Как получить биогаз из навоза: обзор базовых принципов и устройства установки по производству

Механизм образования газа из органического сырья

Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.

Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.

В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности мелкого и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме смеси с включением травы, листвы, старой бумаги

Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород.

Собственно, это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.

Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс брожения навоза и разложения его на составляющие:

• метан (до 70%);
• углекислый газ (примерно 30%);
• другие газообразные вещества (1-2%).

Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем выкачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.

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

Второе важное условие для эффективного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов

Причем в навозе содержится два вида бактерий:

• мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
• термофильные. Для их размножения необходимо соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.

Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива.  При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.

Эффективность термофильных установок видна невооруженным глазом, однако и цена их обслуживания очень высока, поэтому прежде чем выбрать тот или иной способ получения биогаза, необходимо очень тщательно все просчитать

Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами.

Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.

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

Плюсы использования биотехнологий

Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.

Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.

Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.

Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.

При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.

Галерея изображенийФото из Организация системы по получению биогаза экономически обоснована для фермерских хозяйств. Если сырье дают только две коровы, его лучше использовать в качестве удобрения Полученный путем переработки навоза газ обеспечит теплом и энергией. После очистки он может поставляться в плиту и котел, закачанный в баллон использоваться электрогенератором Конструктивно простейшую перерабатывающую установку несложно построить собственными руками. Главный орган ее — биореактор, который нужно хорошо гидро- и теплоизолировать Для тех, кто желает сократить сроки сооружения системы, подойдет пластиковая емкость заводского изготовления. При ее использовании действуют аналогичные принципы сооружения и изоляции Фермерские хозяйства — основные поставщики сырья для получения биогазаПолучение и применение газообразного биотопливаСтроительство перерабатывающей установки своими рукамиГотовая пластиковая емкость в устройстве биореактора

2 Биореактор для переработки органических отходов

Для утилизации биологических отходов с получением из них органических удобрений и одновременно биогаза используют биореактор. Широкое распространение получила установка БУГ, имеющая несколько модификаций. Отличаются они своей производительностью.

Стандартная биогазовая установка включает в себя следующее оборудование для переработки навоза и других органических отходов:

• емкость для гомогенизации;
• загрузчики жидкого и твердого сырья;
• систему безопасности;
• контрольно измерительные приборы и автоматику с визуализацией;
• биореактор с газгольдером;
• мешалки и сепараторы;
• насосную станцию;
• системы отопления и смешивания воды;
• газовую систему.

2.1 Процессы, протекающие в биореакторе

Биореактор состоит из трех разделенных секций:

Биогазовые установки

• загрузочной;
• рабочей;
• выгрузочной.

Внутренняя поверхностная часть реактора не ровная, а сделана в виде трубчатой емкости. Это способствует ускорению и более полному протеканию процесса переработки. Из приемной секции переработанный в однородную биомассу и смешанный с водой субстрат через технологический люк попадает в биореактор.

Верхняя средняя часть рабочей секции, также оборудована герметичным люком, на котором располагаются приборы контроля уровня биомассы, отбора биогаза и его давления. При увеличении давления внутри реактора происходит автоматическое включение компрессора, что предотвращает разрыв резервуара. Компрессор откачивает биогаз из реактора в газгольдер. В биореакторе установлен нагревательный элемент, поддерживающий температуру необходимую для брожения биомассы.

В рабочей секции реактора температура всегда выше, чем в двух других секциях. Это обеспечивает полноту цикла химического процесса и увеличивает продуктивность. В этой части реактора биомасса непрерывно перемешивается, что предотвращает появление плавающей корки, препятствующей выходу биогаза.

Полностью переработанный субстрат поступает в выгрузочную секцию биореактора. Здесь происходит окончательное разделение остатков газа и жидких удобрений.

Установки, перерабатывающие навоз, птичий помет и прочие органические отходы любого вида действия широко востребованы и применяются в сельском хозяйстве. Биогазовые установки находят применение в городском коммунальном хозяйстве при утилизации органического мусора и получения биогаза для теплоэнергетики.

Плюсы и минусы биологического способа

Проектирование биогазовых установок — этап ответственный, поэтому перед принятием окончательного решения лучше взвесить все «за» и «против» этого метода.

К достоинствам такого производства относится:

1. Рациональная утилизация органических отходов. Благодаря установке можно пустить в дело то, что в другом случае осталось бы просто мусором, загрязняющим окружающую среду.
2. Неистощимость сырьевых запасов. Природный газ и уголь рано или поздно закончится, однако у тех, кто имеет собственное хозяйство, необходимые отходы будут появляться постоянно.
3. Небольшое количество углекислого газа. Он выделяется в атмосферу при использовании биогаза, однако диоксид углерода не может негативно повлиять на экологическую обстановку.
4. Бесперебойная и эффективная работа биогазовых установок. В отличие от солнечных коллекторов или ветряков, производство биогаза никак не зависит от внешних условий.
5. Снижение риска благодаря использованию нескольких установок. Крупные биореакторы всегда большая угроза, но ее можно устранить, если сделать систему из нескольких ферментеров.
6. Получение высококачественного удобрения.
7. Небольшая экономия энергоресурсов.

Еще один плюс — возможная выгода для состояния почвы. Некоторые растения высаживают на участке специально для получения биомассы. В этом случае можно выбрать те из них, что способны улучшить качество грунта. Пример — сорго, снижающее его эрозию.

Каждый вид альтернативных источников имеет свои недостатки. Биогазовые установки не исключение. Минусом является:

• повышенная опасность оборудования;
• энергозатраты, требующиеся для переработки сырья;
• незначительный выход биогаза из-за небольшого объема домашних систем.

Сложнее всего сделать биогазовую установку, предназначенную для самого эффективного, термофильного режима. Расходы в этом случае обещают быть серьезными. Такое проектирование биогазовых установок лучше возложить на профессионала.

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:

Примерный состав биогаза

• 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.

Фильтр для очистки биогаза от сероводорода

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.

Один из вариантов газгольдеров

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

Что представляет собой биогаз

Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.

Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.

В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности мелкого и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме смеси с включением травы, листвы, старой бумаги

Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород. Собственно это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.

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:

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.

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.

Видео о получении биогаза из навоза

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

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

Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам. опубликовано econet.ru

Варианты установок для получения биотоплива

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

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

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

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

Мини-завод по производству газа на покрытие нужд небольшого частного хозяйства можно сделать собственноручно, ориентируясь на конструкцию и специфику устройства установок, выпускаемых в промышленном масштабе.

Самостоятельным мастерам, решившим заняться сооружением собственной установки, надо запастись емкостью для воды, водопроводными или канализационными пластиковыми трубами, угловыми отводами, уплотнителями и баллоном для хранения полученного в установке газа.

Галерея изображенийФото из Основной элемент будущей установки — пластиковый бак с плотно притертой крышкой. На фото емкость 700 л, ее надо подготовить к работе: разметить и вычертить отверстия для входа труб Потребуются ПВХ трубы для ввода в в емкость, переходник в качестве воронки, пластиковые уголки, шланг для подачи воды в емокость, клей, штуцер для крепления его в крышке и клапан для перекрытия Абрис отверстий удобнее очертить, используя трубу, которая будет в него заводиться. Отверстие следует вырезать с максимальной аккуратностью В вырезанные отверстия аккуратно заводятся трубы. Они не должны быть повреждены заусенцами, получившимися в процессе резки. Место соединения заливается клеем и герметиком Труба, предназначенная для загрузки сырья для переработки, устанавливается так, чтобы между дном емкости и ее нижним краем осталось 2 — 5 см Переходник в качестве воронки для загрузки сырья используется, т.к. сооружаемый агрегат предназначен для переработки остатков еды. Для загрузки навоза воронка и трубы нужны побольше Аналогичным образом формируется отверстие и устанавливается горизонтальная выпускная труба. Заведенный в бак край трубы оснащается уголком В крышке вырезается отверстие, в которое устанавливается шланг, поставляющий необходимую для переработки воду Шаг 1: Самодельный мини-завод для выработки биогазаШаг 2: Соединительные детали для портативной установкиШаг 3: Формирование отверстий для ввода пластиковых трубШаг 4: Установка ПВХ трубы в вырезанное в баке отверстиеШаг 5: Правила установки трубы загрузки сырьяШаг 6: Установка адаптера в качестве воронки на трубуШаг 7: Установка и крепление выпускной трубы установкиШаг 8: Крепление шланга для подвода воды в крышке

Конструкция типичной биогазовой установки

Агрегат состоит из нескольких технологических узлов.

Реактор

Представляет собой обитую теплоизоляцией цельную железобетонную емкость с несколькими технологическими отверстиями. Реактор должен герметично закрываться, чтобы воздух не попадал в его внутреннее пространство.

Система подачи биомассы

Для загрузки сырья установка оснащается бункером. Отходы подаются сюда вручную или с помощью транспортера.

Также к реактору подводится труба с горячей водой.

Мешалки

Лопатки для перемешивания закреплены на вертикальном валу, хвостовик которого выходит наружу через уплотненное отверстие в крышке реактора.

Устройство приводится в движение электродвигателем посредством зубчатого редуктора.

Включение электродвигателя может производиться вручную или автоматически.

Автоматизированная система подогрева

Обогрев устанавливается в нижней части реактора. Теплоносителем могут служить вода или электричество. Включение нагревательных элементов осуществляется термостатом, настроенным на определенную температуру.

Сепаратор

Как было сказано выше, биогаз представляет собой смесь различных газов. Сепаратор позволяет отделить метан от примесей для последующей подачи к потребителю.

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».

В некоторых случаях выход газа чрезмерный, тогда его запасают в газгольдерах — для использования в период его недостаточного количества. При грамотной организации процесса газа может быть слишком много, тогда его излишки можно продавать. Еще один источник дохода — перебродившие остатки. Это высокоэффективное и безопасное удобрение — в процессе сбраживания погибает большинство микроорганизмов, семена растений теряют свою всхожесть, яйца паразитов становятся нежизнеспособными. Вывоз на поля таких удобрений положительно влияет на урожайность.

Условия для выработки газа

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.

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

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.

Что это такое

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

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

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

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

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

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

Использование соломы для производства биогаза

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

Как вам статья?