Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.
Общие сведения о биогазе
Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.
Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:
Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.
Оставшаяся доля веществ (25-45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.
Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.
Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.
Технология получения биогаза
Суть эффективного производства - ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе - генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.
Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.
Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.
Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.
Схема биогазовой установки
Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.
Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:
- герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
- организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
- установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
- предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.
Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:
1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.
Как получить биогаз в домашних условиях?
Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.
Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:
Заключение
Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.
Современное общество все чаще старается применять альтернативные источники электрической энергии, это помогает справляться с проблемой ресурсосбережения в мире, а также позволяет минимизировать издержки на тот или иной вид работ. Для достижения своих целей человек приноровился применять энергию природных стихий: воды, ветра, почвы, солнца, и в дополнение использовать нестандартные виды топлива, которые с легкостью заменяют традиционные.
Биогазовая установка для дома позволит вам своими силами получать источник производимой энергии – биогаз. Данное топливо найдет свое применение в обычной жизни любого человека. Разберемся, в чем основные преимущества такой конструкции, в каких целях она может эксплуатироваться, и как сделать простейшую биогазовую установку своими руками.
Область применения
Для чего же применяется такое устройство? Для производства экологического топлива, биогаза, которое может применяться и в фермерском хозяйстве, и в быту, и на предприятиях.
Биогаз может применяться для выработки тепла, электроэнергии, в качестве автомобильного топлива. Комплектация и наполнение установки имеет множество вариаций исполнения, в зависимости от необходимой для каждого конкретного случая мощности, вида используемого первичного сырья и получаемого конечного продукта. В сети интернет можно изучить различные фото биогазовых установок, отличающихся друг от друга теми или иными параметрами.
Принцип работы биогазовой установки предельно понятен, поэтому её применение допустимо всегда и везде. Главный фактор, оказывающий влияние на необходимость и целесообразность обустройства агрегата на определенном месте – обеспеченность достаточным для работы объемом органического сырья, которое понадобится в процессе.
Как работает
Для того чтобы понять принцип действия, необходимо разобраться с устройством биогазовой установки. Стандартный агрегат включает в себя такие узлы, части и детали:
- ёмкость для первичного органического сырья;
- размельчители слишком крупного материала (различные миксеры, мельницы), позволяющие получить более мелкие фракции сырья;
- газгольдер – ёмкость, в которой накапливается вырабатываемый биогаз;
- резервуар, ёмкость, реактор, где осуществляется процесс выработки топлива;
- трубки, по которым первичное сырье доставляется в резервуар производства биотоплива;
- система, позволяющая передать биогаз из резервуара в газгольдер и на следующие этапы переработки;
- автоматизированные системы, система безопасности и контроля над осуществляемым процессом.
Чтобы более подробно ознакомиться с устройством агрегата, можно изучить схемы и чертежи биогазовых установок, на которых будет наглядно отображены все составляющие и комплектующие оборудования.
Принцип действия базируется на брожении и последующем разложении начального сырья (в виде которого могут выступать различные сельскохозяйственные или производственные отходы, например, навоз, продукты лесопереработки) в биореакторе установки. Этот процесс происходит под воздействием специальных бактерий.
По итогу осуществляемых в резервуаре процессов вырабатывается биогаз, состоящий из метана, сероводорода, CO2, аммиака, N и т.д.
Основные этапы процессов, протекающих в устройстве:
- поступление органического сырья в ёмкости;
- измельчение и дальнейшая транспортировка загруженных отходов в реактор, одновременный подогрев биомассы;
- начало процесса разложения в герметичном биореакторе, идеальная температура для его работы: + 40 градусов по Цельсию;
- образование биогаза (в газгольдере) и биоудобрения (в специальной отдельной емкости реактора);
- поступление биогаза в систему очистки и дальнейшее его целевое использование человеком (для потребления в быту, получения тепловой или электроэнергии);
- использование биоудобрения из реактора по его прямому назначению.
Как сделать самостоятельно
Биогазовую установку для фермерского хозяйства или бытового использования по силам смастерить человеку, имеющему необходимый инструмент, знания сантехники и начальные навыки в работе со сваркой.
Последовательность осуществляемых действий будет такова:
- изготовление корпуса биореактора, который используется для осуществления брожения (ёмкость может быть выполнена из металла либо бетона);
- монтаж крышек сверху резервуара, отверстий в боковых стенах, необходимых для загрузки и, соответственно, выгрузки сырья;
- установка газгольдера;
- сооружение трубопровода от газгольдера к месту потребления конечного продукта (эта конструкция должна включать в себя вентили и защитные элементы – различные задвижки, клапаны и т.д.).
Обустройство биогазовой установки на даче, в загородном доме, фермерском хозяйстве, на производстве позволит получить не только экономическую выгоду, но и добиться других положительных результатов деятельности, а именно в экологическом и энергетическом аспектах.
Используя такое устройство, потребитель не только получит экологически чистое топливо, несколько видов энергии и биологического удобрения, но и существенно снизит альтернативные издержки, которые могли бы быть понесены при отсутствии такого агрегата.
Фото биогазовой установки
Биогазовая установка – это специальный агрегат, который позволяет перерабатывать отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности в биологические удобрения и биологический газ.
Использование подобной установки позволяет в кратчайшие сроки избавляться от навоза различных видов (включая птичий помет), перерабатывать остатки растений (перезимовавший силос, ботву пищевых культур и т.п.) и качественно утилизировать органические отходы скотобойни и птицефабрики. Время получения биологических отходов и газа, зависит от плотности перерабатываемых материалов и их количества.
Наибольшее распространение подобные установки получили в таких странах, как Германия и Голландия. В последние годы огромное количество китайских фермерских хозяйств и пищевых производств, также оснащаются биогазовыми установками собственного производства.
Устройство биогазовой установки. Следует сказать, что биогазовые установки имеют весьма простую конструкцию. Современные модели таких установок имеют достаточную степень автоматизации, и требуют минимальный контроль со стороны человека. Итак, современная биогазовая установка состоит из:
- Переходная емкость, в которую попадает сырьё в самом начале переработки для подогрева.
- Миксеры, для измельчения крупных частиц травы и навоза.
- Емкость для газа (газгольдер), в которой хранится полученный газ, необходима для поддержания запасов и давления в системе.
- Биореактор, самая главная часть биогазовой установки, в которой происходит брожение сырья и вырабатывается газ.
- Газовая система, набор труб и шлангов подачи и отвода полученного газа.
- Сепараторы сортируют переработанное сырьё на твёрдые и жидкие удобрения.
- Насосы для перекачки сырья и воды.
- Приборы измерения и контроля за давлением в реакторе и температурой подогревающей жидкости.
- Когенерационная станция, служит для распределения полученного газа.
- Аварийные горелки для стравливания лишнего газа из реактора и газгольдера, необходимы для поддержания заданного давления.
На первый взгляд кажется, что устройство биогазовой установки чересчур сложное и запутанное, а в состав ее входят дорогостоящие агрегаты и компоненты. Однако, на самом деле это далеко не так. Большинство компонентов имеют грозные названия, но на самом деле в их основе лежат обыденные предметы. В любом случае, подобные конструкции уже много лет используются людьми по всему миру, а значит, с принципом работы установки можно разобраться без всякого труда.
Принцип работы биогазовой установки. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению принципа работы биогазовой установки, следует сказать, что появилось данное устройство исключительно благодаря процессам брожения и разложения. Как известно, любое органическое вещество (с течением времени и при соответствующих условиях) распадается на простейшие химические вещества, одним из которых и является биогаз. Именно на принципах брожения и распада создается любая биогазовая установка, а дополнительные узлы и агрегаты имеют вспомогательные либо контролирующие функции.
Этапы работы биогазовой установки.
- 1. Доставка продуктов переработки и отходов в установку. В том случае, если отходы жидкие их целесообразно доставлять в реактор с помощью специализированных насосов. Более твердые отходы могут доставляться в реактор вручную, либо по средствам транспортной ленты. В некоторых случаях целесообразно подогреть отходы, дабы увеличить их скорость брожения и распада в биореакторе. Для подогрева отходов используется переходная емкость, в которой продукты переработки доводятся до нужной температуры.
- 2. Переработка в реакторе. После переходной емкости, подготовленные (и подогретые!) отходы попадают в реактор. Качественный биореактор представляет собой герметичную конструкцию, изготовленную из особо прочной стали, либо из бетона, имеющего специальное, антикислотное покрытие. В обязательном порядке, реактор должен иметь идеальную тепловую и газовую изоляцию. Даже малейшее попадание воздуха или снижение температуры повлечет остановку процесса брожения и распада. Подогрев реактора осуществляется с помощью трубок с горячей водой. Система автономна. Нагрев воды происходит с помощью вырабатываемого биогаза. Реактор работает без доступа кислорода, в полностью замкнутой среде. Несколько раз в день, с помощью насоса в него можно добавлять новые порции перерабатываемого вещества. Оптимальный температурный режим реактора – около 40 градусов Цельсия. Если температура меньше, то процесс брожения существенно замедлится. Если увеличить температуру, то произойдет быстрое испарение воды, что не позволит отходам полностью распасться. Для того, чтобы ускорить процесс брожения используется специальный миксер. Данное устройство перемешивает субстанцию в реакторе через определенный промежуток времени.
- 3. Выход готового продукта. По истечению определенного времени (от нескольких часов, до нескольких дней) появляются первые результаты брожения. Это биогаз и биологические удобрения. В итоге получившийся биогаз попадает в газгольдер (бак для хранения газа). Давление газа в газгольдеры регулируется с помощью клапанов. В случае чрезмерного давления будут задействованы аварийные горелки, которые попросту сожгут лишний газ, и тем самым стабилизируют давление. Получаемый биогаз нуждается в усушке. Лишь после этого его можно использовать, как обычный природный газ. Отдельно следует сказать, что для поддержания работы биогазовой установки требуется около 15% получаемого газа. В свою очередь биологические удобрения попадают в специально подготовленный бак с сепаратором. Происходит разделение на твердые (биогумус) и жидкие удобрения. Биогумус составляет всего лишь около 5% от общего количества получаемых удобрений. Собственно, удобрения сразу могут быть использованы по назначению. Дополнительной переработки они не требуют. Более того, в Европе существуют целые поточные линии, которые запаковывают полученные биологические удобрения в пластиковые емкости. Торговля подобными удобрениями – достаточно прибыльный бизнес. Работа биогазовой установки непрерывна. Выражаясь проще, в реактор постоянно попадают новые порции перерабатываемого материала, а в газгольдер и сепараторный бак также постоянно попадает газ и биологические удобрения.
Эксплуатация и монтаж биогазовой установки. Монтаж биогазовой установки строго индивидуален. Нельзя просто привезти и собрать вместе все компоненты. Необходимо провести целый ряд подготовительных работ, выкопать несколько крупных котлованов, осуществить качественную изоляцию реактора. Следует учесть все индивидуальные особенности фермерского хозяйства или предприятия, и сделать биогазовую установку актуальной под конкретные задачи. Следить за биогазовой установкой сможет один человек, так как процесс переработки полностью автоматизирован. Эксплуатация установки не требует больших расходов. При хорошем присмотре и своевременном сервисном обслуживании ежегодные затраты на содержание такой установки не превысят 5% ее первоначальной стоимости.
Преимущества использования биогазовой установки. Биогазовая установка по-настоящему волшебное устройство, которое позволяет получать из отходов производства и навоза, действительно необходимые вещи. В частности, можно получить:
- Биогаз
- Биологические удобрения
- Электрическую и тепловую энергию
- Топливо для автомобилей.
Для того, чтобы преобразовывать биогаз в электрическую и тепловую энергию необходимо оснастить установку дополнительными агрегатами. Это увеличивает стоимость самой установки, но позволяет добиться значительной автономии от коммунальных служб, и существенно сократить оплачиваемые счета. Если в автомобиле установлено газовое оборудование, то его можно заправлять газом, которой вырабатывается биогазовой установкой. Естественно, биологический газ потребует дополнительной очистки, которая позволит отфильтровать углекислый газ. После этого автомобиль сможет ездить на газе, который вырабатывается биогазовой установкой. Это помогает значительно экономить на покупке бензина, что при нынешних ценах на топливо очень выгодно.
Кому необходима биогазовая установка?
Как уже было сказано выше, биогазовая установка – технически сложное устройство, которое требует профессионального монтажа и своевременного сервисного обслуживания.
Поэтому мелкому фермеру, хозяйство которого состоит из десятка коров и нескольких гектаров земли, такая техника определенно не нужна. У него попросту нет такого количества навоза, и прочих удобрений, чтобы заставить биогазовую установку работать круглосуточно и приносить значительный доход. И совсем другое дело, если речь зайдет о крупном фермерском хозяйстве, птицефабрике или мясокомбинате. Данные производства ежедневно генерируют сотни килограммов разнообразных отходов, которые попросту некуда девать. Для них покупка биогазовой установки чуть ли не единственный способ решить проблему утилизации отходов, и при этом получать бесплатный газ, электричество и биологические удобрения.
Как показывает практика, подобные биогазовые системы, начинают себя окупать уже через 2 года после установки. Учитывая, что средний срок службы установки – 25 лет, то не сложно подсчитать прибыль, которую принесет подобное оборудование.
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.
Биогаз - это газ, добываемый брожением биомассы. Таким способом можно получить водород или метан. Нас интересует именно метан, как альтернатива природному газу. Метан не имеет цвета и запаха и легко воспламеняется. Учитывая, что сырье для получения биогаза находится буквально под ногами, себестоимость такого газа существенно меньше природного, и на этом можно хорошо сэкономить. Вот цифры из Википедии "Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % - можно получить из жира.", "На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза."
Инструменты и материалы:
-Пластиковая емкость 750 литров;
-Пластиковая емкость 500 литров;
-Сантехнические трубы и переходники;
-Цемент для ПВХ-труб;
-Эпоксидный клей;
-Нож;
-Ножовка;
-Молоток;
-Ключи рожковые;
-Газовая арматура (подробно в шаге 7);
Шаг первый: еще немного теории
Некоторое время назад, мастер сделал прототип биогазовой установки.
И его засыпали вопросами и просьбами помочь со сборкой. В итоге установкой заинтересовались даже власти штата (мастер проживает в Индии).
Следующим шагом мастеру пришлось сделать более полноценную установку. Рассмотрим, что она из себя представляет.
-Установка состоит из резервуара-хранилища, в котором хранится органический материал, и микроорганизмы перерабатывая его, выделяют газ.
-Полученный таким образом газ собирается в резервуаре, известном как газовый коллектор. В модели с плавающим типом этот резервуар плавает в суспензии и перемещается вверх и вниз в зависимости от количества газа, хранящегося в нем
-Направляющая труба помогает резервуару коллектора газа перемещаться вверх и вниз внутри резервуара-накопителя.
-Отходы подаются через подающую трубу внутри бака-накопителя.
-Полностью переработанная суспензия стекает через выпускную трубу. Её можно собирать, разбавлять и использовать в качестве удобрения для растений.
-Из газового коллектора газ по трубе подается к приборам потребления (газовые плиты, колонки, генераторы)
Шаг второй: выбор емкости
Для выбора емкости нужно учитывать сколько отходов можно собрать за день. По словам мастера есть правило, где на 5 кг отходов нужна емкость 1000 литров. У мастера это примерно 3,5 - 4 кг. Значит емкость нужна 700-800 литров. В итоге мастер приобрел емкость 750 литров.
Установка с плавающим типом газового коллектора, значит нужно подобрать такую емкость, что бы потери газа были минимальны. Для этих целей подошел резервуар на 500 литров. Эта 500 литровая емкость будет перемещаться внутри 750 литровой. Расстояние между стенками двух емкостей около 5 см с каждой стороны. Емкости нужно выбирать, которые будут стойки к солнечному свету и агрессивной среде.
Шаг третий: подготовка резервуара
Срезает верхнюю часть с меньшего резервуара. Сначала ножом делает отверстие, затем пропиливает ножовочным полотном по линии среза.
Верхнюю часть 750 литровой емкости, тоже нужно срезать. Диаметр срезаемой части крышка меньшего бака + 4 см.
Шаг четвертый: подающая труба
В нижней части большего резервуара нужно установить входную трубу. Через нее внутрь будет засыпаться биотопливо. Труба имеет диаметр 120 мм. Вырезает в бочке отверстие. Устанавливает колено. С обеих сторон фиксирует соединение эпоксидным клеем типа "холодная сварка".
Шаг пятый: труба для слива суспензии
Для сбора суспензии в верхней части большего резервуара устанавливает трубу диаметром 50 мм и длиной 300 мм.
Шаг шестой: направляющие
Как вы уже поняли, внутри большой емкости будет свободно "плавать" меньшая. По мере заполнения внутреннего бака газом он будет притапливаться и наоборот. Для его свободного перемещения вверх-вниз, мастер делает четыре направляющих. В "ушах" делает вырезы под 32 мм трубу. Закрепляет трубу как показано на фото. Длина трубы 32 см.
На внутренней емкости тоже крепятся 4 направляющих из 40 мм трубы.
Шаг седьмой: газовая арматура
Подача газа делится как бы на три участка: от газового коллектора до трубы, от трубы до баллона, от баллона до газовой печки.
Мастеру нужно три трубы по 2,5 м с резьбовыми наконечниками, 2 крана, уплотнительные прокладки, резьбовые переходники, ФУМ - лента и скобы для крепления.
Для установки газовой арматуры мастер в верхней части (бывшей нижней, т.е. 500 литровый баллон переворачивается "вверх ногами") по центру делает отверстие. Устанавливает арматуру, место соединения герметизирует эпоксидкой.
Шаг восьмой: сборка
Теперь нужно установить емкость на ровную твердую поверхность. Место установки должно быть максимально солнечным. Расстояние между установкой и кухней должно быть минимальным.
Устанавливает внутрь направляющих трубок трубки меньшего диаметра. Трубу для слива излишней суспензии удлиняет.
Удлиняет входную трубу. Соединение фиксирует с помощью цемента для ПВХ-труб.
Устанавливает вовнутрь большого резервуара газовый накопитель. Ориентирует его по направляющим.
Шаг девятый: первый запуск
Для первоначального запуска биогазовой установки такого Для такого объема нужно около 80 кг коровьего навоза. Навоз разводится 300 литрами нехлорированой воды. Так же мастер добавляет специальную добавку для ускорения роста бактерий. Добавка состоит из концентрированного сока сахарного тростника, кокоса и пальмы. По-видимому, это что то, типа дрожжей. Заливает эту массу через входную трубу. После заливки входную трубу нужно промыть и установить заглушку.
Через пару дней газовый накопитель начнет подниматься вверх. Это начался процесс газообразования. Как только накопитель будет заполнен, образовавшийся газ нужно стравить. Первый газ содержит много примесей, да и в накопителе был воздух.
Шаг десятый: топливо
Процесс газообразования запущен и теперь нужно разобраться, что можно, а что нельзя использовать в качестве топлива.
Итак, для топлива подойдут: гнилые овощи, очистки овощей и фруктов, негодные молочные продукты, пережаренное масло, сорняки порезанные, отходы жизнедеятельности домашнего скота и птицы и т.д. Множество негодных отходов растительного и животного мира можно использовать в установке. Куски нужно измельчать, как можно мельче. Это ускорит процесс переработки.
Нельзя использовать: очистки лука и чеснока, яичную скорлупу, кости, волокнистые материалы.
Теперь разберем вопрос о кол-ве загружаемого топлива. Как уже было сказано, на такую емкость нужно 3,5 - 4 кг топлива. Переработка топлива занимает от 30 до 50 дней, в зависимости от вида топлива. Каждый день добавляя по 4 кг топлива, в течении 30 дней из него будет вырабатываться ежедневно около 750 г газа. Переполнение установки приведет к переизбытку топлива, кислотности и недостатке бактерий. Мастер напоминает, что по правилам, на 1000 л объема необходимо 5 кг топлива ежедневно.
Шаг одиннадцатый: плунжер
Для облегчения загрузки топлива мастер изготовил плунжер.