Генератор биогаза бытовой. Биогазовая установка своими руками. Что можно перерабатывать

Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50 o C).

Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.

Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.

Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30 o C. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:

Термофильные установки с температурой от +43 o C до +52 o C являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50 o C требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.

Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.

Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.

Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.

Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок

Схемы самодельных биогазовых установок

Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.

Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.

Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.

Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.

Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.

Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.

Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.

В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.

Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.

С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.

Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.

Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.

Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.

Расчет объема бункера для переработки

Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.

Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны

Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.

Юридическое оформление

Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:

• Технологическая схема установки.
• План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
• Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.

Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.

Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м 3 навозной жижи дадут в сутки 80 м 3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м 3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м 3 . В чистом остатке у вас 46 м 3 в день. И это при небольшой установке.

Итоги

Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.

Возрастающая популярность альтернативных методов получения тепловой и электрической энергии привела к желанию многих владельцев загородных домов и коттеджей получить определенную автономию от внешних поставщиков энергии. Тем более, что «покупная» энергия проявляет постоянную тенденцию к повышению цены, и содержание загородного хозяйства с каждым днем обходится все дороже. Установка для получения биогаза является отличной альтернативой для внешних энергетических источников. Как минимум, она может обеспечить дом горючим газом для плиты, а при повышении мощности (если в наличии имеется достаточно своих или покупных отходов) – обеспечить и отопление, и электроэнергию как для дома, так и для всего приусадебного хозяйства.

Кому нужны биогазовые установки

Биогазовые установки используются для получения горючих газов из биологического сырья. Так что нужны они везде, где требуется использовать горючие газы. То есть, для получения тепловой и электрической энергии.
В первую очередь биогазовые установки необходимы для тех хозяйств, где имеется много сырья в виде биологических отходов. Таким образом можно не только сделать производство безотходным, но и значительно повысить его рентабельность – за счет самостоятельного производства энергии, отсутствия затрат на приобретение как тепловой, так и электрической энергии.

Владимир Рашин, конструктор биогазовой установки и фермер из Перми, на собственном опыте доказал, что аграрное производство, самостоятельно утилизирующее отходы с помощью соответствующего устройства, полностью обеспечивает свои потребности в тепловой и электрической энергии, а также в горючем газе. В его перепелином хозяйстве биогаз используется для обогрева помещений (как жилых, так и подсобных и производственных), для выработки электроэнергии, в кухонных плитах, а также для заправки автотранспорта – все автомобили фермы Рашина работают на биогазе. В данном случае основным сырьем для биогазовой установки является перепелиный помет. На выходе, кроме биогаза, получается еще и органическое удобрение, которое тоже приносит ферме дополнительный доход.

Биогазовые установки, подобные установке Владимира Рашина, могут значительно повысить рентабельность любого сельскохозяйственного производства. В качестве сырья для получения биогаза может быть использован не только навоз, но и различные отходы деревообрабатывающих производств (кора, опилки и так далее), и практически любые органические вещества.

Кроме того, биогазовые установки могут использоваться и в загородных домах и коттеджах, даже при отсутствии у таких хозяйств фермерской направленности. Бытовых отходов любого хозяйства будет достаточно, чтобы обеспечить сырьем индивидуальную биогазовую установку, и если не обеспечить хозяйство полностью тепловой и электрической энергией, то по крайней мере снизить затраты на приобретение такой энергии. К тому же, кроме бытовых отходов в любом загородном хозяйстве имеются еще и отходы с приусадебного участка (сорняки, обрезки веток и так далее). Ну а обеспечить горючим газом кухонную плиту можно даже с помощью мини-биогазовой установки в дачных условиях.

Принцип получения биогаза

Получение биогаза осуществляется путем анаэробного (то есть, без доступа кислорода) сбраживания биомассы, которое обеспечивается специальными бактериями. В процессе участвуют три вида бактерий: гидролизные, кислотообразующие и метанобразующие.

Биогазовая установка состоит из нескольких частей (емкостей). Сначала сырье поступает в предварительную емкость, где тщательно перемешивается и измельчается (в случае твердой фракции) до однородной массы. Затем измельченное сырье поступает в реактор (емкость, где осуществляется непосредственно брожение биомассы).

Реактор обычно изготавливается из железобетона, обладающего кислотоустойчивостью. Эта емкость полностью герметична. Для того, чтобы ускорить процесс брожения, жидкость в емкости подогревается и перемешивается. Чаще всего для обогрева реактора используется когенерационная установка – в такой установке необходимо охлаждение теплоэлектрогенератора, и отведенное тепло поступает в реактор. Также тепло может поступать от специального водогрейного котла.

После того, как процесс брожения завершен, из реактора выработанный газ поступает в газгольдер, где выравнивается давление, а затем биогаз поступает уже в теплоэлектрогенератор (газовый или дизель-газовый), в результате чего и производится тепловая или электрическая энергия.

Кроме биогаза в реакторе оседает твердая фракция – органические удобрения, которые затем могут быть использованы на полях. Также из реактора получают жидкие удобрения – после выделения газа. И жидкие, и твердые удобрения являются концентрированными, и активно используются в сельском хозяйстве.

Промышленные биогазовые установки имеют автоматическое управление. Автоматика отвечает и за поступление сырья в установку, и за перемешивание, контролирует температуру, работу генератора и так далее. Также подобные установки оснащаются аварийными факельными устройствами – на случай остановки двигателя, тогда газ просто сжигается. Кроме того, нередко промышленные биогазовые установки оснащаются линией для упаковки жидких удобрений, в этом случае удобрения разливаются в небольшие (до 1 л) бутылки.

Индивидуальная биогазовая установка

Принцип работы индивидуальной биогазовой установки такой же, как и у промышленной. Правда, мини-установки редко оснащают автоматическими устройствами для перемешивания субстрата и прочей автоматикой – из-за значительного удорожания бытовой установки при такой комплектации. Чаще всего в этих установках имеются только устройства контроля температуры, работы генератора и так далее, а все обслуживание мини-биогазовой установки осуществляется вручную.

Бытовые биогазовые установки применяются в основном для производства горючего газа для кухонных нужд, если в хозяйстве не имеется животноводческой или растениеводческой направленности. Однако, все больше проявляется тенденция к использованию мини-установок для обеспечения загородных домов и коттеджей полным энергетическим комплексом, то есть, не только «кухонным» газом, но и тепловой, и электрической энергией. Причем, это уже не зависит от наличия в хозяйстве крупного или мелкого скота, сырье для домашних биогазовых установок просто приобретается в ближайшем хозяйстве. Это может быть как навоз, так и отходы деревообрабатывающих производств.

Биогазовая установка своими руками

Строительство биогазовых установок, даже мини, для бытовых нужд, обходится недешево. И, хотя сроки окупаемости такого оборудования относительно невелики (5-7 лет), далеко не каждый хозяин готов или имеет возможность вложить необходимую сумму. Да, плюсы очевидны: через непродолжительное время с помощью мини-биогазовой установки можно получить практически полную автономию от покупных источников энергии, перевести свое хозяйство на самообеспечение, да еще и иметь в качестве дополнительных бонусов бесплатные удобрения. Однако, платить деньги нужно сегодня, а плюсы проявятся только через несколько лет. Поэтому многие владельцы загородных домов и коттеджей задаются вопросом: как сделать биогазовую установку самостоятельно?

Мини-биогазовая установка не так и сложна, и с ее сооружением вполне можно справиться. При этом экономится существенная сумма. К тому же, имеются проекты биогазовых установок, использующие подручные средства и материалы (например, с реактором-колоколом, причем, колокол может быть изготовлен из резины, и так далее). То есть, самодельные установки про производству биогаза – это приобретение желаемых бонусов за минимальные деньги.

При строительстве биогазовой установки необходимо произвести точный расчет – какова должна быть ее производительность. Для этого следует учесть всех желаемых потребителей биогаза (например, кухонную плиту, автомобильную технику и так далее). Если биогаз планируется использовать для получения электрической и/или тепловой энергии, то расчет должен включать в себя всех потребителей энергии. На основании расчета создается проект биогазовой установки.

Самодельные установки для производства биогаза широко представлены в Интернете. Можно найти и образцы расчетов, и чертеж устройства, и подробное описание. Огромный выбор устройств позволит изготовить как сложную установку с несколькими камерами, так и упрощенный вариант (например, такое простое устройство, как выгребная яма, накрытая резиновым колоколом с приспособлением для отвода газа). Каждый желающий сможет выбрать самодельную установку в соответствии со своими желаниями, возможностями и умениями. Особенно полезны в этом случае описания, сопровождаемые пошаговыми фотографиями или видео.

Изготовление биогазовой установки своими руками позволяет сэкономить до 50% стоимости устройства, что значительно ускоряет окупаемость оборудования. К тому же, изготовление для начала самой простой установки, позволяет оценить необходимость такого оборудования в хозяйстве, а также вкладывать деньги постепенно, что для многих значительно легче, чем сразу заплатить всю нужную сумму.

Как работает биогазовая установка?

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

Особенности переработки органических отходов в приусадебных биоустановках. Переработка органических отходов без доступа кислорода - высокоэффективный способ получения качественных органических удобрений и экологически чистого энергоносителя, которым является биогаз. Причем такой способ переработки отходов - абсолютно безопасный для окружающей среды.

Биогаз - это газ, который приблизительно на 60 % состоит из метана и на 40 % из углекислого газа (СО 2). Разнообразные виды микроорганизмов метаболизируют углерод из органических субстратов в безкислородных условиях (анаэробный) (табл.4).

Это процесс так называемого гниения или безкислородного брожения.

Метановое сбраживание - это сложный анаэробный процесс (без доступа воздуха), который происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов и сопровождается рядом биохимических реакций. Температура сбраживания составляет 35 °С (мезофильный процесс) или 50°С (термофильный процесс). Этот метод стоит оценивать как локальное природоохранное мероприятие, которое в то же время улучшает и энергетический баланс хозяйства, поскольку при этом можно организовать малоотходное энергосберегающее хозяйство.

Во время переработки жидкого навоза влажностью до 90-91 % в установке метанового сбраживания получают три первичных продукта: обезвоженный шлам, биогаз, жидкие стоки. Обезвоженный шлам не имеет запаха, не содержит патогенной микрофлоры, всхожесть семян сорняков сведено к нулю. В целом обезвоженный шлам - это высококонцентрированное обеззараженное дезодорированное органическое удобрение, пригодное для непосредственного внесения в грунт. Он используется и как сырье для производства биогумуса. Метановое сбраживание позволяет повысить качество субстрата. Это происходит за счет того, что во время метанового брожения без доступа кислорода аммиачный азот переходит в аммонийную форму, что в дальнейшем, в процессе аэробной ферментации, обеспечивает уменьшение потерь азота. Полученный на основе сброженного навоза и помета субстрат способствует увеличению урожайности сельскохозяйственных культур на 15-40 %.

С 1920 года биогаз широкомасштабно получали из канализационных сточных вод. В европейских городах с 1937 года городские парки грузовиков начали переоборудовать для работы на биогазе. Во время второй мировой войны и в послевоенное время исследовалось и пропагандировалось производство биогаза из органических отходов. Из-за снижения стоимости нефти развитие биогазовых технологий в 60-х годах прекратилось. В странах, которые развиваются, приобрели распространения простые биогазовые установки. В Китае уже созданы миллионы таких установок - "приусадебного"типа. В Индии построено около 70 млн. установок. В развитых странах после кризиса 1973 года получили распространение крупнообъемные биогазовые установки. Появилась возможность быстро сбраживать канализационные стоки в анаэробных фильтрах при относительно низкой температуре брожения.

Среди многообразия биогазовых установок, которые сегодня работают во многих странах мира, встречаются установки с объемом реактора от нескольких до нескольких тысяч кубометров. Условно их можно разделить на:

Малые, или приусадебные - объем реактора до 20 м3;

Фермерские - 20-200 м3;

Средние - 200-500 м3;

Большие - свыше 500 м3

Преимущества биогазовых установок:

Агрономические - возможность получать высокоэффективные органические удобрения;

Энергетические - производство биогаза;

Экологические - обезвреживание негативного влияния отходов на окружающую среду;

Социальные - улучшение бытовых условий, что особенно актуально для жителей сельской местности.

Во многих странах широкомасштабно используют потенциал, который дает такой способ переработки отходов. К сожалению, в Украине еще и сейчас он остается несколько экзотичным и на практике применяется в единичных случаях, в частности для анаэробной переработки органических отходов на удобрение, что актуально в нынешних условиях. Даже энергетический кризис не стимулировал развитие этой технологии получения энергии, тогда как в некоторых странах, например Индии и Китае, уже длительное время действуют национальные программы переработки отходов в биоустановках. Весомый процент энергетических потребностей во многих странах Европы обеспечивает именно эта технология, а в Англии еще до 1990 года планировалось обеспечивать сельское население газом "собственного производства".

Рис 41. Биогазовая установка Рис 42. Индийская

в Эфиопии биогазовая установка

Не отбрасывая значение крупнообъемных установок, стоит обратить пристальное внимание на преимущества малых биогазовых установок. Они дешевые, доступные для строительства индивидуальным и промышленным способами, простые и безопасные в обслуживании, а продукты переработки в них органических отходов - биогаз и высококачественные органические удобрения - можно использовать непосредственно на потребности фермерского хозяйства без расходов на их транспортировку.

К преимуществам малых биогазовых установок следует отнести доступность местных материалов для сооружения установки, возможность обслуживания силами владельца, отсутствие потребности в учете, транспортировке на далекие расстояния и подготовке к использованию биогаза.

Небольшие биогазовые установки имеют и определенные недостатки, сравнительно с большими. Здесь тяжелее автоматизировать и механизировать процессы подготовки субстрату и работу самих установок, проблематичным является измельчение субстрату, его подогрев, загрузка и разгрузка, хранение до и после обработки, которая предопределяет потребность в емкостях для складирования ферментированных отходов. Кроме того, чтобы довести субстрат до необходимой для ферментации концентрации, следует иметь еще одну емкость и определенное количество воды. Для уменьшения затрат воды стоит предусмотреть возможность ее повторного использования. Возникают проблемы и с обезвоживанием ферментированной массы. Чаще всего узлы, которые используются для механизации работ (измельчение, смешивание, подогрел, подача продуктов переработки и тому подобное) на больших установках, непригодны к применению на малых из-за своих технических параметров и высокой стоимости.

Приусадебные установки производят небольшие объемы биогаза, потому более сложно организовать процессы его обезвоживания и очистки от примесей негорючих составляющих.

К проблемам эксплуатации малых биогазовых установок следует отнести неравномерность процесса получения биогаза в разные времена года. В летний период эксплуатации проблемы возникают из-за того, что на подогрев субстрата при наличии газового нагревателя будет тратиться меньше биогаза собственного производства, его товарное количество будет большим чем в зимний период. Летом, когда животных выгоняют на пастбище, уменьшается и количество отходов - сырья для работы биореактора. В составе таких установок нецелесообразно предусматривать узлы для значительного накопления биогаза - когда газа будет производиться больше чем нужно для хозяйства, его придется просто выпускать в атмосферу.

Но невзирая ни на что, анаэробная переработка органических отходов - высокоэффективный и выгодный способ получения качественных органических удобрений и экологически чистого энергоносителя. Малые приусадебные биогазово-гумусные установки с реактором до 20 м3 можно рекомендовать к установке практически на каждом сельском дворе, где накапливаются органические отходы.

Среди основных современных тенденций развития биогазовых технологий можно выделить такие:

Сбраживание поликомпонентных субстратов;

Применение "сухого" типа анаэробной ферментации для производства биогаза из энергетических растительных культур;

Создание централизованных биогазовых станций большой производительности и тому подобное.

Существуют четыре основных типа реализации технологии анаэробного сбраживания, а именно: крытые лагуны и метантанки, работающие в режиме реактора-смесителя и реактора с носителем биомассы. Техническая и экономическая целесообразность применения того или иного типа зависит, главным образом, от влажности субстратов и климатических условий в районе расположения биогазовой установки. Тип примененного биореактора отражается на общей длительности процесса метанизации.

Крытые лагуны целесообразно применять в условиях теплого и умеренного климата - для жидких навозных стоков, которые не содержат включений со значительной гидравлической крупностью. Такие реакторы специально не обогреваются, а потому их считают не интенсивными. Длительность распада органического вещества к стабилизации отходов значительно превышает аналогичную в реакторах с интенсивным режимом сбраживания.

К реакторам с интенсивным режимом сбраживания относят обогревающиеся реакторы разных типов. Существуют два принципиальных отличия между конструкциями таких реакторов, которые зависят от характеристики сбраживаемых субстратов. В реакторах первого типа сбраживают преимущественно субстраты с доминированием жидких навозных отходов. Самый распространенный тип таких реакторов - цилиндрические бетонные или стальные с центральной колонной, перекрытые эластичной мембраной, которая служит для герметизации сооружения и накопления образуемого биогаза. Такие реакторы работают по принципу полного смешивания, когда каждая свежая порция смеси исходных субстратов смешивается со всей сбраживаемой массой реактора. Принципиальная конструкция таких реакторов отображена на рисунке 43.

Рис.43 . Вертикальный тип метантанка

2 - перелив субстрата;

3 - помпа подачи воздуха;

4 - теплоизоляция метантанка;

5 - центральная колонна, которая поддерживает мембрану газгольдера от падения;

6 - перемешивающее устройство;

7 - привод перемешивающего прибора;

8 - площадка обслуживания;

9 - мембрана газгольдера;

10 - уровень наполнения метантанка;

11 - высота поднятия мембраны газгольдера;

12 - подогревательные трубопроводы

Другой тип реакторов для жидких субстратов - горизонтального типа, работающие по принципу вытеснения. В таких сооружениях исходная смесь субстрата подается с одной стороны, а отводится из другого. При этом органическое вещество испытывает последовательные превращения за счет консорциума микроорганизмов, уже имеющихся в исходном субстрате. Такие реакторы можно считать менее эффективными по интенсивности процесса, однако в них, за счет разнесения в пространстве точек входа свежих субстратов и выхода сброженных, удается минимизировать риск выхода вместе со сброженным субстратом (который удаляется из метантанка) несброженной порции свежих субстратов. Реакторы такого типа целесообразно применять для небольших объемов сбраживаемых субстратов.

Реакторы следующего типа предназначены для метанизации сухих органических смесей, в которых преобладают косубстраты из энергетических растительных культур. Реакторы такого типа приобретают распространения вместе с распространением технологий "сухой" ферментации энергетических культур растений. Характерной особенностью таких метантанков является то, что их проектируют как реакторы полного вытеснения.

Из технологических позиций процесс получения биогаза из органического вещества является многостадийным. Он состоит из процесса подготовки субстратов к сбраживанию, процесса биологического разложения вещества, дображивания (по желанию), обработки сброженного субстрата и добытого биогаза, подготовки их к использованию или утилизации на месте. На рисунке 2 приведена принципиальная технологическая схема типичной фермерской биогазовой станции для совместного сбраживания навозных отходов и органических косубстратов.

Рис. 44 . Принципиальная технологическая схема типичной фермерской биогазовой станции

Подготовка субстрата к сбраживанию предусматривает сбор и гомогенизацию (перемешивание) субстрата. Для сбора субстрата, в зависимости от его проектного количества, строят накопительную емкость, обустроенную специальным перемешивающим устройством и помпой, которая в дальнейшем будет подавать подготовленный субстрат к реактору (метантанку). В зависимости от типов субстратов, система подготовки вещества может быть усложнена модулями измельчения или стерилизации косубстратов (при необходимости).

После предварительной подготовки предварительно рассчитанное количество субстрата перекачивают с помощью насосов системой трубопроводов к реактору. В реакторе (метантанке) субстрат поддается деструкции при участии микробиоценоза на протяжении расчетного времени, в зависимости от избранного температурного режима. Метантанк оборудуют системой подогревательных трубопроводов, перемешивающим устройством (для устранения возможности расслоения среды и возникновения корки, равномерного деления питательных для микробиологической среды веществ и выравнивания температуры субстрата), системами отвода добытого биогаза и отвода сброженного субстрата. Кроме того, метантанк оборудуют системой подачи воздуха, небольшое количество которого нужно для очистки биогаза от сероводорода биохимическим осаждением.

Степень распада органического вещества на момент завершения активного газообразования приближается до 70-80%. В этом состоянии сброженная органическая масса может подаваться на систему сепарации для деления на твердую и жидкую части в специальном сепараторе.

Для утилизации добытого биогаза существует несколько схем, основным из которых является сжигание биогаза в когенерационной установке непосредственно на объекте, с добычей электроэнергии и теплоты, которые используются на собственные потребности фермы и биогазовой станции. Кроме того, часть электрической энергии передается в электросети.

Основным субстратом при анаэробном сбраживании, как правило, является навоз животных и птицы, а также отходы убойных цехов. Субстраты такого происхождения содержат больше всего микроорганизмов, необходимых для организации и хода процесса метанового брожения, поскольку они присутствуют уже в желудке животных.

Как свидетельствует опыт Германии, большинство установок работают на смеси косубстратов с разным их дольным соотношением. В стране реализовали специальную программу сбора данных из более чем 60 показательных работающих биогазовых станций и проанализировали их. Существуют достаточно много станций (около 45%), где в качестве основного субстрата используют навоз объеме 75-100% от общего объема смеси. Вместе с тем есть также много станций, где содержание навозных стоков менее 50%. Это указывает на то, что биогазовые установки в Германии при производстве биогаза в значительной мере используют потенциал не только навозных отходов, но и разнообразных дополнительных косубстратов.

Анализ данных о производстве биогаза на этих станциях показал, что с увеличением частицы косубстратов в смеси увеличивается удельный выход метана. Самым распространенным среди косубстратов разных типов является силос кукурузы. Его закупают у фермеров в измельченном виде, готовом к загрузке в реакторы, и складируют на открытых огражденных площадках. Кроме силоса кукурузы, достаточно широко используют и травяной силос, полову зерновых, жировые отходы, скошенную траву, молочную сыворотку, пищевые и овощные отходы и тому подобное.

В сознании украинского фермера биогазовая установка крепко связана исключительно с переработкой отходов больших ферм. Главным стимулом для строительства БГУ в Украине, чаще всего не слишком эффективным, остается необходимость очистки сточных вод. Интересной для фермера является и возможность получения высококачественных органических удобрений. Энергетические аспекты получения биогаза остаются недоиспользованными из-за низких тарифов на электрическую и тепловую энергию, в результате чего окупаемость БГУ за счет продажи энергии оказывается очень низкой.

Конечно, для того, чтобы биогазовые технологии начали активно развиваться, нужно узаконить систему "зеленых" тарифов на все виды возобновляемой электрической и тепловой энергии, как это уже состоялось во многих странах мира, и не только в развитых.

Другой путь повышения эффективности биогазовых установок заключается в активном использовании для сбраживания дополнительных субстратов, например силоса кукурузы. Прекрасным примером эффективной биогазовой установки является БГУ немецкой компании Енвитек Биогаз. Стандартная БГУ компании комплектуется реактором 2500 м3 и когенерационной установкой электрической мощностью 500 кВт. Базовым поставщиком сырья для такой установки может быть обычная для Германии свиноферма с поголовьем 5000 свиней. Повышение выхода биогаза достигается за счет добавления силоса кукурузы. Для непрерывной работы установки на протяжении года нужно 6000 тонн силоса, или 300 гектаров земли при урожайности силоса 20 т/га.

Жидкие стоки - обеззараженная дезодорирована жидкость, которая содержит до 1 % зависших веществ и имеет в составе удобряющие элементы. Фугат - прекрасная органическая подпитка для сельскохозяйственных культур, использование которой удобно как при поливе, так и при орошении. После доочистки жидкие стоки можно использовать даже как техническую воду.

Биогаз используется для производства электрической и тепловой энергии. Сжигая 1 м3 биогаза, можно получить 2,5-3 кВт/час электроэнергии и 4-5 кВт тепловой энергии. При этом 40-60 % биогаза используется на технологические потребности установки. Биогаз под давлением 200-220 атм. можно использовать для заправки автотранспорта.

Кроме производства энергии и удобрений при сбраживании отходов, биогазовые установки исполняют роль очистных сооружений - уменьшают химическое и бактериологическое загрязнение почвы, воды, воздуха и переделывают органические отходы в нейтральные минерализованные продукты. Сравнительно с энергией малых рек, ветровой и солнечной энергией, где установки используют экологически чистые источники энергии (пассивно чистые установки), биоэнергетические установки (БЭУ) являются активно чистыми, что устраняет экологическую опасность продуктов, которые являются для них сырьем.

В мире используются много типов биогазовых установок. Они содержат устройства для приема навоза растительной массы, метатанки и энергосиловые блоки.

Отличаются между собой метантанки конструкцией устройств для перемешивания массы во время сбраживания. Самое частое перемешивание осуществляют с помощью вала с лопастями, который обеспечивает послойное перемешивание сбраживаемой массы. Кроме того, перемешивают гидравлическими и механическими устройствами, которые обеспечивают забор массы из нижних слоев метантенка и подачу в верхнюю часть. Биогазовые установки, которые работают в интенсивном режиме, имеют камеры аэробного (кислородного) брожения, где происходит подготовка массы к сбраживанию, и анаэробному (метанового) брожению. Есть также устройства для перемешивания массы, выполненные в виде вала с лопатками, размещенного по вертикальной оси корпуса и прикрепленного к верхней части плавающего газового колпака. Перемешивание массы в реакторе происходит за счет вращения вала с лопатками и перемещения плавающего перекрытия. Некоторые устройства обеспечивают лишь разбивание корки, которая образуется на поверхности массы обрабатываемой детали. Перемешивания достигают также путем использования перегородок и сифона двустороннего действия, которое обеспечивает попеременное переливание массы из нижней зоны одной секции в верхнюю второй и, наоборот, за счет регуляции давления газа. Иногда метантанки выполняет в виде сферы или цилиндра, которые должны возможность вращаться вокруг своей геометрической оси.

В Украине в связи с резким подорожанием природного газа, исчерпаемости его ресурсов усилился интерес к биогазовым технологиям. На сегодня в усадьбах и небольших фермерских хозяйствах страны еще не используют небольшие биогазовые установки. В то же время, например, в Китае и Индии построены и успешно эксплуатируются миллионы мелких метантанков. В Германии из 3711 действующих биогазовых установок около 400 составляют фермерские биогазовые установки, в Австрии их более 100.

Рис.45. Немецкая биогазовая установка (фермерская)

Рис.46 Схема биогазовой установки для фермерского хозяйства :

1 - сборники для гноя (схематически); 2 - система загрузки биомассы; 3- реактор 4 реактор досбраживания; 5 - субстратор; 6 - система отопления; 7 - силовая установка; 8 - система автоматики и контроля; 9 - система газопроводов.

Рис.47 Схема биогазовой установки для фермерского хозяйства

По показаниям ветеранов Великой Отечественной войны, во время освобождения Румынии они видели на многих крестьянских дворах небольшие примитивные биогазовые установки, которые производили биогаз, используемый для бытовых потребностей.

Из небольших биогазовых установок следует назвать установки, разработанные компанией ООО "Биодизельднепр" (г. Днепропетровск). Они предназначены для переработки путем анаэробного сбраживания (без доступа кислорода) органических отходов приусадебных и фермерских хозяйств. Такие установки позволяют перерабатывать ежесуточно 200-4000 кг отходов в непрерывном режиме или 1000-20000 кг- циклический, на протяжении пяти суток. При этом, обеспечивается получение не менее 3м3 биогаза на 1 м3 объема реактора, который может быть использован в установках для получения тепла или электроэнергии, необходимой для покрытия энергетических потребностей установки; для систем газообеспечения (освещение помещений, приготовления еды), отопления и горячего водообеспечения хозяйства; в установках синтеза биоэтанола и биодизельного топлива, а также соответствующего количества высококачественного органического удобрения, готового для внесения в почву.

Производственно-коммерческая фирма "Днепр-Десна» (г. Днепропетровск) разработала малую биоэнергетическую установку "Биогаз-6МГС 2", предназначенную для частного хозяйства (3-4 коровы, 10-12 голов свиней, 20-30 голов птицы). Производительность этой установки составляет приблизительно 11 м 3 биогаза за сутки. Такое количество газа покрывает потребности в отоплении помещения площадью 100 м 2 и горячей воде для семьи из пяти человек.

Заслуживает на внимание опыт внедрения небольшой биогазовой установки в поселке Лески Кенийского района Одесской обл. Биогазовая установка разработана и изготовлена частной фирмой в Днепропетровске.

Установка монтировалась в пределах реализации проекта "Модель утилизации отходов животноводства в регионе дельты Дуная", разработанного группой одесских неправительственных организаций в рамках программы малых экологических проектов при финансовой поддержке британского фонда окружающей "среды для Европы" и при содействии министерства по делам охраны окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства Британии и британского совета.

При нормальной загрузке и эксплуатации биогазовая установка, объем реактора которой составляет 3 м3, сможет выдавать до 3 м3 биогаза в сутки за счет переработки отходов от 100 голов птицы, или от 10 свиней, или от 4 коров. Это минимальные требования к работе установки.

Реактор установлен на поверхности земли. Это связано, во-первых, с конструкцией реактора. Загрузка в него биологического сырья осуществляется снизу, через экструдер, а сливание отработанного материала - через верх, что и отличает отмеченную конструкцию от других, в которых загрузка идет сверху, а отбор - снизу. Второй причиной наземного размещения является высокий уровень почвенных вод в селе - на глубине 50 см. Зимой подогрев навоза в реакторе осуществляется за счет электроэнергии, а летом хватает энергии солнца.

Получаемый газ используется, в первую очередь, для приготовления еды - газопровод подведен к летней кухне. Нужно поддерживать в реакторе температуру 30-35°С и следить за выработкой биогаза. Переработанный в биореакторе навоз необходимо выгружать своевременно.

Как уже отмечалось, в западной Европе в фермерских хозяйствах животноводческого направления широко внедряются биогазовые установки. Особенностью таких установок является введение в их состав энергосиловых блоков, где биогаз превращается в электроэнергию, и использование, кроме навоза, растительной массы.

Для подачи растительной массы в метантанки целесообразно использовать небольшие питатели. Вместимость приемного бункера такого питателя составляет 4 м3, общая длина конвейера - 6 м; мощность привода - 7,5 кВт.

Для комплектации фермерских биогазовых установок может быть эффективно использован мини-энергосиловой блок "С-ВОХ50". Электрическая мощность такого энергосилового блока составляет от 25 до 48 кВт; тепловая мощность - от 49 до 97 кВт.

Германия предлагает небольшие компактные биогазовые установки мощностью 30 и 100 кВт, которые рассчитаны на использование навоза и кукурузного силоса. Установка на 30 кВт включает накопитель-погрузчик на 5 м3 твердой органической массы, бетонный ферментер на 315 м3 и УШ-газовый мотор мощностью 30 кВт электрической и 46 кВт тепловой энергии. Для обеспечения работы биогазовой установки на 30кВт в случае использования смеси 50 % навоза и 50 % силоса необходимо иметь 5-7 га кукурузы. Установка на 100 кВт имеет приемник-питатель кукурузного силоса вместимостью до 20 м3, ферментатор вместимостью 1200 м3 и газмотор имей мощностью 100 кВт электрической и 108 кВт тепловой энергии. При использовании для обеспечения работы биогазовой установки на 100 кВт смеси 50 % навоза и 50 % кукурузного силоса нужно иметь 30 га кукурузы.

Следует отметить, что, внедряя биогазовые установки, зарубежные фирмы применяют индивидуальный подход к каждому фермеру. Для конкретного хозяйства, после соответствующего обследования имеющихся видов и ресурсов биомассы и определения основных целей использования установки, разрабатывается или подбирается соответствующая технология (технологический режим), на основе чего проектируется установка (технологическая линия). Комплектация зависит от избранной технологии. Большинство фирм разрабатывают и монтируют биогазовые установки "под ключ". Большое внимание при использовании биогазовых установок уделяется технологиям подготовки биомассы к сбраживанию, поскольку от качества сырья зависят энергетические показатели. Для эффективного управления биогазовой установкой целесообразно использовать измерительную и регулировочную техники.

Наиболее эффективной технологией считается сбраживание с превращением энергии биогаза в электрическую и тепловую.

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий. Ее использование позволит значительно сэкономить на энергоносителях, которые сегодня с каждым разом становятся все дороже. Если вы самостоятельно решите соорудить оборудование, позволяющее из отходов получить биогаз, то сможете потреблять дешевую энергию, которая пойдет на отопление жилища и иные нужды.

Выгодное использование

Если в ходе работы установки будут образовываться излишки биогаза или удобрений, то есть возможность продать их по рыночной цене, тем самым вы превратите в прибыль то, что буквально лежит под ногами. Если вы крупный фермер, то у вас есть возможность приобрести готовую станцию по выработке биогаза. Такие установки, произведенные в заводских условиях, стоят очень дорого, однако имеют длительный срок жизнедеятельности.

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена из подручных материалов, это будет стоить не очень дорого, а работать такое оборудование будет по тому же принципу. Использовать при этом можно доступные инструменты, а также имеющиеся в арсенале мастера детали.

Принцип образования биогаза

Если вы задались целью изготовить установку, которая будет работать на биологическом газу, то необходимо представить технологию возникновения биогаза. Так, в специальной емкости, которая именуется биореактором, осуществляется процесс переработки биологической массы, в этом принимают участие анаэробные бактерии.

Биогазовая установка своими руками для дома на перепелином помете работает по принципу создания условий, которые характеризуются отсутствием воздуха и брожения. Все это длится в течение некоторого времени, продолжительность которого зависит от количества используемого в процессе сырья.

В конечном итоге происходит образование смеси газов, которая имеет в составе 60% метана и 35% углекислого газа. Остальные газообразные компоненты содержатся в массе в количестве 5%. Среди последних можно выделить сероводород в незначительном количестве. Образуемый таким образом газ непрерывно отводится из реактора, а после того как проходит процесс очистки, поступает на применение по назначению.

Особенности обслуживания

Отходы, которые претерпели переработку, становятся качественными удобрениями, которые время от времени необходимо устранять из биореактора. Их можно закладывать на поля. Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий, если вы имеете доступ к животноводческим и сельскохозяйственным предприятиям. Это указывает на то, что экономически выгодным станет производство биогаза только лишь в том случае, если есть источник поставки навоза и других органических отходов животноводческого производства.

Особенности самостоятельного строительства биореактора

Для того чтобы понять, как самостоятельно изготовить биогазовую установку, необходимо разобраться, из каких частей она состоит. Можно взять за основу самую простую схему оборудования, которое возможно соорудить своими силами. В конструкции не предусмотрен подогрев и перемешивающее устройство, однако есть одна из основных частей - реактор, который еще известен как метантенк. Эта составляющая требуется для осуществления переработки навоза. Помимо этого, есть бункер, посредством которого производится загрузка сырья. Необходимо снабдить конструкцию входным люком, а также гидрозатвором. А вот для того, чтобы была возможность выгружать отработанное сырье, нужна будет труба. Подобный элемент потребуется для того, чтобы реализовать возможность отвода биогаза.

Вот так выглядит схема биогазовой установки. Своими руками изготовить такую конструкцию несложно. Для того чтобы получать бесплатное биологическое топливо, на участке следует выбрать место, где можно произвести строительство армированной емкости, в основе которой будет бетон. Этот сосуд станет выполнять роль биореактора. В его основании необходимо предусмотреть наличие отверстия, сквозь которое станет удаляться сырье, прошедшее отработку. Это отверстие необходимо сделать таким, чтобы была возможность хорошо его закрыть. Это обусловлено тем, что функционирование системы возможно только в герметичных условиях.

Габариты бетонного отсека можно определить, учитывая количество используемых единовременно органических отходов. Нужно выяснить, какое количество сырья каждый день будет появляться в фермерском хозяйстве или частном подворье. Но не стоит экономить, так как обеспечить полноценную работу биореактора можно будет только в том случае, если заполнить резервуар на 2/3 от имеющегося объема. Если вами будет изготавливаться биогазовая установка своими руками из бочки, то работать она будет по следующему принципу: как только в хорошо закрытую емкость биореактора, которая находится на глубине в почве, попадают органические отходы, они начинают бродить, что и приводит к выделению биогаза.

Особенности изготовления емкости

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена с учетом каждодневного использования незначительного количества отходов. В этом случае железобетонный резервуар допустимо заменить стальной емкостью, в качестве которой может выступить даже бочка. Если вы решили прибегнуть именно к такому решению, то выбирать металлический сосуд необходимо, руководствуясь некоторыми правилами.

В первую очередь необходимо обратить внимание на сварные швы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными. При использовании маленькой емкости не стоит рассчитывать на то, что удастся получить значительное количество биогаза. Выход будет зависеть от массы органических отходов, которые единовременно перерабатываются в реакторе. Таким образом, для того чтобы образовалось 100 м 3 биогаза, необходимо подвергнуть переработке тонну отходов.

Оборудование реактора подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть изготовлена таким образом, что при ее работе удастся получить большую эффективность. Это обеспечивается за счет подогрева. Такие манипуляции позволят ускорить процесс брожения биологической массы. Если оборудование установлено в южных районах, то такой необходимости не возникает. Температура внешней среды обеспечивает естественную активацию брожения. Однако если установка работает в регионах с холодным климатом, то в зимний период подогрев выступает в качестве необходимого условия работы оборудования по выработке биогаза. Необходимо помнить, что процесс брожения начинается при температуре, которая превышает 38 о С.

Способы оборудования биогазовой установки подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть оборудована подогревом несколькими методами. Первый предполагает необходимость подключения установки к системе отопления по типу змеевика. Его нужно монтировать под реактором. Второй способ предусматривает установку в основание резервуара электрического нагревательного элемента. Третий способ характеризуется обеспечением непосредственного нагрева резервуара методом применения электрических отопительных систем.газового оборудования. Активацию выработки биологического газа в домашних условиях можно дополнить функцией перемешивания массы в отсеке. Для этого следует сконструировать устройство, которое походит на бытовой миксер. В движение оно будет приводиться с помощью вала, выведенного сквозь отверстие в крышке, в качестве альтернативного решения можно расположить его в стенках резервуара.

Оборудование установки системой вывода

Мини-биогазовая установка, своими руками сконструированная, не может работать без системы отвода газа. Для этого установка должна обладать специальным отверстием, которое необходимо монтировать в верхней части крышки, последняя должна хорошо закрывать резервуар. Для исключения вероятности смешивания газа с воздухом необходимо обеспечить его отвод сквозь гидрозатвор.