Биогазовая установка для частного дома: добываем энергоресурсы своими руками. Биогаз из навоза: насколько выгодно и как сделать Биогазовая система

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.

Рост цен на энергоносители заставляет задуматься о возможности обеспечить себя ими самостоятельно. Один из вариантов — биогазовая установка. С ее помощью из навоза, помета и растительных остатков получают биогаз, который после очистки можно использовать для газовых приборов (плиты, котла), закачивать в баллоны и использовать его как топливо для автомобилей или электрогенераторов. В общем — переработка навоза в биогаз может обеспечить все потребности дома или фермы в энергоносителях.

Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

• Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
• Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
• Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Схема биогазовой установки

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

• Надземной.
• Полузаглубленной.
• Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Сбор и отвод биогаза

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Очищение от примесей

Примерный состав получаемого биогаза такой:

• метан — до 60%;
• углекислый газ — 35%;
• другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Газгольдер и компрессор

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

• перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
• способствует высвобождению выработанного газа;
• выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
• поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

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

Чем греть и где расположить

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

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

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

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

Способы водяного обогрева

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

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

Чем утеплять

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

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

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.

Биогазовые установки для фермерских хозяйств, цена зависит от количества комплектующих, различных параметров характерных для подобных устройств, варьируется в пределах 170 тыс.руб.

Они работают для получения, в результате переработки конечного продукта , экологически чистого топлива, удобрений, которые производят в агрегате, в его состав включены технические сооружения, аппараты, объединённые в едином технологическом цикле.

Биогазовые установки для дома, возможно, когда-то полностью заменят сельскому жителю дорогостоящие источники энергии. Экономические катаклизмы, требуют от разработчиков оборудования для сельского хозяйства, производить аналоги природных ресурсов в виде подручного сырья для снижения затрат на обслуживание частного подворья, фермерства.

Цели фермеров различные – одни получают дешевую энергию другим важно с помощью небольшой мини установки переработать отходы жизнедеятельности:

• крупнорогатого скота

В результате работы получают биоудобрения и собственный энергетический источник. К тому же в хозяйствах приходится избавляться от различного скопления бытового мусора в этом им помогает удобное, универсальное сооружение, которое отдает вместо ненужных полезные продукты.

Кто эксплуатирует оборудование

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

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

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

Стандартная комплектация

Инженеры комплектуют механизмы разными по размерам. Производство зависит от необходимой мощности, что предстоит перерабатывать агрегату и выдавать в обмен. Установка стандартного вида состоит из следующих комплектующих:

• накопительной ёмкости, в неё поступает материал для отработки
• миксеров, мельниц конструктивно отличающихся друг от друга, они измельчают крупные сырьевые фрагменты
• газгольдера, герметично закрытого, здесь накапливается газ
• реактора в виде резервуара, где формируется биотопливо
• приспособлений, подающих сырьё в ёмкость
• установок, передающих полученное топливо из одних точек в другие для последующего преобразования
  автоматических систем, защищающих, контролирующих производственный процесс

Работа технологического цикла отработана до мельчайших деталей, чтобы облегчить человеку обслуживание агрегата в период переработки.

Как это функционирует

Работоспособность агрегатов основана на принципе воздействия бактериальных образований различной природы на органику, вызывающих брожение. Эти процессы происходят внутри реактора. От разложения одних продуктов получается другое вещество, в его состав входят:

• метан
• углекислый газ
• примеси аммиака, сероводорода, азота

Принцип работы состоит из следующих действий:

• в накопительную ёмкость подают сырьё
• материал разбивается, насосами, транспортерами перемещается в кислототенк, в этой ёмкости биомасса подвергается дополнительному подогреву
• прочный, кислотостойкий, плотно закрытый реактор производит приём подготовленного сырья, чтобы создался биогаз

В реактор устанавливают приспособления для обеспечения дополнительного подогрева, в пределах +40 град., перемешивания веществ, создают им подходящие условия, ускоряющие процессы распада и брожения, от чего образуется конечный продукт. Скорость переработки зависит от мощности сооружения и вида отходов.

В процессе:

• накопление газа осуществляется в газгольдерах, их монтируют как отдельный элемент или соединяют совместно с корпусом
• ёмкость реактора собирает , после окончания процедуры разложения передаёт для применения
• в резервуаре газгольдера создаётся достаточное давление, чтобы переместить газ в очистительную систему, в этом виде он будет применен потребителем в различных сферах деятельности
• использование по назначению приобретают вещества для удобрений после разделения их на составляющие в жидком или твердом виде, и перемещения в накопительную часть

Принятие решения начать строительство должно сопровождаться учетом условий, при которых биогазовые установки работают с необходимой эффективностью.

Основные параметры для выбора

Плохая функциональность устройств происходит из-за неверного планирования. Ошибки могут быть замечены сразу или через некоторое время. Тщательным и всесторонним исследованием добиваются исключения выхода из строя оборудования. Начинают процедуру после определения наличия сырьевого материала и сколько нужно для нормального существования энергетических средств.

На реактор и его размеры оказывает влияние:

• количество переработки
• качество материала
• сырьевой вид
• температурный режим
• период брожения

На практике в конкретном хозяйстве следует обратить внимание на следующие моменты:

• суточную загрузку материалов в соотношении с реакторным размером
• объём емкости, в которой происходит переработка отходов
• рассчитывают выход продукции
• возможность балансирования между результатом и фактическим потреблением

Перед монтажом оборудования предстоит сделать выбор:

• наиболее оптимального места для установки
• модели подходящей по конструктивным особенностям

Основными критериями, на которые опираются при конструктивном выборе, служит место и определение подземного или наземного сооружения. Кроме этого, при устройстве конструкции наверху, следует решить, как установить реактор в вертикальном или горизонтальном положении.

В постройках на участке хранят биоудобрения или в ямах, металлических бочках. Затраты сократят готовые части установки, если они есть в хозяйстве. Скоплением материалов определяют размеры и формы резервуаров, в которых их смешивают, а также какой нужен реактор, устройства для подогрева веществ, их дробления и смешивания.

Выбранная конструкция реактора должна соответствовать:

• практичности
• простоте в обслуживании
• газо- и водонепроницаемости, чтобы исключить утечки и сохранить газ в полном объёме

Необходимым условием для эффективной производительности является наличие качественной теплоизоляции. Снизить затраты на строительство и тепловые потери можно минимальными поверхностными площадями.

Сооружение должно отвечать стабильности, выдерживать нагрузки от давления:

• сырьевых материалов

Установки оборудуют в следующих наиболее оптимальных формах:

• яйцеобразных
• цилиндрических
• конических
• полукруглых

Не рекомендуют оборудовать квадратных форм бетонных или кирпичных. Сырьё оказывает давление на углы, отчего появляются трещины, нарушают процессы, происходящие внутри, твердые скапливающиеся фрагменты. Лучше бродят материалы, не появляются засохшие поверхности в сооружениях с внутренними перегородками.

Лучшими материалами для постройки служат:

• Сталь – в этих емкостях можно добиться абсолютной герметичности, их легко изготовить, они выдерживают нагрузки. Проблемой является повышенная подверженность коррозии. Для предотвращения ржавчины, поверхности обрабатывают. Если в хозяйстве есть металлическая цистерна, её качество следует проверить со всех сторон. Избавиться от недостатков.
• Пластик – резервуары из этого материала выпускают мягкими и твердыми. Первый вариант менее пригоден, так как легко наносятся повреждения, трудно утепляются. Резервуары из твердого пластика стабильны, не ржавеют.
• Бетон применяют некоторые развивающиеся страны. Они не имеют ограничений в сроках эксплуатации, специальные покрытия могут избавить от появления трещин.
• Кирпич используют Индия и Китай. Для этого применяется только хорошо обожженные изделия или кладут стены из бетонных блоков, камня.

Устанавливая оборудование из бетона, кирпича или камня необходимо позаботиться о внутренней огнеупорной отделке, устойчивой к органике и сероводороду.

К расположению конструкции следует отнестись с особой серьезностью, предусмотреть факторы:

• свободные площади
• удаленность от жилья
• складирование
• расположение коровников, свинарников, птичников
• грунтовые воды
• удобную загрузку, выгрузку материалов

Реакторы размещают:

• на поверхности с фундаментом
• заглубляют в грунт
• устанавливают внутри фермы

Устройства, действующие с помощью химической, биологической реакции, снабжены люками, через которые проводят периодические ремонтные работы. Резиновой прокладкой обеспечивают герметизацию, когда закрывают крышку. Теплоизоляция необходима, чтобы работы выполнять вне зависимости от сезона.
Утепляют сооружение подручными материалами с послойной обработкой внутренних поверхностей.

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

Приводились теоретические основы производства газа метана из биомассы путем анаэробного сбраживания.

Была объяснена роль бактерий в поэтапном преобразовании органических веществ с описанием необходимых условий для наиболее интенсивного получения биогаза. В данной статье будут приведены практические реализации биогазовых установок, с описанием некоторых самодельных конструкций.

Поскольку цены на энергоносители растут, и у многих собственников животноводческих ферм и малых хозяйств существуют проблемы с утилизацией отходов, появились в продаже промышленные комплексы по производству биогаза и небольшие биогазовые установки для частного дома. Пользуясь поисковиками, пользователь сети Интернет сможет легко найти доступное готовое решение, чтобы биогазовая установка и цена на нее соответствовали запросам, выйти на связь с поставщиками оборудования и договориться о постройке биогазового генератора у себя дома или на хозяйстве.

Промышленный комплекс по производству биогаза

Биореактор – основа биогазовой установки

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

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

Биореактор с плавающим куполом

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

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

Еще один пример биореактора с плавающим куполом

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

Разновидность биореактора с фиксированным куполом

Основные типы биогазовых установок

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

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

Пример порционного биореактора

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

Канальные биореакторы с эластичным газгольдером

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

Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером

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

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

Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь

Биогазовая установка своими руками

Следует заметить, что у большинства биореакторов, как правило, герметичной является только зона газообразования, а жидкая биомасса на входе и выходе пребывает под атмосферным давлением. Избыточное давление внутри биореактора вытесняет часть жидкого субстрата в патрубки, из-за чего уровень биомассы в них несколько выше, чем внутри емкости.

Красными линиями на схеме указана разница уровней в биореакторе и патрубках

Данные конструкции самодельных биореакторов являются популярными среди народных мастеров, которые самостоятельно изготавливают биогазовые установки своими руками для дома, допускающие многоразовую ручную загрузку и выгрузку субстрата. При изготовлении биореакторов своими руками многие мастера ставят эксперименты с полностью герметичными емкостями, применяя в качестве газгольдера несколько резиновых камер от шин колес крупной автотехники.

Рисунок газгольдера, сделанного из тракторных камер

На видео ниже энтузиаст самодельного производства биогаза на примере бочек, заполненных птичьим пометом, доказывает возможность реального получения горючего газа в домашних условиях, перерабатывая в полезное удобрение отходы из птичника. Единственное, что можно добавить к конструкции, описанной в данном видеоролике, так это то, что нужно поставить манометр и предохранительный клапан на самодельный биореактор.

Расчеты продуктивности биореактора

Количество биогаза определяется массой и качеством используемого сырья. В сети интернет можно найти таблицы, где указано количество отходов, производимых различными животными, но хозяевам, которым приходится каждый день убирать навоз, данная теория ни к чему, так как они благодаря собственной практике знают количество и массу будущего субстрата. Исходя из наличия возобновляемых каждый день запасов сырья, можно рассчитать требуемый объем биореактора и ежедневное производство биогаза .

Таблица получения количества навоза от некоторых животным с приблизительным расчетом выхода биогаза

После произведенных расчетов и утвержденной конструкции биореактора можно приступить к его постройке. Материалом может служить железобетонная емкость, залитая в земле, или кирпичная кладка, герметизированная специальным покрытием, которым обрабатывают бассейны.

Также возможна постройка основной емкости домашней биогазовой установки из железа, покрытого антикоррозионным материалом. Малые промышленные биореакторы часто делают из химически стойких пластиковых резервуаров большого объема.

Строительство биореактора из кирпичной кладки

В промышленных биогазовых установках применяются электронные системы контроля и различные реактивы для коррекции химического состава субстрата и его уровня кислотности, а также добавляются в биомассу специальные вещества – энзимы и витамины, стимулирующие размножение и жизнедеятельность микроорганизмов внутри биореактора. В процессе развития микробиологии создаются все более устойчивые и эффективные штаммы бактерий метаногенов, которые можно приобрести у занимающихся производством биогаза фирм.

Из графика видно, что с применением энзимов максимальный выход биогаза наступает в два раза быстрее

Необходимость в откачивании и очистке биогаза

Постоянная выработка газа в биореакторе любой конструкции приводит к необходимости откачивания биогаза. Некоторые примитивные биогазовые установки могут сжигать полученный газ прямо в горелке, установленной неподалеку, но нестабильность избыточного давления в биореакторе может привести к исчезновению пламени с последующим выбросом ядовитого газа . Применение такой примитивной биогазовой установки, подключенной к плите категорически недопустимо из-за возможности отравления ядовитыми компонентами неочищенного биогаза.

Пламя горелки при горении биогаза должно быть чистым, ровным и стабильным

Поэтому практически любая схема биогазовой установки включает в себя емкости для хранения газа и систему его очистки. В качестве самодельного комплекса очистки можно применить водяной фильтр, и самодельную емкость, наполненную металлической стружкой, или приобрести профессиональные системы фильтрации. Емкость для временного хранения биогаза может быть выполнена из камер от автошин, из которых газ время от времени откачивается компрессором в стандартные пропановые баллоны для хранения и последующего употребления.

В некоторых африканских странах для хранения и транспортировки биогаза используют надувные газгольдеры в виде подушки

Как альтернативу обязательному применению газгольдера можно воспринимать усовершенствованный биореактор с плавающим куполом. Усовершенствование состоит в добавлении концентрической перегородки, которая образует водяной карман, действующий наподобие гидрозатвора и не допускающий соприкосновения биомассы с воздухом. Давление внутри плавающего купола будет зависеть от его веса. Пропуская газ через систему очистки и редуктор, его можно использовать в бытовой плите, периодически стравливая из биореактора.

Биореактор с плавающим куполом и водяным карманом

Измельчение и перемешивание субстрата в биореакторе

Перемешивание биомассы является важной составляющей процесса образования биогаза, обеспечивая бактериям доступ к питательным веществам, которые могут сбиться в ком на дне биореактора. Чтобы частицы биомассы лучше перемешивались в биореакторе, их нужно измельчить механическим или ручным способом до загрузки в метантанк. В настоящий момент в промышленных и самодельных биогазовых установках применяются три способа перемешивания субстрата:

1. механические мешалки, приводимые в действие электродвигателем или вручную;
2. циркуляционное перемешивание при помощи насоса или гребного винта, перекачивающего субстрат внутри биореактора;
3. барботажное перемешивание при помощи продувки уже имеющимся биогазом жидкой биомассы. Недостатком данного способа является образование пены на поверхности субстрата.

Стрелкой указан перемешивающий циркуляционный винт в самодельном биореакторе

Механическое перемешивание субстрата внутри биореактора может осуществляться вручную, или автоматически, путем включения электродвигателя при помощи электронного таймера. Водоструйное или барботажное перемешивание биомассы может осуществляться только при помощи электродвигателей, управляемых вручную или при помощи программного алгоритма.

В данном биореакторе установлено механическое перемешивающее устройство

Подогрев субстрата в мезофильных и термофильных биогазовых установках

Оптимальной для газообразования является температура субстрата в пределах 35-50ºC. Для поддержания данной температуры в биореактор могут устанавливаться различные системы обогрева – водяные, паровые, электрические. Контроль температуры должен производиться при помощи термореле или термопар, подключенных к исполнительному механизму, регулирующему отопление биореактора.

Также нужно помнить, что открытое пламя будет перегревать стенки биореактора, и внутри его биомасса будет пригорать. Пригоревший субстрат понизит теплоотдачу и качество подогрева, а раскаленная стенка биореактора будет быстро разрушаться. Одним из лучших вариантов является водяной подогрев из обратной трубы системы отопления дома. Нужно установить систему электрических вентилей для возможности отключения подогрева биореактора или подключения обогрева субстрата напрямую от котла, если будет слишком холодно.

Электрическая и водяная система обогрева биореактора

Подогрев субстрата в биореакторе при помощи ТЭНов будет выгоден лишь в случае наличия альтернативного электричества, получаемого от ветрогенератора или солнечных батарей. В данном случае ТЭНы могут быть подключены напрямую к генератору или батарее, что исключит из схемы дорогие преобразователи напряжения. Чтобы снизить потери тепла и уменьшить расходы на подогрев субстрата в биореакторе нужно его максимально утеплить с помощью различных утеплителей.

Утепление биореактора термоизоляционным материалом

Практические опыты, неизбежные при постройке биогазовых установок своими руками

Сколько бы литературы не прочитал начинающий энтузиаст самостоятельного производства биогаза, и сколько бы видеороликов не пересмотрел, на практике многое придется познавать самому, и результаты, как правило, будут далеки от расчетных.

Поэтому, многие начинающие мастера идут по пути самостоятельных экспериментов по получению биогаза, начиная с малых емкостей, определяя, сколько газа из имеющегося сырья дает его небольшая экспериментальная биогазовая установка. Цены на комплектующие, выход метана и будущие расходы на постройку полноценной рабочей биогазовой установки будут определять ее рентабельность и целесообразность.

В приведенном выше видеоролике мастер демонстрирует возможности своей биогазовой установки, засекая, сколько биогаза получится за одни сутки. В его случае, при закачке в ресивер компрессора восьми атмосфер, объем получившегося газа после перерасчетов с учетом объема емкости 24л будет около 0,2 м².

Данный объем биогаза, полученный из двухсотлитровой бочки, не является значительным, но, как показано в следующем видео этого мастера, такого количества газа хватит на час горения одной конфорки плиты (15 мин умножить на четыре атмосферы баллона, который в два раза больше ресивера).

В другом видеоролике ниже мастер рассказывает о получении биогаза и биологически чистых удобрений путем переработки в биогазовой установке органических отходов. Нужно иметь в виду, что ценность экологических удобрений может превысить стоимость полученного газа, и тогда биогаз станет полезным побочным продутом процесса изготовления качественных удобрений. Еще одним полезным свойством органического сырья является возможность его хранения некоторый период для использования в нужное время.