это альтернативный вид топлива, постепенно завоевывающий рынок возобновляемых источников энергии в разных странах и на разных континентах нашей планеты.

Домашняя биогазовая станция

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

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

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

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

Газосборник либо газгольдер – второй по значимости, после бродильни, элемент биогазовой установки. Он представляет из себя два стальных сосуда (один из которых перевернут вверх дном), беспрепятственно входящих друг в друга. Во внешний сосуд заливается вода, образуя гидравлический затвор для биогаза, поступающего в полость перевернутого сосуда.

А что делать зимой?

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

Принципиальная схема биогазовой установки работающей на навозе

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

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

Биогазовая установка для частного дома

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

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

Конструктивно, подобная установка может выглядеть следующим образом:

• Главный элемент – это реактор, в качестве которого выступает емкость, соответствующая объемами сырья. Емкость может быть установлена в различном исполнении (подземная, наземная и частично заглубленная конструкция).
• В емкости должны быть предусмотрены загрузочный люк, отводная труба или штуцер для отвода газа, люк для удаления переработанного сырья (может совмещаться с загрузочным) и механизм перемешивания, при необходимости. Монтируемые узлы и элементы должны герметично закрываться и держать определенное давление.
• К штуцеру отводной трубы подсоединяется отводящий трубопровод, на котором устанавливается запорный вентиль и манометр, для контроля за давлением получаемого газа.
• При необходимости, может быть установлен электрический привод на мешалке установки, а также насос и транспортер в системах подачи сырья.

• Главный элемент — это реактор, в качестве которого выступает емкость, соответствующая объемами сырья. Емкость может быть установлена в различном исполнении (подземная, наземная и частично заглубленная конструкция).
• В емкости должны быть предусмотрены загрузочный люк, отводная труба или штуцер для отвода газа, люк для удаления переработанного сырья (может совмещаться с загрузочным) и механизм перемешивания, при необходимости. Монтируемые узлы и элементы должны герметично закрываться и держать определенное давление.
• К штуцеру отводной трубы подсоединяется отводящий трубопровод, на котором устанавливается запорный вентиль и манометр, для контроля за давлением получаемого газа.
• При необходимости, может быть установлен электрический привод на мешалке установки, а также насос и транспортер в системах подачи сырья.

Для фермерского хозяйства

При наличии у фермерского хозяйства, или иного не крупного предприятия, среднее количество органических отходов (пилорама, тепличное хозяйство, птицеферма и т.д.), появляется возможность смонтировать более крупную установку, позволяющую обеспечить собственные потребности в тепловой и электрической энергиях.

На данной схеме представлены:

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

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

Мембранный биореактор

Промышленные комплексы состоят из:

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

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

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

Емкость, в которой происходит анаэробное разложение биомассы, называют биореактором, ферментатором, или метантанком. Биореакторы бывают полностью герметичными, с фиксированным или плавающим куполом, имеющие конструкцию водолазного колокола. Колокольные психрофильные (не требующие подогрева) биореакторы имеют вид открытого резервуара с жидкой биомассой, в которую погружена емкость в виде цилиндра или колокола, где собирается биогаз.

Собравшийся биогаз оказывает давление на цилиндр, из-за чего тот приподнимается над резервуаром. Таким образом, колокол также выполняет функцию газгольдера – временного хранилища образовавшегося газа.

Биореактор с плавающим куполом

Недостатком колокольной конструкции биогазового реактора является невозможность перемешивания субстрата и его подогрева в холодные периоды года. Также негативным фактором является сильный запах, и антисанитария из-за открытой поверхности части субстрата.

К тому же, часть образовавшегося газа улетучится в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Поэтому данные биореакторы используются лишь в кустарных биогазовых установках в бедных странах с жарким климатом.

Еще один пример биореактора с плавающим куполом

Ради предотвращения загрязнения окружающей среды и исключения неприятного запаха реакторы биогазовых установок для дома и больших производств имеют конструкцию с фиксированным куполом. Форма конструкции в процессе газообразования большого значения не имеет, но при использовании цилиндра с крышей в виде купола достигается значительная экономия строительных материалов. Биореакторы с фиксированным куполом снабжаются патрубками для добавления новых порций биомассы и отбора отработанного субстрата.

Разновидность биореактора с фиксированным куполом

Поскольку наиболее приемлемой является конструкция с фиксированным куполом, то большинство готовых решений биореакторов имеют данный тип. В зависимости от способа загрузки биореакторы имеют различную конструкцию и подразделяются на:

• Порционные, с разовой загрузкой всей биомассы, и с последующей полной выгрузкой после отработки сырья. Основным недостатком данного типа биореакторов является неравномерность выделения газа в течение переработки субстрата;
• непрерывной загрузкой и выгрузкой сырья, благодаря чему достигается равномерное выделение биогаза. Благодаря конструкции биореактора во время загрузки и выгрузки не прекращается производство биогаза и не происходит утечек, так как патрубки, по которым осуществляется добавление и удаление биомассы, выполнены в виде гидрозатвора, предотвращающего вытекание газа.

Пример порционного биореактора

Порционные биогазовые реакторы могут иметь любую конструкцию, предотвращающую утечку газа. Так, например, в свое время в Австралии были популярны канальные метантанки с эластичным надувающимся сводом, где небольшое избыточное давление внутри биореактора надувало пузырь из прочного полипропилена. При достижении определенного уровня давления внутри биореактора, включался компрессор, откачивающий выработанный биогаз.

Канальные биореакторы с эластичным газгольдером

Тип брожения в данной биогазовой установке может быть мезофильным (со слабым подогревом). Из-за большой площади раздувающегося купола, канальные биореакторы могут устанавливаться только в отапливаемых помещениях, или в регионах с жарким климатом. Достоинством конструкции является отсутствие необходимости в промежуточном ресивере, но большим недостатком является уязвимость эластичного купола к механическим повреждениям.

Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером

В последнее время набирают популярности порционные биореакторы с сухой ферментацией навоза без добавления воды в субстрат. Поскольку в навозе имеется своя влажность, ее будет достаточно для жизнедеятельности организмов, хотя интенсивность реакций уменьшится.

Биореакторы сухого типа имеют вид герметичного гаража с плотно закрывающимися дверьми. Биомасса загружается в реактор при помощи фронтального погрузчика и остается в таком состоянии до завершения полного цикла газообразования (примерно полгода), при этом не требуется добавления субстрата и его перемешивания.

Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь

Для того чтобы понять, как самостоятельно изготовить биогазовую установку, необходимо разобраться, из каких частей она состоит. Можно взять за основу самую простую схему оборудования, которое возможно соорудить своими силами. В конструкции не предусмотрен подогрев и перемешивающее устройство, однако есть одна из основных частей – реактор, который еще известен как метантенк.

Эта составляющая требуется для осуществления переработки навоза. Помимо этого, есть бункер, посредством которого производится загрузка сырья. Необходимо снабдить конструкцию входным люком, а также гидрозатвором. А вот для того, чтобы была возможность выгружать отработанное сырье, нужна будет труба.

Вот так выглядит схема биогазовой установки. Своими руками изготовить такую конструкцию несложно. Для того чтобы получать бесплатное биологическое топливо, на участке следует выбрать место, где можно произвести строительство армированной емкости, в основе которой будет бетон. Этот сосуд станет выполнять роль биореактора.

Габариты бетонного отсека можно определить, учитывая количество используемых единовременно органических отходов. Нужно выяснить, какое количество сырья каждый день будет появляться в фермерском хозяйстве или частном подворье. Но не стоит экономить, так как обеспечить полноценную работу биореактора можно будет только в том случае, если заполнить резервуар на 2/3 от имеющегося объема.

Биогазовая установка для предприятия

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

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

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

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.

Средние цены

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

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

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

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

1. Электрической энергии – до 20,0 кВт/час;
2. Тепловой энергии – до 2,4 Гкал/сутки.
   Данная модель может быть использована на животноводческих фермах по содержанию до 12 голов крупного рогатого скота, 250 свиней или до 1200 птиц, различных видов. Стоимость комплекта оборудования – от 2000000,00 рублей.

• Биогазовые комплексы различной производительности, компании Rucons Gobal UG (Германия).
  Все оборудование изготавливается из нержавеющей стали и монтируется в отдельных технологических модулях (ферментация, смешивание, брожение, автоматика и управление и т.д.).
  Стоимость комплекта, в зависимости от производительности – от 2500000,00 рублей.

Правильный отвод газа

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

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

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

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

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом, имея навыки сантехнических и сварочных работ, а также свободное время и желание, можно изготовить биогазовую установку малой мощности своими руками.

Работы выполняются в соответствии с ниже приведенной схемой и в следующей последовательности:

1. Монтируется корпус реактора, в котором будет происходить брожение. Для этого используется металлическая емкость или сооружается бетонная конструкция (№1 на схеме), произвольной формы.
2. В верхней части реактора изготавливается крышка (№3 на схеме), а в боковых стенках – отверстия для загрузки сырья (№2 на схеме) и выгрузки переработанного материала (№% на схеме). Крышка и отверстия должны быть герметичны по отношению к окружающей среде.
3. Отдельно устанавливается газгольдер, устройство, служащее накопителем биогаза (№4 на схеме).
4. От газгольдера до места потребления монтируется трубопровод (№6 на схеме), с устройством вентилей и элементов защиты (клапана и задвижки).

Используемое сырьё

Разложение любых остатков животного или растительного происхождения выделяет горючий газ в различной степени. Хорошо подходят для сырья смеси различного состава: навоз, солома, трава, разные отходы и т.д. Для химической реакции требуется влажность в 70%, поэтому сырьё необходимо разбавлять водой.

Неприемлемо наличие в органической биомассе очистительных средств, хлора, стиральных порошков, так как они препятствуют химическим реакциям и могут повредить реактор. Также не подходит для реактора сырьё с опилками хвойных деревьев (содержащие смолы), с высокой долей лигнина и с превышением порога влажности в 94%.

Растительное. Растительное сырьё великолепно подходит для производства биогаза. Максимальный выход топлива даёт свежая трава – из тонны сырья получается около 250 м3 газа с долей метана в 70%. Кукурузный силос немногим меньше – 220 м3. Ботва от свеклы – 180 м3.

Можно использовать в качестве биомассы практически любые растения, сено или водоросли. Недостаток применения заключается в длительности производственного цикла. Процесс получения биогаза занимает до двух месяцев. Сырьё должно обязательно быть мелко измельчено.

Животное. Отходы перерабатывающих, молочных предприятий, со скотобоен и т.д. пригодны для биогазовой установки. Максимальный выход топлива дают животные жиры – 1500 м3 биогаза с долей метана в 87%. Основной недостаток – дефицит. Животное сырьё также должно быть измельчено.

Экскременты. Главное достоинство навоза его дешевизна и легкодоступность. Недостаток – количество и качество биогаза ниже, чем от других видов сырья. Лошадиные и коровьи экскременты можно перерабатывать сразу. Производственный цикл займёт приблизительно две недели и даст выход объемом 60 м3 с 60% содержанием метана.

Куриный помёт и свиной навоз напрямую применять нельзя, потому что они токсичны. Чтобы запустить процесс ферментации их надо смешать с силосом. Продукт жизнедеятельности человека также можно использовать, но канализационные стоки не подойдут, так как содержание фекалий мало.

Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.

Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.

Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных.

Плюсы использования биотехнологий

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

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

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

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

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

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

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

Галерея изображений

Фото из

Организация системы по получению биогаза экономически обоснована для фермерских хозяйств. Если сырье дают только две коровы, его лучше использовать в качестве удобрения

Полученный путем переработки навоза газ обеспечит теплом и энергией. После очистки он может поставляться в плиту и котел, закачанный в баллон использоваться электрогенератором

Конструктивно простейшую перерабатывающую установку несложно построить собственными руками. Главный орган ее — биореактор, который нужно хорошо гидро- и теплоизолировать

Фермерские хозяйства — основные поставщики сырья для получения биогаза

Получение и применение газообразного биотоплива

Строительство перерабатывающей установки своими руками

Готовая пластиковая емкость в устройстве биореактора

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

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

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

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

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

Недостатками являются:

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

Преимущества и недостатки системы

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже 5°C они практически замирают.

Зависимость сроков переработки навоза в биогаз от температуры

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — 60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы

Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Для утепления биореакторов используют современные материалы

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев.

Биогазовые установки имеют немало преимуществ, но и недостатков хватает, поэтому перед началом проектирования и строительства следует все взвесить:

• Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
• Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
• Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
• Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
• Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа солнечных батарей или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
• Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
• Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.

У биогаза есть и недостатки. Хотя это относительно чистое топливо, оно все же загрязняет атмосферу. Также могут возникать проблемы с поставками растительной биомассы. Безответственные владельцы установок нередко заготавливают ее так, что истощают землю и нарушают экологический баланс.

Полноценная биогазовая установка представляет собой сложную систему, состоящую из:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Механизм образования газа из органического сырья

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

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

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

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

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

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

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

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

Причем в навозе содержится два вида бактерий:

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

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

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

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

В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности мелкого и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме смеси с включением травы, листвы, старой бумаги ( )

• Метан (до 70%).
• Углекислый газ (примерно 30%).
• Другие газообразные вещества (1-2%).

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

Эффективность термофильных установок видна невооруженным глазом, однако и цена их обслуживания очень высока, поэтому прежде чем выбрать тот или иной способ получения биогаза, необходимо очень тщательно все просчитать (кликните для увеличения) ( )

Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами. Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.