На подворье любого хозяйства можно использовать не только энергию ветра, солнца, но и биогаза.
Биогаз - газообразное топливо, продукт анаэробного микробиологического разложения органических веществ. Биогазовые технологии - это наиболее радикальный, экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обеззараживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.
Условия получения и энергетическая ценность биогаза.
Тем, кто захочет построить на подворье малогабаритную биогазовую установку, необходимо детально знать из какого сырья и по какой технологии можно получить биогаз.
Биогаз получают в процессе анаэробной (без доступа воздуха) ферментации (разложения) органических веществ (биомассы) различного происхождения: птичий помет, ботва, листья, солома, стебли растений и другие органические отходы индивидуального хозяйства. Таким образом, биогаз можно производить из всех хозяйственно-бытовых отходов, которые имеют способность бродить и разлагаться в жидком или влажном состоянии без доступа кислорода. Анаэробные установки (ферментаторы) дают возможность перерабатывать любую органическую массу при протекании процесса в две фазы: разложение органической массы (гидратация) и ее газификация.
Применение органической массы, прошедшей микробиологическое разложение в биогазовых установках, повышает плодородие почв, урожайность различных культур на 10-50 %.
Биогаз, который выделяется в процессе сложного брожения органических отходов, состоит из смеси газов: метана («болотного» газа) - 55-75 %, углекислого газа - 23-33 %, сероводорода - 7 %. Метановое брожение - бактериальный процесс. Главное условие его протекания и производства биогаза - наличие тепла в биомассе без доступа воздуха, что можно создать в простых биогазовых установках. Установки несложно соорудить в индивидуальных хозяйствах в виде специальных ферментаторов для сбраживания биомассы.
В приусадебном хозяйстве основным органическим сырьем для загрузки в ферментатор является навоз .
На первом этапе загрузки в емкость ферментатора навоза крупного рогатого скота продолжительность процесса ферментации должна быть 20 сут, свиного навоза - 30 сут. Большее количество газа получают при загрузке различных органических компонентов по сравнению с загрузкой лишь одного компонента. Например, при переработке навоза крупного рогатого скота и птичьего помета в биогазе может содержаться до 70 % метана, что значительно повышает эффективность биогаза как топлива. После того, как процесс сбраживания стабилизируется, следует загружать сырье в ферментатор ежедневно, но не более 10 % количества перерабатываемой в нем массы. Рекомендуемая влажность сырья летом 92-95 %, зимой - 88-90 %.
В ферментаторе, наряду с производством газа, осуществляется обеззараживание органических отходов от патогенной микрофлоры, дезодорация выделяемых неприятных запахов. Получаемый ил коричневого цвета периодически выгружается из ферментатора и используется как удобрение.
Для подогрева перерабатываемой массы используют тепло, которое выделяется при ее разложении в биоферментаторе. При понижении температуры в ферментаторе снижается интенсивность газовыделения, так как микробиологические процессы в органической массе замедляются. Поэтому надежная теплоизоляция биогазовой установки (биоферментатора) одно из наиболее важных условий ее нормальной работы.
Для обеспечения необходимого режима ферментации рекомендуется смешивать закладываемый в ферментатор навоз с горячей водой (желательно 35-40 °С). Потери тепла необходимо сводить к минимуму также при периодической догрузке и очистке ферментатора. Для лучшего обогрева ферментатора можно использовать «тепличный эффект ». Для этого над куполом устанавливают деревянный или легкий металлический каркас и покрывают полиэтиленовой пленкой. Наилучшие результаты достигаются при температуре сырья, которое сбраживается, 30-32 °С и влажности 90-95 %. На юге Украины биогазовые установки могут работать эффективно без дополнительного подогрева органической массы в ферментаторе. В районах средней и северной полосы часть получаемого газа необходимо расходовать в холодные периоды года на дополнительный подогрев сбраживаемой массы, что усложняет конструкцию биогазовых установок. Возможна ситуация, когда после первого наполнения ферментатора и начала отбора газа последний не горит. Это объясняется тем, что первоначально полученный газ содержит более 60 % углекислого газа. В этом случае его необходимо выпустить в атмосферу и через 1-3 дня работа биогазовой установки будет происходить в стабильном режиме.
При ферментации экскрементов от одного животного можно получить за сутки: крупного рогатого скота (живая масса 500-600 кг) - 1,5 куб.м биогаза, свиньи (живая масса 80-100 кг) - 0,2 куб.м, курицы или кроля - 0,015 куб.м.
За одни сутки ферментации из навоза крупного рогатого скота образуется 36 % биогаза, а свиного - 57 %. По количеству энергии 1 куб.м биогаза эквивалентен 1,5 кг каменного угля, 0,6 кг керосина, 2 кВт/ч электроэнергии, 3,5 кг дров, 12 кг навозных брикетов.
Широкое развитие биогазовые технологии получили в Китае, они активно внедряются в ряде стран Европы, Америки, Азии, Африки. В Западной Европе, например в Румынии, Италии, более 10 лет назад начали массово применять малогабаритные биогазовые установки с объемом перерабатываемого сырья 6-12 куб.м.
Владельцы приусадебных и фермерских хозяйств в Украине тоже начали проявлять интерес к таким установкам. На территории любой усадьбы можно оборудовать одну из наиболее простых биогазовых установок, которые, например, применяются в индивидуальных хозяйствах Румынии. Согласно приведенным на рис. 1-а, размерам оборудуют яму 1 и купол 3. Яму облицовывают железобетонными плитами толщиной 10 см, которые штукатурят цементным раствором и для герметичности покрывают смолой. Из кровельного железа сваривают колокол высотой 3 м, в верхней части которого будет скапливаться биогаз. Для защиты от коррозии колокол периодически красят двумя слоями масляной краски. Еще лучше предварительно покрыть колокол изнутри свинцовым суриком.
В верхней части колокола устанавливают патрубок 4 для отвода биогаза и манометр 5 для измерения его давления. Газоотводящий патрубок 6 можно изготовить из резинового шланга, пластмассовой или металлической трубы.
Вокруг ямы-ферментатора устраивают бетонную канавку-гидрозатвор 2, наполненную водой, в которую погружают нижний бортик колокола на 0,5 м.
Подавать газ к кухонной плите можно по металлическим, пластмассовым или резиновым трубкам. Чтобы зимой из-за замерзания конденсирующейся воды трубки не разрывало, применяют несложное устройство (рис. 1-б): U-образную трубку 2 присоединяют к трубопроводу 1 в самой нижней точке. Высота ее свободной части должна быть больше давления биогаза (в мм. вод. ст.). Конденсат 3 сливается через свободный конец трубки, при этом не будет утечки газа.
Во втором варианте установки (рис. 1-в) яму 1 диаметром 4 мм глубиной 2 м обкладывают внутри кровельным железом, листы которого плотно сваривают. Внутреннюю поверхность сварного резервуара покрывают смолой для антикоррозионной защиты. С наружной стороны верхней кромки резервуара из бетона устраивают кольцевую канавку 5 глубиной до 1 м, которую заливают водой. В нее свободно устанавливают вертикальную часть купола 2, закрывающую резервуар. Таким образом канавка с залитой в нее водой служит гидрозатвором. Биогаз собирается в верхней части купола, откуда через выпускной патрубок 3 и далее по трубопроводу 4 (или шлангу) подается к месту использования.
В круглый резервуар 1 загружается около 12 куб.м органической массы (желательно свежего навоза), которая заливается жидкой фракцией навоза (мочой) без добавления воды. Через неделю после заполнения ферментатор начинает работать. В данной установке емкость ферментатора составляет 12 куб.м, что дает возможность сооружать ее для 2-3 семей, дома которых расположены недалеко. Такую установку можно построить на подворье, если семья выращивает на подряде бычков или содержит несколько коров.
Конструктивно-технологические схемы простейших малогабаритных установок приведены на рис. 1-г, д, е, ж. Стрелками обозначены технологические перемещения исходной органической массы, газа, ила. Конструктивно купол может быть жестким или изготовленным из полиэтиленовой пленки. Жесткий купол можно выполнить с длинной цилиндрической частью для глубокого погружения в перерабатываемую массу «плавающим» (рис. 1-г) или вставленным в гидравлический затвор (рис. 1-д). Купол из пленки можно вставить в гидрозатвор (рис. 1-е) или изготовить в виде цельно клееного большого мешка (рис. 1-ж). В последнем исполнении на мешок из пленки укладывают груз 9, чтобы мешок не очень раздувался, а также для образования под пленкой достаточного давления.
Газ, который собирается под куполом или пленкой, поступает по газопроводу к месту использования. Для избежания взрыва газа на выпускном патрубке можно установить отрегулированный на определенное давление клапан. Однако, опасность взрыва газа маловероятна, поскольку при значительном повышении давления газа под куполом последний будет приподнятый в гидравлическом затворе на критическую высоту и опрокинется, выпустив при этом газ.
Выработка биогаза может быть снижена из-за того, что на поверхности органического сырья в ферментаторе при ее брожении образуется корка. Для того, чтобы она не препятствовала выходу газа, ее разбивают, перемешивая массу в ферментаторе. Перемешивать можно не вручную, а путем присоединения снизу к куполу металлической вилки. Купол поднимается в гидравлическом затворе на определенную высоту при накоплении газа и опускается по мере его использования.
Благодаря систематическому движению купола сверху-вниз, соединенные с куполом вилки будут разрушать корку.
Высокая влажность и наличие сероводорода (до 0,5 %) способствует повышенной коррозии металлических частей биогазовых установок . Поэтому состояние всех металлических элементов ферментатора регулярно контролируют и места повреждений тщательно защищают, лучше всего свинцовым суриком в один или два слоя, а затем красят в два слоя любой масляной краской.
Рис. 1. Схемы простейших биогазовых установок :
а). с пирамидальным куполом: 1 - яма для навоза; 2 - канавка-гидрозатвор; 3 - колокол для сбора газа; 4, 5 - патрубок для отвода газа; 6 - манометр;
б). устройство для отвода конденсата: 1 - трубопровод для отвода газа; 2 - U-образная труба для конденсата; 3 - конденсат;
в). с коническим куполом: 1 - яма для навоза; 2 - купол (колокол); 3 - расширенная часть патрубка; 4 - труба для отвода газа; 5 - канавка-гидрозатвор;
г, д, е, ж - схемы вариантов простейших установок: 1 - подача органических отходов; 2 - емкость для органических отходов; 3 - место сбора газа под куполом; 4 - патрубок для отвода газа; 5 - отвод ила; 6 - манометр; 7 - купол из полиэтиленовой пленки; 8 - водяной затвор; 9 - груз; 10 - цельноклееный полиэтиленовый мешок.
Биогазовая установка с подогревом сбраживаемой массы теплом, выделяемым при разложении навоза в аэробном ферментаторе, приведена на рис. 2, включает метантанк - цилиндрическую металлическую емкость с заливной горловиной 3, сливным краном 9, механической мешалкой 5 и патрубком 6 отбора биогаза.
Ферментатор 1 можно сделать прямоугольным из деревянных материалов. Для выгрузки обработанного навоза боковые стенки выполнены съемными. Пол ферментатора - решетчатый, через технологический канал 10 воздух продувают из воздуходувки 11. Сверху ферментатор закрывают деревянными щитами 2. Чтобы уменьшить потери тепла, стенки и днище изготавливают с теплоизоляционной прослойкой 7.
Работает установка так. В метантанк 4 через Головину 3 заливают предварительно подготовленный жидкий навоз влажностью 88-92 %, уровень жидкости определяют по нижней части заливной горловины. Аэробный ферментатор 1 через верхнюю открывающуюся часть заполняют подстилочным навозом или смесью навоза с рыхлым сухим органическим наполнителем (солома, опилки) влажностью 65-69 %. При подаче воздуха через технологический канал в ферментаторе начинает разлагаться органическая масса и выделяется тепло. Его достаточно для подогрева содержимого метантанка. В результате происходит выделение биогаза. Он накапливается в верхней части метантанка. Через патрубок 6 его используют для бытовых нужд. В процессе сбраживания навоз в метантенке перемешивается мешалкой 5.
Такая установка окупится уже за год только за счет утилизации отходов в личном хозяйстве.
Рис. 2. Схема биогазовой установки с подогревом
:
1 - ферментатор; 2 - деревянный щит; 3 - заливная горловина; 4 - метантанк; 5 - мешалка; 6 - патрубок для отбора биогаза; 7 - теплоизоляционная прослойка; 8 - решетка; 9 - сливной кран для переработанной массы; 10 - канал для подачи воздуха; 11 - воздуходувка.
Индивидуальная биогазовая установка (ИБГУ-1) для крестьянской семьи, имеющей от 2 до 6 коров или 20-60 свиней, или 100-300 голов птицы (рис. 3). Установка ежесуточно может перерабатывать от 100 до 300 кг навоза и производит 100-300 кг экологически чистых органических удобрений и 3-12 куб.м биогаза.
Для приготовления пищи на семью из 3-4 человек необходимо сжигать 3-4 куб.м биогаза в сутки, для отопления дома площадью 50-60 кв.м - 10-11 куб.м. Установка может работать в любой климатической зоне. К их серийному производству приступил тульский завод «Стройтехника» и ремонтно-механический завод «Орловский» (г. Орел).
Рис. 3. Схема индивидуальной биогазовой установки
ИБГУ-1:
1 - заливная горловина; 2 - мешалка; 3 - патрубок для отбора газа; 4 - теплоизоляционная прослойка; 5 - патрубок с краном для выгрузки переработанной массы; 6 - термометр.
Привет всем читателям и посетителям блога «построить дом». Помнится в одной из статей, где мы с вами «изобретали» , я обещал вам рассказать о получении биогаза в домашних условиях . Что ж, обещал значит надо выполнять, дабы не быть посланным в одно из нехороших мест.
Что мы знаем о биогазовой установке? На данный момент многие об этом имеют лишь отдаленное представление, а большинство вообще ничего не знают о том что это такое — все представление о снабжении энергией своего дома, сводится к тому чтобы своевременно оплачивать счета за газ, или другие энергоносители. Однако, бесконечное повышение стоимости на энергоносители, побуждает некоторые пытливые умы искать альтернативные решения, и искать способы производства, например оборудования для добычи биогаза в домашних условиях, из органических отходов . Причем есть и такие Кулибины, которые ухищряются сделать сразу 2 в 1 — совмещать септик с биогазовой установкой . Думаете шутка? Отнюдь. В нашем мире и не такое возможно.
Итак, биогазовая установка позволит получить не только дешевую энергию для приготовления пищи и обогрева дома, но и высококачественное удобрение.
Домашний биогазовый завод на навозе — схема
Получение биогаза из отходов относится к экологически чистому виду топлива. По своим характеристикам он практически ни в чем не уступает природному газу. Вот только извлекается не из земли, а путем брожения органических отходов .
Представить технологию извлечения биогаза можно следующим образом: в специальном сборнике, именуемом биореактором, осуществляется процесс переработки и брожения отходов. В результате этого совершается выделение смеси газов, состоящей из 60 % метана, 35 % — углекислого газа и оставшиеся 5 % — прочих газообразных веществ. Добытый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки используется в бытовых целях.
Схема принципа действия биогазовой установки Отработанные отходы , превратившиеся в первосортное удобрение, периодически извлекаются и вывозятся на поля.
На заметку: исследования показали, что поле обработанное удобрениями, перебродившими анаэробным методом дает урожай на 20-30 % больше, нежели поле удобренное обычным способом.
Биогазовые установки для дома – купить или же сделать самому?
Если крупные фермеры могут себе позволить купить биогазовую установку созданную в промышленных условиях, то мелкие предприятия, а уж тем более частные домовладельцы скорее смогут не купить, а смонтировать своими руками менее мощные установки, функционирующие по тому же методу, из подручного материала. Но сперва необходимо понять, каких именно размеров, а главное какого типа установку вы хотите получить на своем участке.
Схема установки для получения биогаза для предприятий, ферм Типов установок , как и видов брожения органических веществ всего два – с поступлением воздуха (аэробный) и без него (анаэробный). При аэробном брожении в процессе распада биомасс водород окисляется до воды, а углерод – до углекислого газа. Причем в этот момент выделяется большое количество – бродящая биомасса сильно нагревается.
При анаэробном брожении 60-70 % углерода превращается в метан , а оставшаяся его часть – в водород, углекислоту и азот. Для сжигания метана хорошо подходит обычная газовая конфорка.
Биогазовый заводик у колхозного амбара Аэробный метод получения энергии легче и проще анаэробного. Он не требует производства герметичных бродильных камер и контроля. Аэробные установки называются БТС (биотермические станции). А анаэробные – БЭС (биоэнергетические или биогазовые станции). В качестве сырья для брожения годятся любой органический сельскохозяйственный продукт. Одна израильская компания, например, представила компактную установку по добыванию биогаза, функционирующую исключительно на фруктовых и овощных очистках.
Биогазовая установка для дома компании HomeBioGas
Разработанная израильской компанией HomeBioGas биогазовая установка по выработке газа в домашних условиях, при своих скромных габаритах (123 х 165 х 100 см) и массой не более 40 кг может обеспечить работу одной плиточной горелки на максимальном огне в течение часа.
Homebiogas — биогазовая установка Израильской компании Кроме того, эта установка вырабатывает до 8 литров жидких удобрений в сутки при максимальной загрузке танка (6 кг).
По подсчетам в год одно небольшое агрохозяйство при помощи этой установки способно переработать около тонны органических отходов. Правда установка рассчитана на работу при среднесуточной температуре от +20 о С. Я же, хочу рассказать, как создать домашнюю биогазовую установку прекрасно работающую в климатической зоне центральной России. В принципе в ней ничего особо сложного нет.
Домашняя биогазовая станция
Если обладатели установки хотят, чтобы она каждые сутки приносила по 0,7-0,9 м 3 биогаза (вполне хватит на приготовления пищи для двух человек), то поступать нужно следующим образом.
- 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.
- 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. Кольцевой зазор между стенками сосудов примерно 50 мм. Объединить оба резервуара можно при помощи трубок диаметром ½ дюйма. Такой же газопровод забирает газ из перевернутого сосуда и доставляет метан к обычной газовой плите. Снаружи газгольдер рекомендуется обложить утепленным шатром.
Среди важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на которые растут чуть ли не каждый месяц. Каждый зимний сезон пробивает брешь в семейных бюджетах, заставляя нести расходы на отопление, а значит, на топливо для печей и отопительных котлов. А как быть, ведь электроэнергия, газ, уголь или дрова стоят денег и чем более удалены наши жилища от крупных энергетических магистралей, тем дороже обойдется отопление… Между тем альтернативное отопление, не зависимое от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования.
Биогаз можно получить в практически домашних условиях, понеся при этом минимальные, быстро окупаемые затраты - большую часть ответов по этому вопросу содержит данная статья.
Отопление биогазом - история
Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в теплый сезон года, возник еще у наших далеких предков - передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад. В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит - они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.
Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе свое открытие - в 17-18 веках сразу два европейских ученых обратили на него внимание. Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза. В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц - в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.
В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе. Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли - электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.
Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось - они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года. По своей сути биогаз - реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причем на любые цели и в достаточном количестве.
Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объем производимого метана - около 27 млрд. м3 за год.
Биогаз - что это
Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производят команда из трех видов бактерий, питающихся биомассой - гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.
Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной. Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются - и напрасно!
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. В биореакторы небольшого объема из тех, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки требуется извлечь и ввести органики в объеме, примерно равном 5% от внутреннего объема камеры ферментации.
Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):
- навоз конский дает 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57% ;
- навоз КРС (крупного рогатого скота) дает 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
- свежий навоз КРС дает 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
- куриный помет - 0,5 м3, содержание метана в нем составит 60%;
- свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
- овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
- солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
- солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
- трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
- древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
- жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.
Биогазовые установки
Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.
По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:
- без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
- без обогрева, но с промешиванием органической массы;
- с обогревом и промешиванием;
- с обогревом, с промешиванием и с приборам, позволяющими контролировать и управлять процесс ферментации.
Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объем биореактора 1-10 м3 (переработка 50-200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам. Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5-20 °С.
Удаление ферментированной (сброженной) органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в емкость, объем которой должен быть равным или больше внутреннего объема биореактора. Содержимое емкости храниться в ней до введения в удобряемую почву. Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, ее производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в ее оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.
Третий тип биогазовых установок оснащен помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котел при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.
Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котел, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трех температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.
Биогазовая установка своими руками
Теплотворность биогаза, произведенного в биогазовых установках, примерно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности природного газа (7 000 ккал/м3). Для отопления 50 м2 жилого дома и использования газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза.
Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. - при их внешне высокой стоимости стоит отметить, что эти установки точно рассчитаны по объему загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.
Если же вы предпочитаете создать биогазовую установку самостоятельно, то дальнейшая информация - для вас!
Форма биореактора
Наилучшая форма для него будет овальной (яйцеобразной), однако соорудить такой реактор крайне сложно. Более легким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса или полукруга. Реакторы квадратной или прямоугольной формы из кирпича или бетона будут малоэффективны, т.к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в углах будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации.Стальные емкости биореакторов герметичны, устойчивы к высокому давлению, их не так сложно построить. Их минус - в слабой устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стенки защитного покрытия, к примеру, смолы. Снаружи поверхности стального биореактора необходимо тщательно зачистить и окрасить в два слоя.
Емкости биореакторов из бетона, кирпича или камня необходимо самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, способным обеспечить их эффективную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию сероводорода и органических кислот. Помимо смолы для защиты внутренних поверхностей реактора можно использовать парафин, разбавленный 4% моторного масла (нового) или керосина и разогретый до 120-150 °С - поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя необходимо прогреть горелкой.
При создании биореактора можно воспользоваться не подверженными ржавчине емкостями из пластика, но только из жесткого пластика с достаточно прочными стенками. Мягкий пластик можно использовать только в теплый сезон, т.к. с наступлением холодов на нем будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стенки его недостаточно прочны. Пластиковые биореакторы можно применять только для психрофильной ферментации органики.
Место размещения биореактора
Его размещение планируют в зависимости от свободного места на данном участке, достаточного удаления от жилых построек, удаленности от места размещения отходов, от мест размещения животных и т.д. Планирование наземного, полностью или частично погруженного в землю биореактора зависит от уровня грунтовых вод, удобства ввода и вывода органического субстрата в емкость реактора. Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня земли - достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата в емкость реактора, существенно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой можно применить недорогие материалы (солому, глину).
Оснащение биореактора
Емкость реактора требуется оборудовать люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы. Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического субстрата.
Теплоизоляция биореактора
Ее отсутствие не позволит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, лишь в теплое его время. Для утепления заглубленного или полузаглубленного биореактора используется глина, солома, сухой навоз и шлак. Укладка утеплителя выполняется слоями - при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем пвх-пленки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного материала с почвой. До установки биореактора на дно котлована с уложенной пвх-пленкой насыпается солома, поверх нее слой глины, затем выставляется биореактор. После этого все свободные участки между емкостью реактора и проложенным пвх-пленкой котлованом засыпаются соломой практически до торца емкости, поверх, 300 мм слоем засыпается слой глины вперемешку со шлаком.
Загрузка и выгрузка органического субстрата
Диаметр труб загрузки в биореактор и выгрузки из него должен быть не меньше 300 мм, иначе они забьются. Каждую из этих труб в целях сохранениях анаэробных условий внутри реактора следует оснастить винтовыми или полуоборотными задвижками. Объем бункера для подачи органики, в зависимости от типа биогазовой установки, должен быть равным суточному объему вводимого сырья. Бункер подачи следует расположить на солнечной стороне биореактора, т.к. это будет способствовать повышению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. Если же биогазовая установка связана непосредственно с фермой, то бункер следует разместить под ее строением так, чтобы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.
Трубопроводы загрузки и выгрузки органического субстрата следует расположить по противоположным сторонам биореактора — в этом случае вводимое сырье будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под воздействием гравитационных сил и массы свежего субстрата. Отверстия и монтаж трубопровода под загрузку и выгрузку органики следует выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нем слоев теплоизоляции. Герметичность внутреннего объема биореактора достигается тем, что вводы труб загрузки и выгрузки субстрата расположены под острым углом, при этом уровень жидкости внутри реактора выше точек ввода труб — гидравлический затвор блокирует доступ воздуха.
Ввод нового и вывод прошедшего ферментацию органического материала проще всего проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объеме, равном объему вводимого материала.
Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.
Рачительные хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать результат в качестве топлива.
Поэтому в нашем материале речь пойдет о технологии получения биогаза, также мы расскажем о том, как соорудить биоэнергетическую установку.
Определение требующегося объема
Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземного сооружения
Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.
С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.
Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.
Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.
Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.
Выводы и полезное видео по теме
Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:
Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам.
Биогаз представляет собой смесь газов, которые образуются в процессе разложения органических веществ анаэробными бактериями. Биогаз легко воспламеняем, при горении образует чистое пламя, поэтому вполне может применяться не только для приготовления пищи, но и для двигателей внутреннего сгорания (например, для производства электричества).
Достоинства биогазовой установки в домашних условиях:
– можно легко получить биогаз в домашних условиях без применения дорогостоящего оборудования;
– отличная альтернативная энергия для тех, чье жилье находится вдалеке от цивилизации, или для тех, кто желает быть независимым от государства;
– доступное сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.);
– забота об окружающей среде, поскольку в процессе разложения органических веществ в природе, газ попадается в атмосферу, что влечет за собой парниковый эффект, а в данном случае биогаз будет сжигаться, получая при этом CO2;
– получение удобрений, как побочный продукт биогазовой установки.
Но помимо достоинств, у
биогазовой установки есть свои недостатки
:
– бактерии работают при температуре 18-40 градусов, поэтому получить биогаз можно летом. В случае если утеплить биогазовую установку и оснастить подогревом, то можно получить биогаз и в весеннее-осенний период, но затраты на утепление и подогрев, могут перечеркнуть полученную выгоду
– необходимо постоянно вносить новое сырье, а следовательно сливать удобрения.
Для изготовления биогазовой установки своими руками нам понадобится:
1. Две бочки на 200л
2. Бочка на 30-60л, либо большое пластиковое ведро
3. Пластиковые канализационные трубы
4. Газовый шланг
5. Кран
Для наглядности приведу схему домашней биогазовой установки
Принцип действия биогазовой установки. В реактор загружается сырье (навоз, кухонные отходы, измельченная растительность и т.д.) и вода. Биогазовая установка заработает не сразу, а спустя несколько дней, когда количество анаэробных бактерий увеличится до максимума.
В процессе жизнедеятельности анаэробных бактерий выделяется биогаз, который будет собираться в верхней точке бочки (в данном месте должен располагаться кран). Из реактора по газовому шлангу биогаз попадает в коллектор.
Коллектор представляет собой бочку на 200л с водой, и перевернутое в ней ведро для сбора газа, а также для создания давления необходимого для работы газовой печи. По мере поступления газа, ведро будет всплывать. Если количество биогаза будет больше, чем сможет в себя вместить пластиковое ведро, то газ будет просто напросто выходить наружу через воду.
Для изготовления реактора
понадобится герметичная бочка на 200л. В верхней части бочки делаем несколько отверстий и устанавливаем:
– Пластиковую трубу для заливки сырья. На конце трубы необходимо установить переход на большую трубу (своеобразная лейка, для удобства заливки сырья)
– Пластиковую трубу для слива удобрений. Поскольку биогазовая установка это не вечный двигатель, и необходимо постоянно вносить сырье. При внесении нового сырья, излишки (уже переработанное сырье – удобрения), будут выходить через сливную трубу.
– Кран в самой верхней точке бочки для сбора биогаза.
При изготовлении реактора, очень важно, чтобы все соединения были герметичны, иначе под возникшим давлением, газ может просачиваться наружу. Сливная труба должна быть расположена ниже уровня установки газового крана. Сливная и заливная труба, когда не используются, должны быть плотно заглушены.
Для изготовления коллектора понадобится пластиковая бочка на 200 л без крышки. В бочку наливаем 3/4 воды и устанавливаем другую бочку, вверх дном, меньшую по объему. В дне бочки меньшего объема врезаем штуцер для подключения шланга от реактора, и кран для подключения шланга идущего к газовой печи.
Для заливки сырья, открываем впускное и сливное отверстие и заливаем сырье. Лучше всего использовать навоз, разбавленный в воде. Воду лучше всего использовать дождевую либо отстоянную, чтобы содержание хлора из водопровода не уменьшили колонии бактерий. Кроме того, если вы используете кухонные отходы, не допускайте попадания моющих средств, яичной скорлупы, костей, чешуи от лука, поскольку они могут повлиять на работу биогазовой установки в худшую сторону.
Сам по себе биогаз имеет весьма неприятный запах, но при горении запаха никакого нет. Если сжигать газ без смешивания с воздухом, то получим пламя желтого цвета с копотью, который легко закоптит дно кастрюли.
Если биогаз смешать с воздухом, а потом поджечь, то получим чистое пламя синего цвета без копоти. Так, например, в заводских газовых печах, в инструкции написано, что при переходе с магистрального газа на баллонный и обратно, необходимо менять жиклеры (которые отличаются диаметром отверстия), иначе конфорка будет коптить. Как вариант, можно использовать лабораторную горелка Бунзена .
Если лабораторной горелки у вас нет в наличии, то ее легко изготовить из отрезка трубы, просверлив у основания отверстия. Таким образом, газ, проходя по трубе, будет смешиваться с воздухом, и на выходе трубки получим смешанный газ.
В качестве жиклеров можно поэкспериментировать с кусочками деревяшек, заточив их под карандаш и просверлив в них отверстия разного диаметра. Таким образом, можно получить оптимальный размер факела.
Для эксперимента, в качестве печи использовалась старая барбекюшница, в дне которой было вырезано отверстие и установлена горелка Бунзена. А впоследствии, барбекюшница была заменена на одноконфорочную печь.
Для создания давления газа, на коллектор (малую бочку для сбора газа) устанавливается груз. Например, если установить груз 5 кг, то 1 литр воды можно вскипятить за 15мин. Если установить груз 10 кг, то 1 литр воды закипит через 10мин.
Подводя итоги, необходимо отметить, что самодельная биогазовая установка производит биогаза на 30 минут работы горелки в сутки , в случае если сырьем является навоз. Если же в качестве сырья использовать кухонные остатки, то производительность составляет всего 15 мин в сутки.
Выделяемого газа не так уж и много, но согласитесь, что и биогазовая установка не так уж и велика. Поэтому если вы желаете увеличить количество получаемого газа, вам необходимо будет увеличить объемы реактора и коллектора.
Размеры коллектора можно и не увеличивать, в случае если вы своевременно будете перекачивать биогаз в другую емкость (например, в баллон). Наиболее просто, это можно сделать при помощи компрессора от холодильника, у которого есть один вход и один выход. Вход подключаем к коллектору, а выход к баллону.
Компрессор можно оснастить автоматикой, например, когда коллектор заполнен газом, бочка поднялась, замкнула контакты, тем самым включила компрессор. А компрессор, в свою очередь выключился, когда бочка опустилась до минимального уровня.
Реактор биогазовой установки необходимо изготавливать из пластика , но, ни в коем случае из металла, поскольку из-за окислительных процессов металл быстро поржавеет. Как вариант, можно использовать пластиковые бочки больших объемов (например, еврокуб). А чтобы большие объемы бочек не занимали много места во дворе, их можно закопать.
Ноя 19, 2016 Геннадий