Что можно приготовить из кальмаров: быстро и вкусно

Введение

Получение биогаза метатенков и сельскохозяйственных биогазовых установок

Системы хранения биогаза

Состав биогаза

Подготовка биогаза к использованию

Основные направления и мировые лидеры использования биогаза

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В мировой практике газоснабжения накоплен достаточный опыт использования возобновляемых источников энергии, в том числе энергии биомассы. Наиболее перспективным газообразным топливом является биогаз, интерес к использованию которого в последние годы не только не убывает, но и продолжает возрастать. Под биогазами подразумеваются метансодержащие газы, которые образуются при анаэробном разложении органической биомассы. В зависимости от источника получения биогазы подразделяются на три основных вида:

Газ метантенков, получаемый на городских очистных канализационных сооружениях (БГ КОС);

Биогаз, получаемый в биогазовых установках (БГУ) при сбраживании отходов сельскохозяйственных производств (БГ СХП);

Газ свалок, получаемый на полигонах отходов, содержащих органические компоненты (БГ ТБО).

В своей работе я рассмотрела технологии получения этих газов, их состав, методы подготовки биогаза к использованию, а именно методы очистки от балластных веществ. Биогаз обладает широким спектром использования, который я коротко рассмотрела в этой работе.

Получение биогаза метатенков и сельскохозяйственных биогазовых установок

По техническому исполнению биогазовые установки подразделяются на три системы: аккумулятивную, периодическую, непрерывную.

В аккумулятивных системах предусматривается сбраживание в реакторах, которые служат одновременно и местом хранения сброженного навоза (субстрата) до его выгрузки. Исходный субстрат постоянно подается в резервуар до его заполнения. Выгрузка сброженного субстрата производится один-два раза в год в период внесения удобрений в почву. При этом часть сброженного осадка специально оставляется в реакторе и служит затравочным материалом для последующего цикла сбраживания. Объем хранилища, совмещенного с биореактором, рассчитывается на полный объем удаляемого с комплекса навоза в межпосевной период. Такие системы требуют больших объемов хранилищ и применяются очень редко.

Периодическая система производства биогаза предполагает разовую загрузку исходного субстрата в реактор, подачу туда же затравочного материала и выгрузку сброженного продукта. Такая система характеризуется довольно большой трудоемкостью, очень неравномерным выходом газа и требует наличия не менее двух реакторов, резервуара для накопления исходного навоза и хранения сброженного субстрата.

При непрерывной схеме исходный субстрат непрерывно или через определенные промежутки времени (1-10 раз в сутки) загружается в камеру сбраживания, откуда одновременно удаляется такое же количество сброженного осадка. Для интенсификации процесса сбраживания в биореактор могут вноситься различные добавки, увеличивающие не только скорость реакции, но и выход и качество газа. Современные биогазовые установки рассчитываются, как правило, на непрерывный процесс и изготавливаются из стали, бетона, пластмасс, кирпича. Для теплоизоляции применяются стекловолокно, стекловата, ячеистый пластик.

По суточной производительности существующие биогазовые системы и установки можно разделить на 3 типа:

малые - до 50 м 3 /сут;

средние – до 500 м 3 /сут;

крупные – до 30 тыс. м 3 /сут.

Метатенковые и сельскохозяйственные биогазовые установки не имеют принципиальных отличий, за исключением используемого субстрата. Технологическая схема биогазовой сельскохозяйственной установки представлена на рис. 1.

Согласно этой схеме навоз из животноводческого помещения (1) поступает в на копительную емкость (2), далее фекальным насосом (3) его загружают в метантенк - емкость для анаэробного сбраживания (4). Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер (5) и далее к потребителю Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке применяют теплообменник (6), через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле (7) Сброженный навоз выгружают в навозохранилище (8).

Рис.1. Обобщенная схема производства биогаза (сельскохозяйственная биогазовая

Биореактор имеет тепловую изоляцию, которая должна стабильно поддерживать температурный режим сбраживания и поддаваться быстрой замене при выходе из строя. Обогрев биореактора осуществляется посредством размещения по периметру стенок теплообменников в виде спирали из труб, по которым циркулирует горячая вода с начальной температурой 60-70 °С. Такая низкая температура теплоносителя принята во избежание гибели метанообразующих микроорганизмов и налипания частичек субстрата на теплообменную поверхность, что может привести к ухудшению теплообмена.В биореакторе также имеются устройства для постоянного перемешивания навоза. Поступление навоза в метантенк регулируется так, чтобы процесс сбраживания протекал равномерно.

Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты - метан и углекислоту.

В метантенках обеспечиваются все необходимые параметры процесса-температура(33-37º С) , концентрация органических веществ, кислотность (6,8-7,4) и др. Рост клеток метанового биоценоза также определяется соотношением C:N, и оптимальное его значение составляет 30:1. Некоторые вещества, содержащиеся в исходном субстрате, могут ингибировать метановое сбраживание (табл. 1). Например, куриный помет часто ингибирует метановое сбраживание избытком NH3.

Таблица 1

Ингибиторы метанового сбраживания

Биогаз, получаемый на полигонах ТБО

Процесс неуправляемого газообразования на полигонах бытовых и других отходов, содержащих большую долю органических компонентов, можно рассматривать как процесс получения метансодержащего газа в аккумулятивной системе, длительность процесса до полного разложения органической части здесь гораздо больше, чем в метатенках.

В отечественной практике системы утилизации биогаза на полигонах ТБО пока не получили широкого распространения, поэтому при дальнейшем рассмотрении конструктивных особенностей систем сбора и транспорта биогаза будет учитываться зарубежный опыт. Принципиальная схема одной из таких систем на полигоне ТБО представлена на рис. 2. Система состоит из двух основных частей: газосборной сети, находящейся под разрежением, и распределительной сети потребителей биогаза, находящейся под избыточным низким или (реже) средним давлением.

Рис. 2. Устройство системы дегазации полигонах ТБО

Ниже приводятся определения важнейших элементов системы сбора газа на полигоне, представленные на рис. 2, и требования к отдельным элементам системы.

Газовые коллекторы - это трубопроводы, проложенные в толще отходов, в которых создается разрежение. Как правило, они выполняются либо вертикально в виде газовых скважин, либо горизонтально в виде перфорированных трубопроводов, однако на практике применяются и другие формы (резервуары, гравийные или щебеночные камеры и др.).

Под сборными газопроводами понимаются газопроводы, находящиеся под разрежением и ведущие к части сборных коллекторов. Для компенсации просадок они имеют гибкое присоединение к газовому коллектору, в узле присоединения располагаются контрольно-измерительные приборы (для измерения давления) и штуцеры для отбора проб газа.

В газосборном пункте объединяются сборные газопроводы. Газосборный пункт может быть выполнен в виде трубы, резервуара и т. п. и размещается в низшей точке с целью обеспечения сбора и отвода выпадающего конденсата. В газосборном пункте размещаются контрольно-измерительные приборы и устройства автоматики.

Система отведения конденсата - это устройство на газопроводе для сбора и отвода конденсата в низшей точке системы трубопроводов. В зоне разрежения конденсат отводится через сифоны, в области избыточного давления - посредством регулируемых конденсатоотводчиков. Конденсат можно также отводить как в зоне разрежения, так и в зоне избыточного давления с помощью охлаждающего устройства.

Всасывающим трубопроводом называют прямой участок трубопровода перед нагнетательным устройством, здесь также предусматриваются контрольно-измерительные приборы и устройства автоматики.

Нагнетательные устройства (вентилятор, воздуходувка и т. п.) служат для создания разрежения, необходимого для транспорта газа из тела захоронения или для создания избыточного давления при транспортировании газа к месту использования (к факельной установке, к системе утилизации и т. п.).

Компрессорная установка служит для повышения избыточного давления газа.

В машинном отделении размещаются нагнетательные устройства. Традиционными конструкциями являются контейнеры, металлические кожухи или небольшие строения (гаражи, блочные конструкции и т. д.). На крупных установках газонагнетательные устройства располагаются в машинном зале, иногда они могут размещаться на открытых площадках под навесом.

Современный мир построен на все увеличивающемся потреблении, поэтому особенно быстро истощаются минеральные и сырьевые ресурсы. В то же время на многочисленных животноводческих фермах ежегодно накапливаются миллионы тонн зловонного навоза, и тратятся немалые средства для его утилизации. Люди также не отстают в производстве биологических отходов. К счастью, разработана технология, позволяющая одновременно решать эти проблемы: используя биоотходы (прежде всего, навоз) в качестве сырья, получать экологически чистое возобновляемое топливо – биогаз. Применение таких новаторских технологий породило новую перспективную отрасль – биоэнергетику.

Что такое биогаз

Биогазом называют летучее газообразное вещество, не имеющее цвета, совсем без запаха. Он состоит на 50-70 процентов из метана, до 30 процентов его составляет углекислый газ СО2 и еще 1-2 процента – газообразные вещества – примеси (при очистке от них получается чистейший биометан).

Качественные физико-химические показатели этого вещества приближаются к обычному высококачественному природному газу. По исследованиям ученых, у биогаза очень высокие теплотворные свойства: так, тепло, выделяемое при сжигании одного кубометра этого природного топлива, равнозначно теплу от полутора килограмм каменного угля.

Выделение биогаза происходит благодаря жизнедеятельности особого вида бактерий – анаэробных, при этом мезофильные бактерии активизируются при прогревании среды до 30-40 градусов Цельсия, а термофильные размножаются при более высокой температуре – до +50 градусов.

Под действием их ферментов органическое сырье разлагается с выделением биологического газа.

Сырье для биогаза

Не любые органические отходы подходят для переработки на биогаз. Например, помет от птицефабрик и свиноферм в чистом виде использовать категорически нельзя, потому что у них высок уровень токсичности. Для получения из них биогаза в такие отходы необходимо добавлять разбавляющие вещества: силосовую массу, зеленую травяную массу, а также навоз из-под коров. Последний компонент – самое подходящее сырье для получения экологически чистого топлива, поскольку коровы питаются только растительной пищей. Однако и его надо контролировать на предмет содержания тяжелометаллических примесей, химических составляющих, поверхностно-активных веществ, которых в сырье не должно быть в принципе. Очень важный пункт – контроль на антибиотики и дезинфицирующие вещества. Наличие их в навозе способно препятствовать процессу разложения сырьевой массы и образования летучего газа.

Дополнительная информация. Совсем обойтись без дезинфицирующих средств невозможно, потому что иначе на биомассе под воздействием высоких температур начинает образовываться плесень. Также следует следить и вовремя очищать навозные массы от механических загрязнений (гвозди, болты, камни и т.п.), которые могут быстро испортить биогазовое оборудование. Влажность сырья, идущего для получения биогаза, должна составлять не менее 80-90%.

Механизм образования газа

Для того чтобы в процессе безвоздушного брожения (его по-научному называют анаэробной ферментацией) из органического сырья начал выделяется биогаз, необходимы соответствующие условия: герметичная емкость и повышенная температура. Если все сделано правильно, продуцирующийся газ поднимается наверх, откуда его выбирают для использования, а те твердые частицы, что остаются, представляют собой отличное биоорганическое сельскохозяйственное удобрение, богатое азотом и фосфором, но освобожденное от вредных микроорганизмов. Для правильного и полного протекания процессов очень важен температурный режим.

Полный цикл преобразования навоза в экологическое топливо составляет от 12 дней до месяца, это зависит от состава сырья. С одного литра полезного объема реактора получается около двух литров биогаза. Если применять более совершенные модернизированные установки, то процесс производства биотоплива убыстряется до 3 суток, а выработка биогаза повышается до 4,5- 5 литров.

Люди начали изучать и использовать технологию добычи биотоплива из органических природных источников еще с конца XVIII века, а в бывшем СССР первое устройство по получению биогаза было разработано еще в 40-е годы прошлого столетия. В наше время эти технологии приобретают все большее значение и популярность.

Преимущества и недостатки биогаза

Биогаз как источник энергии имеет неоспоримые плюсы:

• он служит улучшению экологической обстановки в тех местностях, где широко применяется, поскольку наравне с сокращением использования загрязняющего природу топлива происходит очень эффективное уничтожение биоотходов и обеззараживание стоков, т.е. биогазовое оборудование выполняет роль очистительной станции;
• сырье для производства этого органического топлива является возобновляемым и практически бесплатным – пока животные на фермерских хозяйствах получают питание, они будут производить биомассу, а, значит, и топливо для биогазовых установок;
• приобретение и использование оборудования экономически выгодно – однажды купленная установка для получения биогаза больше не потребует никаких вложений, а обслуживается она просто и дешево; так, биогазовая установка для использования в фермерском хозяйстве начинает окупаться уже через три года после запуска; отсутствует необходимость сооружать инженерные коммуникации и линии передачи энергии, затраты на запуск биостанции снижаются на 20 процентов;
• отпадает необходимость в подведении таких инженерных коммуникаций, как линии электропередач и газопровод;
• производство биогаза на станции с использованием местного органического сырья – безотходное предприятие, в противовес предприятиям на традиционных энергоносителях (газопроводы, котельные и т.п.), отходы не загрязняют экосреду, не требуют места для своего хранения;
• при использовании биогаза в атмосферу выделяется некоторое количество углекислого газа, а также серы, однако, эти количества минимальны по сравнению с тем же природным газом и усваиваются зелеными насаждениями при дыхании, поэтому вклад биоэтанола в парниковый эффект минимален;
• по сравнению с другими альтернативными источниками энергии, выработка биогаза всегда стабильна, деятельностью и производительностью установок по его производству человек может управлять (в отличие, например, от солнечных батарей), собирая несколько установок в одну или, наоборот, дробя на отдельные участки для снижения риска аварии;
• в выхлопных газах при использовании биотоплива содержание оксида углерода снижается на 25 процентов, а оксидов азота – на 15;
• помимо навоза, можно использовать и некоторые виды растений для получения биомассы на топливо, например, сорго поможет улучшить состояние почв;
• при добавлении биоэтанола в бензин его октановое число увеличивается, а само топливо становится более детонационно- стойким, его температура самовоспламенения значительно снижается.

Биогаз – не идеальное топливо, он и технология его получения также не лишены недостатков:

• скорость переработки органического сырья в оборудовании для производства биогаза – слабое место в технологии по сравнению с традиционными источниками получения энергии;
• у биоэтанола меньшая теплота сгорания, чем у топлива из нефти – на 30 процентов меньше выделяется энергии;
• процесс довольно неустойчив, для его поддержания требуется большое количество ферментов определенного качества (например, изменение в рационе коров очень сильно влияет на качество навозного сырья);
• недобросовестные производители биомассы для станций переработки могут значительно истощать почвы повышенными засевами, это нарушает экологическое равновесие территории;
• трубы и емкости с биогазом могут разгерметизироваться, что приведет к резкому снижению качества биотоплива.

Где применяется биогаз

Прежде всего, это экологическое биотопливо идет на удовлетворение бытовых потребностей населения, как замена природному газу, для обогрева и приготовления пищи. Предприятия могут использовать биогаз для запуска замкнутого цикла изготовления продукции: особенно эффективно его применение в газовых турбинах. При грамотной наладке и полном совмещении такой турбины с установкой по получению биотоплива его стоимость конкурирует с самой дешевой атомной энергией.

Эффективность использования биогаза очень легко подсчитать. Например, от одной единицы крупного рогатого скота можно получить до 40 килограмм навоза, из которого производится полтора кубометра биогаза, достаточного для выработки 3 киловатт/часов электричества.

Определив потребности хозяйства в электроэнергии, можно определить, какой вид установки для получения биогаза использовать. При небольшом поголовье коров лучше всего биогаз в домашних условиях добывать с помощью простейшей биогазовой установки малой мощности.

Если же хозяйство очень крупное, и на нем постоянно образуется большое количество биоотходов, выгодно смонтировать автоматизированную биогазовую систему промышленного типа.

Обратите внимание! При проектировании и наладке тут потребуется помощь квалифицированных специалистов.

Конструкция биогазовой установки

Любая биоустановка состоит из следующих основных частей:

• биореактор, где происходит биоразложение навозной смеси;
• система подачи органического топлива;
• агрегат для размешивания биологических масс;
• аппараты для создания и поддержания нужного уровня температуры;
• цистерны для помещения в них полученного биогаза (газгольдеры);

• емкости для помещения туда образующихся твердых фракций.

Это полный список элементов для промышленных автоматизированных установок, тогда как биогазовая установка для частного дома гораздо более проще сконструирована.

Биореактор должен быть полностью герметичным, т.е. доступ кислорода недопустим. Это может быть емкость из металла в виде цилиндра, установленная на поверхности почвы, хорошо для этих целей подходят бывшие цистерны от топлива емкостью по 50 кубометров. Готовые разборные биореакторы быстро монтируются / демонтируются и легко перемещаются на новое место.

Если предполагается небольшая биогазовая станция, то целесообразно размещать реактор под землей и выполнять его в виде кирпичного или бетонного резервуара, а также металлических или ПВХ бочек. Можно помещать такой биоэнергетический реактор в помещение, однако необходимо обеспечить постоянное вентилирование воздуха.

Бункеры для подготовки биологического сырья – необходимый элемент системы, потому что перед тем, как попасть в реактор, его надо подготовить: измельчить на частицы до 0,7 миллиметра и пропитать водой, чтобы довести влажность сырья до 90 процентов.

Системы подачи сырья состоят из сырьевого приемника, водопровода и насоса для подачи подготовленной массы в реактор.

Если биореактор выполнен в подземном исполнении, емкость для сырья располагают на поверхности, чтобы подготовленный субстрат самостоятельно под действием силы тяжести тек в реактор. Возможно также расположить сырьевой приемник в верхней части бункера, тогда необходимо использование насоса.

Отверстие для вывода отходов располагают ближе к днищу, напротив входа для сырья. Приемник для твердых фракций выполняют в виде прямоугольного ящика, куда ведет выходная трубка. При поступлении в биореактор новой порции подготовленного био-субстрата, такая же по объему партия твердых отходов подается в приемник. В дальнейшем они используются в хозяйствах в качестве отличных биоудобрений.

Полученный биогаз хранится в газгольдерах, которые помещаются, как правило, сверху реактора и имеют конусообразную или куполообразную форму. Изготавливаются газгольдеры из железа и прокрашиваются масляной краской в несколько слоев (это помогает избежать коррозийного разрушения). В больших промышленных биоустановках емкости для биогаза выполняются в виде отдельно стоящих цистерн, соединенных с реактором.

Для придания полученному газу горючих свойств необходимо избавить его от водяных паров. Производится провод биотоплива по трубе через водяную емкость (гидрозатвор), после чего его можно подавать по пластиковым трубам непосредственно для потребления.

Иногда можно встретить особенные газгольдеры мешкообразного вида из ПВХ. Их располагают в непосредственной близости от установки. По мере заполнения биогазом мешки раскрываются, их объем увеличивается настолько, чтобы принять весь произведенный газ.

Для эффективного протекания процессов биоброжения необходимо постоянное перемешивание субстрата. Для предотвращения образования корки на поверхности биомассы и замедления процессов брожения необходимо постоянно активно ее перемешивать. Для этого сбоку реактора монтируются погружные или наклонные размешиватели в виде миксера для механического перемешивания массы. Для небольших станций они ручные, для промышленных – с автоматическим управлением.

Необходимую для осуществления жизнедеятельности анаэробных бактерий температуру поддерживают с помощью автоматизированных обогревательных систем (для стационарных реакторов), они начинают подогрев при снижении тепла ниже нормы и автоматически выключаются при достижении нормальной температуры. Также можно использовать котельные установки, электрообогреватели или вмонтировать в днище емкости с сырьем специальный нагреватель. Одновременно необходимо снизить потери тепла от биореактора, для этого его укутывают слоем стекловаты или проводят другую теплоизоляцию, например, из пенополистирола.

Биогаз своими руками

Для частных домов применение биогаза сейчас очень актуально – из практически бесплатного навоза можно получить газ для бытовых нужд и обогрева дома и фермы. Собственная биогазовая установка – это гарантия от отключений электричества и подорожания газа, а также отличный способ утилизировать биоотходы, а также ненужную бумагу.

Для строительства в первый раз логичнее всего использовать простые схемы, такие конструкции будут более надежными и прослужат дольше. В дальнейшем установку можно будет дополнить более сложными деталями. Для дома площадью в 50 квадратов достаточное количество газа получается при объеме емкости для ферментирования в 5 кубометров. Для обеспечения постоянного температурного режима, необходимого для правильного брожения, можно использовать трубу отопления.

На первом этапе строительства роют траншею для биореактора, стенки которой должны быть укреплены и герметизированы с помощью пластика, бетонной смеси или же кольцами из полимеров (желательно наличие в них глухого дна – периодически по мере пользования их придется заменять).

Второй этап заключается в монтаже газового дренирования в виде полимерных труб с многочисленными отверстиями. При установке следует учитывать, что верхушки труб должны превышать планируемую глубину наполнения реактора. Диаметр выходных труб должен быть не больше 7-8 сантиметров.

Следующий этап – изоляция. После этого можно заполнять реактор подготовленным субстратом, после чего он укутывается пленкой для увеличения давления.

На четвертом этапе монтируют купола и отводную трубу, которая ставится в самой высокой точке купола и соединяет реактор с газгольдером. Газгольдер можно обложить кирпичом, поверх монтируется сетка из нержавеющей стали и покрывается штукатуркой.

В верхней части газгольдера помещают люк, который закрывается герметично, из него выводят газовую трубу с клапаном для уравнивания давления.

Важно! Получаемый газ должен отводиться и потребляться постоянно, поскольку длительное его хранение в свободной части биореактора может спровоцировать взрыв от повышенного давления. Необходимо предусмотреть гидрозатвор для того, чтобы биогаз не смешивался с воздухом.

Для разогрева биомассы можно установить змеевик, идущий от отопительной системы дома, – это экономически гораздо выгоднее, чем применение электрообогревателей. Внешнее обогревание можно предусмотреть с помощью пара, это исключит перегрев сырья выше нормы.

В целом биогазовая установка своими руками – не такое сложное сооружение, но при ее обустройстве необходимо обращать внимание на самые мелкие детали, во избежание пожаров и разрушений.

Дополнительная информация. Строительство даже самой простой биоустановки должно быть оформлено соответствующими документами, необходимо иметь технологическую схему и карту монтажа оборудования, нужно получить одобрение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб.

В наше время использование альтернативных источников энергии набирает обороты. Среди них очень перспективной является подотрасль биоэнергетики – получение биогаза из органических отходов типа навоза и силоса. Станции производства биогаза (промышленные или маленькие домашние) способны решить проблемы утилизации отходов, получения экологического топлива и тепла, а также качественных сельскохозяйственных удобрений.

Видео

Экология потребления. Усадьба: 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.

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.

О преимуществах использования биотехнологий

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.

Технология переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный источник тепловой энергии

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.

В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологию, 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.

Что представляет собой биогаз

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.

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

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.

Механизм образования газа из органического сырья

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.

Реактор для получения биогаза должен иметь полностью герметичную конструкцию, в которой отсутствует кислород, в противном случае процесс разложения навоза будет проходить крайне медленно

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.

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.

Биогаз по критериям энергетического потенциала немногим уступает привычному газовому топливу. Однако в его составе есть сернокислые испарения, наличие которых следует учесть при выборе материалов для сооружения установки

Расчеты эффективности применения биогаза

Оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива, помогут несложные расчеты. Одна корова весом 500 кг производит в сутки примерно 35-40 кг навоза. Этого количества хватит для получения около 1.5 м3 биогаза, из которого в свою очередь можно выработать 3 кВт/ч электроэнергии.

Используя данные из таблицы, нетрудно рассчитать, сколько м3 биогаза можно получить на выходе в соответствии с имеющимся в фермерском хозяйстве поголовьем скота

Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и смеси из нескольких компонентов, имеющих влажность 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонние химические примеси, отрицательно влияющие на процесс переработки.

Самый простой рецепт смеси придумал еще в 2000 году один русский мужик из Липецкой области, который построил своими руками простейшую установку для получения биогаза. Он смешивал 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавлял воду (примерно 65% от веса всех ингредиентов) и разогревал смесь до 35 градусов.

Через две недели бесплатное топливо готово. Эта небольшая установка вырабатывала 40 м3 газа в день, что вполне хватало для обогрева дома и хозпостроек в течение полугода.

Варианты изготовления установок для получения биотоплива

После проведения расчетов необходимо определиться, как изготовить установку, чтобы получить биогаз в соответствии с потребностями своего хозяйства. Если поголовье скота небольшое, то подойдет простейшая установка, которую нетрудно изготовить из подручных средств своими руками.

Крупным фермерским хозяйствам, у которых есть постоянный источник большого количества сырья, целесообразно построить промышленную автоматизированную биогазовую систему. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения специалистов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.

На схеме наглядно показано, как работает промышленный автоматизированный комплекс по получению биогаза. Строительство таких масштабов можно организовать сразу нескольким фермерским хозяйствам, расположенным поблизости

Сегодня существуют десятки компаний, которые могут предложить множество вариантов: от готовых решений, до разработки индивидуального проекта. Для удешевления строительства можно скооперироваться с соседними хозяйствами (если такие имеются поблизости) и построить одну на всех установку для получения биогаза.

Следует учесть, что для постройки даже небольшой установки необходимо оформить соответствующие документы, сделать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается в помещении), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.

Конструктивные особенности биогазовой системы

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.

На схеме представлены основные составляющие автоматизированной биогазовой системы. Объем реактора зависит от суточного поступления органического сырья. Для полноценного функционирования установки реактор должен быть заполнен на две трети объема

Принцип работы и устройство установки для производства биогаза

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.

Для изготовления установки по производству биогаза можно приобрести готовые емкости из ПВХ и установить их в помещении, оборудованном системой вентиляции

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. Его верхний край дожжен находиться ниже уровня входного отверстия.

Входная и выходные трубы располагаются косо вверх на разных сторонах емкости, при этом компенсирующая емкость, в которую поступают отходы, должна быть ниже приемного бункера

Процесс протекает следующим образом: входной бункер принимает новую партию субстрата, которая стекает в реактор, одновременно такое же количество отработанного шлама 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. В промышленных установках, рассчитанных на получение большого количества газа, газгольдер нередко выполняется в виде отдельно стоящего резервуара, соединенного с реактором трубопроводом.

Газ, полученный в результате брожения, не подходит для использования, поскольку в нем содержится большое количество водяных паров, и в таком виде он не будет гореть. Чтобы очистить его от фракций воды, газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера выводится труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а уже оттуда он по пластиковой или металлической трубе подается потребителям.

Схема установки, расположенной под землей. Входное и выходное отверстия должны располагаться на противоположных сторонах емкости. Над реактором находится водяной затвор, через который для осушения пропускается полученный газ

В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.

Условия эффективной работы биореактора

Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.

Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.

При вертикальном расположении реактора рукоятка мешалки выводится в верхнюю часть установки. Если емкость установлена горизонтально, шнек также располагается в горизонтальной плоскости, и ручка находится сбоку биореактора

Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.

Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами, или встроить в основание емкости нагревательный элемент. Чтобы уменьшить потери тепла рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол.

Чтобы обустроить систему обогрева биомассы, можно провести трубопровод от домового отопления, которое питается от реактора

Как определить нужный объем реактора

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 подземной установки по производству биогаза

Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной установки. 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 отработанного шлама.

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 имеет купольную или конусную форму. Она 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.

Видео о получении биогаза из навоза

Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в видеосюжете:

Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все тщательно просчитать и подготовить.

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. опубликовано

Тема альтернативных видов топлива актуальная уже несколько десятилетий. Биогаз – это природный источник топлива, который можно получать и использовать самостоятельно, особенно если у вас есть домашний скот.

Что это такое

По составу биогаз похож на , добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:

1. Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
2. Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
3. Этот газ очищается и выводится из реактора.
4. Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.

Производство своими руками биогаза в домашних условиях возможно при условии, что вы живете в деревне и у вас есть доступ к отходам животноводства. Это хороший вариант топлива для животноводческих ферм и сельскохозяйственных предприятий.

Преимущество биогаза в том, что он позволяет сократить выбросы метана и дает источник альтернативной энергии. В результате переработки биомассы образуется удобрение для огородов и полей, что является дополнительным преимуществом.

Чтобы получить биогаз своими руками, вам нужно построить биореактор для переработки навоза, птичьего помета и других органических отходов. В качестве сырья используются:

• сточные воды;
• солома;
• трава;
• речной ил.

Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.

Варианты использования

Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:

• отопления;
• освещения;
• нагрева воды;
• работы двигателей внутреннего сгорания.

С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.

Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.

Эффективность биотоплива

Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.

Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.

Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.

Как построить реактор на биоматериале

Биореакторы – это емкости из бетона с отверстиями для отвода сырья. Перед строительством нужно выбрать место на участке. Размер реактора зависит от количества биомассы, которая у вас появляется ежедневно. Она должна заполнять емкость на 2/3.

Если биомассы немного, вместо бетонной емкости, можно взять железную, например, обычную бочку. Но она должна быть крепкой, с качественными сварными швами.

Количество сделанного газа напрямую зависит от объема сырья. В маленькой емкости его получится немного. Чтобы получить 100 кубометров биогаза, нужно переработать тонну биологической массы.

Для повышения прочности установки ее обычно заглубляют в землю. Реактор должен иметь входную трубу для загрузки биомассы и отводное отверстие для удаления отработанного материала. Сверху в баке должно быть отверстие, через которое выводится биогаз. Лучше закрывать его на гидрозатвор.

Для правильной реакции емкость должна быть герметично закрыта, без доступа воздуха. Гидрозатвор обеспечит своевременный вывод газов, что предотвратит взрыв системы.

Реактор для большого хозяйства

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

Промышленные комплексы состоят из:

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

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

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

Как рассчитать объем реактора

Объем реактора зависит от количества отходов, образующихся ежедневно. Помните, что емкость нужно заполнять только на 2/3 для эффективного брожения. Также учитывайте время брожения, температуру и тип сырья.

Навоз лучше всего разбавлять водой перед отправкой в реактор. Для переработки навоза при температуре 35-40 градусов понадобится примерно 2 недели. Чтобы рассчитать объем, определите начальный объем отходов с водой и прибавьте 25-30%. Объем биомассы должен быть одинаковым каждые две недели.

Как обеспечить активность биомассы

Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.

Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:

• Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
• Нагревательные элементы внутри емкости;
• Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.

В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.

Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.

Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.

Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.

Правильный отвод газа

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

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

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

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

Подземная установка для производства биотоплива

Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.

С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.

Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.

Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.

Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.

Биотопливо или биогаз – это смесь различных газов, которая получается в результате деятельности особых микроорганизмов (бактерий и археев), питающихся различной органикой, в том числе навозом.

После его получения навоз или помет превращаются в качественное удобрение, содержащее калий, азот, фосфор и почвообразующие кислоты.

Плюсы переработки навоза в биотопливо очевидны, это:

• снижение выброса парниковых газов;
• сокращение расхода невозобновляемых видов топлива;
• очистка экскрементов от гельминтов, а также различных возбудителей болезней;
• возможность утилизации кухонных отходов.

О других способах утилизации и переработки навоза мы уже рассказывали в статье .

• о технологии получения из навоза биогаза;
• о том, что ускоряет или замедляет эти процессы, а также влияет на общий объем топлива;
• какие меры безопасности должны приниматься;
• как используют очищенное топливо;
• насколько производство биогаза рентабельно.

Навоз, как и помет, является не только экскрементами животных, но и очень сложным веществом.

Оно наполнено различными микроорганизмами , которые участвуют во многих химических и физических процессах.

Во время нахождения в кишечнике они перерабатывают пищу, разрушают сложные органические цепочки, превращая их в простые вещества, пригодные для усваивания через стенки кишечника.

При этом численность и активность микроорганизмов корректируется желудочным соком и выделяемыми кишечником веществами.

После попадания в биореактор их часть начинает усиленно поглощать кислород, выделяя в процессе своей жизнедеятельности различные газы. Именно они расщепляют сложные органические соединения, превращая их в вещества, пригодные для питания метанообразующих микроорганизмов.

Этот процесс называют гидролизом или брожением . Когда уровень кислорода падает до критического значения, эти микроорганизмы гибнут и перестают участвовать в происходящих процессах, а их работу выполняют анаэробные археи, то есть не нуждающиеся в кислороде.

Большинство людей считает метанообразующие микроорганизмы бактериями, подразумевая под этим их маленький размер, но ученые с недавнего времени (1990 год) относят их к метаногенам, то есть археобактериям (археям), питающимся водородом и окисью углерода (угарным газом).

Они отличаются от бактерий по своему строению, но сопоставимы с ними по размерам. Поэтому многие производители удобрений до сих пор называют их бактериями, ведь на уровне обычного пользователя устройств для получения биотоплива оба названия одинаково правильны.

Метанобразующие микроорганизмы питаются расщепленной органикой , превращая ее в сапропель (донный ил, состоящий из смеси органических и неорганических веществ, среди которых есть гумусовые кислоты, являющиеся органической основой почвы) и воду с выделением метана.

Поскольку в процессе перегнивания участвуют не только метанобразующие микроорганизмы, то выделяемый ими газ состоит не только из метана, а также включает в себя :

• углекислый газ;
• сероводород;
• азот;
• воздушно-водную дисперсию.

Доля каждого газа зависит от количества и активности соответствующих микроорганизмов , на жизнедеятельность которых влияют многие факторы.

Среди них:

• размер твердых фракций содержимого биореактора;
• процентное соотношение жидких/твердых органических фракций;
• исходный состав материала;
• температура;
• остаток подходящих для этих микроорганизмов питательных веществ на текущий момент.

Деятельность метанообразующих микроорганизмов

Активность всех микроорганизмов, участвующих в процессе производства биотоплива, напрямую зависит от температуры среды , однако наименьшая зависимость у гнилостных микроорганизмов.

Несмотря на то, что часть из них также выделяет метан, общее количество этого газа сокращается по мере снижения температуры, зато возрастает количество других газов.

При температуре 5–25 градусов действуют лишь психрофильные метаногены , отличающиеся минимальной производительностью. Остальные процессы также замедляются, однако гнилостные бактерии довольно активны, поэтому смесь довольно быстро начинает гнить, после чего в ней сложно запустить процессы производства метана.

Нагрев до температуры 30–42 градуса (мезофильный процесс) увеличивает активность мезофильных метаногенов, обладающих не слишком высокой производительностью, а их основные конкуренты – гнилостные бактерии чувствуют себя довольно комфортно.

При температуре 54–56 градусов (термофильный процесс) вступают в действие термофильные микроорганизмы , обладающие максимальной способностью производить метан, из-за чего не только увеличивается выход биогаза, но и возрастает доля метана в нем.

Кроме того, резко снижается активность их основных конкурентов – гнилостных микроорганизмов, в связи с чем снижаются расходы расщепленной органики на производство других газов и ила.

Любые метаногены помимо газа выделяют еще и тепловую энергию, однако эффективно поддерживать температуру на комфортном уровне могут лишь мезофильные бактерии . Термофильные микроорганизмы выделяют меньше энергии, поэтому для их активного существования субстрат необходимо подогревать до оптимальной температуры.

Как увеличить выход?

Поскольку производителями метана являются метаногены, то чтобы увеличить выход газа, необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов .

Этого можно достичь лишь комплексно, влияя на все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отработанного материала и способов очистки газа.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/помет, а также другие органические вещества, такие как , скошенная трава и прочие необходимо максимально измельчать .

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями. Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому навоз или помет обязательно разводят водой до определенной консистенции.

Должен быть соблюден баланс между метаногенами и бактериями , разлагающими органику на простые составляющие, в особенности расщепляющими жиры.

Если будет избыток метаногенов, то они быстро выработают доступные питательные вещества, после чего их производительность резко упадет, зато возрастет активность гнилостных микроорганизмов, которые перерабатывают органику в гумус другим способом.

Если же будет избыток бактерий, разлагающих органику, то доля углекислого газа в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта будет заметно меньше.

В неподвижном состоянии содержимое биореактора расслаивается по плотности, из-за чего лишь часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому необходимо периодически перемешивать помет/навоз в биореакторе.

Образующийся в итоге ил обладает более высокой плотностью, чем водный раствор навоза, поэтому оседает на дно, откуда его необходимо удалять, чтобы освободить место для новой партии экскрементов.

Очистка готового продукта снижает объем биогаза, зато резко повышает его теплотворную способность. Чтобы не потерять готовый биогаз, его необходимо закачивать в заранее подготовленные хранилища (газгольдеры), из которых он затем будет поступать к потребителям.

Технология производства и оборудование

Замкнутый технологический цикл , подразумевающий минимальное использование внешней энергии, включает в себя:

• сбор и подготовку навоза;
• загрузку и обслуживание биореактора;
• слив и утилизацию отходов;
• очистку газа;
• генерацию электрической и тепловой энергии.

Сбор и подготовка материала

Собранные в навозоприемнике экскременты содержат много крупных фрагментов, поэтому их измельчают с помощью любых подходящих измельчителей . Нередко эту функцию выполняет насос, перекачивающий материал в биореактор.

Вручную или с помощью автоматизированных систем определяют уровень влажности продукта и при необходимости добавляют в него чистую нехлорированную воду.

Если для увеличения объема биогаза в сырье добавляют зеленую массу (скошенную траву, и т. д.), то ее тоже предварительно измельчают с помощью .

Измельченный и при необходимости наполненный зеленой массой субстрат фильтруют , затем закачивают в емкость, расположенную неподалеку от биореактора.

В ней готовый к использованию раствор нагревают до необходимой температуры (зависит от режима брожения) и после заполнения сливают в биореактор, который со всех сторон окружен водяной рубашкой.

Такой способ обогрева обеспечивает одинаковую температуру во всех слоях содержимого, а для нагрева теплоносителя (воды) используют часть произведенного газа (во время первых загрузок подогревать теплоноситель придется за счет сторонних источников энергии). Однако возможны и другие способы нагрева содержимого.

1–3 раза в сутки содержимое перемешивают , чтобы избежать сильного расслоения и повысить эффективность переработки навоза в газ.

В верхней части реактора скапливается выработанный бактериями газ, из-за чего появляется небольшое положительное давление. Отбор газа в газгольдер происходит периодически по мере достижения определенного давления или постоянно, но в этом случае количество отобранного газа регулируют, чтобы сохранять необходимое давление.

Слив и утилизация отходов

Полностью перегнивший материал, благодаря более высокой плотности оседает на дно реактора, а между ним и наиболее активным слоем появляется прослойка отработанной жидкости . Поэтому перед перемешиванием ее удаляют вместе с частью ила , которые затем разделяют.

Оба вида отходов являются сильными натуральными удобрениями — жидкость ускоряет развитие растений, а ил улучшает структуру/качество почвы и содержит гуминовые вещества.

Поэтому оба вида отходов можно продавать, а также использовать на собственных полях. Если отходы не планируется сразу разделять на фракции, то их необходимо периодически перемешивать, чтобы ил не слежался, иначе его трудно будет извлечь во время опорожнения емкости.

Очистка газа

Для очистки биогаза применяют несколько технических решений, каждое из которых нацелено на удаление из его состава определенного вещества. Воду удаляют с помощью конденсации , для чего продукт сначала нагревают, затем проводят через холодную трубу, на стенках которой и оседают капельки воды.

Сероводород и углекислый газ удаляют с помощью сорбентов при высоком давлении. Правильно построенная линия очистки поднимает содержание метана до уровня 93–98%, что превращает биогаз в очень эффективное горючее, способное конкурировать с другим газообразным топливом.

Сделать серьезное оборудование для очистки в домашних условиях невозможно, тем не менее, можно пропускать готовый продукт через воду при высоком давлении, благодаря чему двуокись углерода будет превращаться в углекислоту.

При этом воду нужно постоянно менять, ведь ее способность впитывать углекислый газ ограничена. Отработанную воду необходимо нагреть (углекислый газ выйдет), после чего ее можно снова использовать для очистки. Но даже таким способом очищать готовый продукт должен опытный химик , способный подобрать нужные температуры и давление.

Генерация тепловой и электрической энергии

Благодаря высокой теплотворной способности очищенный биогаз хорошо подходит для питания электрогенераторов и различных нагревательных устройств .

Это снижает выход готового газа, но позволяет обойтись без дополнительных источников энергии за исключением первых нескольких дней, пока биореактор выйдет на полную мощность.

Для перевода двигателей внутреннего сгорания на метан необходимо установить правильный угол зажигания , ведь октановое число этого топлива составляет 105–110 единиц. Это можно сделать как механическими способами (повернув трамблер), так и изменив программу электронного блока управления.

Если же двигатель будет работать только на метане, без использования бензина, то его необходимо форсировать, повышая степень сжатия.

Это не только увеличит КПД мотора, позволив более бережно расходовать газ, но и сделает двигатель более долговечным , ведь чем меньше степень сжатия, тем выше температура в камере сгорания, а значит, выше вероятность прогорания поршней или клапанов.

Для перевода на биогаз отопительных приборов, включая водогрейные котлы, необходимо подобрать жиклер правильного размера , чтобы количество производимой тепловой энергии соответствовало режиму работы. Это особенно важно для систем с автоматическим управлением, действующих по определенной программе.

Объем биореактора

Объем биореактора рассчитывают, исходя из цикла полной переработки органики, который составляет для:

• мезофильного процесса 12–30 дней;
• термофильного процесса 3–10 дней.

Объем реактора определяют следующим образом – умножают суточный выход навоза, разведенного до необходимой влажности (90%), на максимальное количество дней, необходимое для полного перегнивания, затем полученный результат увеличивают на 10–30%.

Такое увеличение необходимо для создания первого газгольдера, в котором будет накапливаться выработанный газ.

Производительность

Несмотря на то, что при любом температурном режиме общий выход газа примерно одинаков, есть существенная разница — получить его за 3–5 дней при максимальной производительности или собирать его в течение месяца.

Поэтому поднять производительность можно лишь с помощью увеличения объема перерабатываемого материала , а значит и использования более крупного биореактора.

Перевод на термофильный процесс позволяет увеличить производительность даже при сокращении объема реактора, однако в этом случае резко возрастают издержки, связанные с нагревом смеси.

Приблизительные параметры выхода биогаза из разных видов навоза/помета, а также других материалов рассмотрим ниже в таблицах . Для перевода указанных значений в тонны готовой смеси влажностью 90% данные из второго столбца нужно умножать на 80–120.

Такой разброс связан с:

• особенностями кормления животных или птиц;
• материалом и наличием подстилки;
• эффективностью измельчения.

Отходы животноводства и птицеводства

Бытовые отходы

Растительность

Оценка рентабельности

При оценке рентабельности необходимо учитывать все виды доходов и расходов, в том числе непрямые.

К примеру, выработка электроэнергии для собственных нужд позволяет отказаться от ее покупки, а в некоторых случаях еще и от инвестиций в коммуникации, что можно отнести к непрямым доходам.

Один из видов непрямых доходов – отсутствие претензий со стороны жителей прилегающих земель , вызванных неприятным запахом, который издает сваленный в кучи навоз. Ведь законы РФ гарантируют человеку право дышать чистым воздухом, поэтому при обращении в суд такой истец вполне может выиграть процесс и обязать производителя навоза за свой счет устранять неприятный запах.

Сваливание навоза или помета в кучи не только портит воздух, но также представляет серьезную угрозу для почвы и грунтовых вод . Гниющая естественным образом куча органики резко увеличивает кислотность почвы и вытягивает из нее азот, поэтому даже через несколько лет на этом месте сложно вырастить хоть что-нибудь.

В любых экскрементах содержатся гельминты и возбудители различных болезней, которые, попав в грунтовую воду, могут проникнуть в водопровод или колодец, из-за чего возникнет угроза для животных и людей.

Поэтому возможность рециклинга опасных отходов в относительно безопасные ил и техническую воду можно отнести к очень крупным непрямым доходам.

К непрямым расходам можно отнести потребление газа для выработки электроэнергии и нагрева теплоносителя. Кроме того, на рентабельность влияет возможность продажи отходов переработки, то есть высушенного или влажного шлама (ила) и очищенной технической воды, насыщенной различными микроэлементами.

Многое зависит от размеров капитальных вложений, ведь можно купить все оборудование у известной фирмы и по довольно высокой цене, а можно часть его сделать самостоятельно.

Не менее важным является и уровень автоматизации , ведь чем он выше, тем меньше необходимо работников, а значит, меньше расходов на зарплату и уплату налогов за них.

При правильном выборе оборудования и грамотной организации всего процесса получение биогаза окупается за несколько лет даже без продажи очищенного биогаза.

Ведь к доходам можно отнести :

• заметное снижение расходов, связанных с утилизацией экскрементов;
• повышение плодородности земель за счет удобрения технической водой и шламом;
• снижение затрат на покупку энергоносителей;
• снижение затрат на приобретение удобрений.

Меры безопасности

Производство биогаза – это очень опасный процесс, ведь приходится работать с токсичными и взрывоопасными материалами. Поэтому повышенные меры безопасности необходимо принимать на всех этапах – от разработки проекта оборудования до транспортировки очищенного газа к конечным потребителям и утилизации отходов.

По этой причине разработку проекта биореактора и его изготовление лучше доверить профессионалам . Если же его приходится делать самостоятельно, то желательно за основу брать серийно выпускаемые устройства и тщательно проверять их герметизацию.

Даже небольшая щель или трещина в реакторе или газгольдере приведет к подсосу воздуха и создаст высокую вероятность образования взрывоопасной смеси из метана и кислорода.

Кроме того, попавший внутрь кислород негативно повлияет на активность метаногенов , из-за чего суточная выработка метана снизится, а при достаточном количестве кислорода полностью прекратится. Утечка метана или неочищенного газа в помещении создаст угрозу отравления и высокую вероятность взрыва.

Организация и техническое исполнение всего процесса должны полностью соответствовать этим документам :

Плюсы и минусы по сравнению с другими видами топлива

Для того, чтобы сравнивать между собой различные виды топлива и тем более разные виды энергий, необходимо определить, какие именно параметры подлежат сравнению. При этом сравнивать стоимость некорректно, ведь нормальной цена биогаза станет только после периода окупаемости .

Сравнивать по теплотворной способности также некорректно, потому что далеко не всегда топливо с меньшей теплотворной способностью оказывается хуже более теплотворного.

К примеру, дрова обладают меньшей теплотворной способностью, чем солярка, но во многих случаях они оказываются более подходящим видом топлива.

Поэтому сравнивать разные виды топлива и энергии можно по таким параметрам , как:

1. Пригодность для использования в автомобилях, электрогенераторах и системах отопления (в баллах, 1 балл – подходит для всех, 2 балла – для некоторых, 3 балла – для любого одного).
2. Необходимость создавать специальные условия для хранения (1 балл – можно в любых условиях, 2 балла – нужны специальные емкости, 3 балла – помимо специальных емкостей необходимо дополнительное оборудование, 4 балла – хранение невозможно).
3. Сложность переделки оборудования под другое топливо или энергию (1 балл – минимальные переделки, которые сможет сделать даже человек без опыта; 2 – переделки, доступные более-менее разбирающемуся в вопросе любителю и не требующие какого-то узкоспециализированного оборудования, 3 балла – необходима капитальная переделка).
4. Негативное влияние на экологию (в баллах, 1 – наименьшее, 2 балла – среднее, 3 балла – максимальное);
5. Является ли топливо или энергия возобновляемым (в баллах, 1 балл – полностью (к примеру, ветер или солнечный свет); 2 балла – условно, то есть в определенных условиях, или после каких-то действий, 3 балла – нет).
6. Зависит ли от рельефа местности, времени года и погоды (в баллах, 1 балл – нет, 2 балла – частично, 3 балла – зависит от всего).

Получение разрешения

Несмотря на то, что навоз относится к третьему классу опасности, то есть умеренно опасным отходам, для утилизации необходимо получать лицензию .

Но это относится лишь к тем случаям, когда биогаз или полученную из него электроэнергию собираются продавать.

Кроме того, лицензирование необходимо, если метантенк будет работать на покупном сырье. Если же полученный биогаз будет использован только для нужд того, кто его производит, то нет необходимости получать лицензию.

Кроме того, необходимо получить разрешение на строительство, а также согласовать проект со следующими ведомствами:

• Ростехнадзором;
• Пожарной Инспекцией;
• Газовой службой.

Иногда владельцы мелких и не очень мелких подсобных хозяйств пренебрегают согласованиями и разрешениями, ведь они строят все на своей земле и никому не продают продукты переработки.

Такая позиция чревата серьезным штрафом, ведь биогазовые установки относят к опасным производствам, поэтому они должны быть внесены в государственный реестр опасных производственных объектов Ростехнадзора.

Кроме того, подобные объекты нужно застраховать на случай аварии , а перед запуском их должны проверить специалисты соответствующих ведомств.

Тем не менее, владельцы небольших домашних установок пренебрегают регистрацией, потому что стоимость разрешений сводит на нет все преимущества такого способа утилизации навоза.

Однако делают они это на свой страх и риск, потому что в случае любых чрезвычайных происшествий им придется не только заплатить штрафы за отсутствие сведений в реестре, но и отвечать за все последствия.

Форумы

Мы подготовили список интернет-форумов , где пользователи обсуждают различные вопросы, связанные с получением биогаза из навоза и необходимым для этого оборудованием:

Видео по теме

На видео показаны все этапы процесса переработки навоза в биогаз:

Вывод

Биогаз – это продукт переработки навоза и помета, а также хорошая альтернатива другим видам топлива. Несмотря на необходимость серьезных капитальных вложений, а также оформления множества разрешений и согласований, его производство позволит с пользой утилизировать отходы жизнедеятельности животных и птиц.