Как сделать биореактор своими руками

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте  в этом материале.

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

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.

Принцип работы биореактора

Принципиальная схема биогазовой установки Биореактор работает на органических отходах, поэтому для непрерывной его работы необходимо постоянное наличие навоза и других отходов сельского хозяйства. Вырабатываемый установкой биогаз является биологически чистым топливом, а по своим показателям он похож на природный газ.

Работа биореактора состоит в переработке органических отходов на газ и удобрение. Для этого они загружаются в резервуар биореактора, где анаэробные бактерии перерабатывают биомассу. Для получения правильного брожения недопустимо попадания воздуха в резервуар. Время переработки зависит от объема загруженных отходов. Выделяемый газ состоит из метана 60%, и углекислого газа – 35%. Другие примеси составляют 5%. Полученный газ идет на очистку и после этого готов к использованию в бытовых приборах.

Дополнительные требования к сырью

Серьёзная проблема, с которой сталкиваются хозяйства, установившие у себя современное оборудование для получения биогаза — сырьё не должно содержать твёрдых включений, случайно попавший в массу камень, гайка, кусок проволоки или доска закупорит трубопровод, выведет из строя дорогостоящий фекальный насос или мешалку.

Нужно сказать, что приведенные данные по максимальному выходу газа из сырья соответствуют идеальным лабораторным условиям. Чтобы приблизиться в реальном производстве к этим цифрам, необходимо соблюсти ряд условий: поддерживать необходимую температуру, периодически перемешивать мелко измельчённое сырье, вносить добавки, активизирующие ферментацию и т.д. На кустарной установке, собранной по рекомендациям статей о «получении биогаза своими руками», едва лишь можно достичь 20% от максимального уровня, высокотехнологические установки позволяют добиваться значений в 60-95%.

Достаточно объективные данные по максимальному выходу биогаза для различных типов сырья

Производители и модели

Мы подготовили краткий обзор наиболее популярных моделей российских производителей, ведь они ничем не отличаются от их аналогов зарубежного производства.

Кроме того, часть производителей предлагает полный перечень узлов, необходимых для создания полностью автономной биогазовой установки, тогда как другие производят лишь биореактор и некоторые сопутствующие устройства.

BioMash-20

Биогазовая установка от «Конструкторского бюро Климова» подходит для переработки навоза/помета влажностью ≤90% общей массой 300–700 кг в сутки с добавлением подстилочного материала (максимум 20% от массы).

Биореактор изготовлен из полиэтилена, поэтому не требует обслуживания и ремонта.

Вместе с реактором поставляют основной газгольдер и насос для его накачки (максимальное давление 2,8 Мпа). Благодаря столь высокому давлению газ можно закачивать в обычные газовые баллоны.

Также в комплект входят:

• газовый теплогенератор, выделяющий 100 квт в сутки;
• метановый электрогенератор мощностью 11 квт;
• полный комплект оборудования для обогрева метантенка;
• полный комплект газопроводов.

Серия «БИО»

Эти установки производства компании «Агробиогаз» предназначены для переработки навоза/помета весом 10–350 тонн в сутки (зависит от модели).

Преимуществом этой серии является относительно невысокая цена, однако в комплект поставки входит лишь минимальный набор оборудования, поэтому газгольдеры и многое другое придется приобретать отдельно.

Серия «СБГ»

Эту серию биогазовых комплексов выпускает кировская компания «СельхозБиоГаз».

Благодаря индивидуальному подходу к каждому клиенту, компания предлагает не только готовые комплекты, но и изготовление такой продукции под конкретные условия.

В модельном ряду представлены установки, способные за сутки переработать от 100 килограмм до 1000 тонн экскрементов.

В комплект поставки входит все необходимое оборудование для развертывания полноценной линии по переработке навоза в газ и очистке продукта.

Серия «БУГ»

Серию биогазовых установок «БУГ» производит ассоциация предприятий «БМП». В эту серию входят биореакторы небольшого объема (0,5–12 м3), оснащенные газгольдерами емкостью 1–2 м3.

Поэтому основными покупателями этой серии установок для производства биогаза из навоза и помета становятся небольшие фермерские хозяйства или домохозяйства с большим поголовьем птиц/скота.

Серия «БГР»

Серию биогазовых установок «БГР» выпускает расположенное в Яранске предприятие «BioGasRussia». Самая маломощная установка этой серии (БГР-12) способна переработать 500 – 900 кг экскрементов в сутки, а объем ее биореактора составляет 12 м3.

Объем реактора и массу ежедневного поступления навоза для более крупных установок этой серии обговаривают индивидуально, благодаря чему заказчик получает аппарат или даже завод, максимально соответствующие его потребностям.

В составе установок большого объема могут быть как вертикальные, так и горизонтальные метантенки, это обсуждается при оформлении заказа.

Кроме того, компания BioGasRussia предлагает весь спектр необходимого оборудования, благодаря чему биогазовая установка может работать в полностью автономном режиме — без подключения к электрическим или газовым сетям.

Способы оборудования установки подогревом

Установить подогрев в биореакторе можно несколькими методами.

• Один из них предполагает подключение станции к системе отопления. Осуществляют это по типу змеевика. Его монтаж должен производиться под реактором.
• Другой способ предусматривает установку электрического нагревательного элемента в основание резервуара.
• Еще один метод организации подогрева предполагает применение электрических отопительных систем для нагрева резервуара.

Если для организации подогрева вы будете использовать автоматизированные системы, то включение устройства будет происходить без вашей помощи при поступлении в реактор холодной биомассы. Когда сырье прогреется до установленной температуры, то система нагрева отключится.

Чтобы качественно изготовить биогазовую установку своими руками, необходимо еще до начала работы подготовить чертежи, на которые необходимо ориентироваться при проведении работ. Элементы подогрева могут быть смонтированы в водогрейных котлах, поэтому необходимо позаботиться о приобретении необходимого газового оборудования.

Для того чтобы повысить количество вырабатываемого биогаза, можно кроме подогрева оснастить свою установку еще и устройством для перемешивания биомассы. Для этого придется потратить некоторое время и создать устройство, которое будет работать так же, как и обычный бытовой миксер. При помощи вала он будет приводиться в движение. Последний должен быть выведен сквозь отверстия в крышке.

Как построить биореактор (установку) своими руками

Биогазовые установки, которые добывают газ из навоза, можно легко собрать своими руками на собственном участке. Прежде чем собирать биореактор для переработки навоза, стоит нарисовать чертежи и тщательно изучить все нюансы, т.к. емкость, содержащая большое количество взрывоопасного газа, может быть источником большой опасности при неправильной ее эксплуатации или наличии ошибок в конструкции установки.

Схема получения биогаза

Объем емкости биореактора рассчитывается исходя из количества сырья, которое используется, чтобы получить метан. Для того чтобы условия работы были оптимальны, емкость реактора заполняют отходами не менее чем на две трети. Для этих целей используют яму большой глубины. Чтобы герметичность была высокой, стенки ямы армируют бетоном или укрепляют пластиком, иногда устанавливают в яму бетонные кольца. Поверхность стен обрабатывают влагоизолирующими растворами. Герметичность – необходимое условие для эффективной работы установки. Чем лучше изолирована емкость, тем выше качество и количество образующегося газа. К тому же, продукты распада отходов ядовиты и, в случае утечки, могут навредить здоровью.

В тару для отходов устанавливают мешалку. Она отвечает за перемешивание отходов при брожении, препятствуя неравномерному распределению сырья и образованию корки. Вслед за мешалкой в газогенератор на навозе монтируется дренажная конструкция, которая облегчает отвод газа в емкость для хранения и предотвращает утечку. Выводить газ нужно из соображений безопасности, а также для повышения качества удобрений, остающихся в реакторе по завершении переработки. В нижней части реактора делают отверстие для выхода отработанного сырья. Отверстие оснащают плотной крышкой, чтобы оборудование оставалось герметичным.

Как обеспечить активность биомассы

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

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

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

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

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

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

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

Что это?

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза, используемого в бытовых газовых плитах и в качестве топлива для автомобилей.

Стандартная установка, состоит из следующих узлов и агрегатов:

• Емкость накопитель, в которой накапливается используемое, для получения биогаза, сырье;
• Миксеры и мельницы различной конструкции, делящие крупные фракции сырья на более мелкие;
• Газгольдер, герметично закрываемая емкость, служащая накопителем получаемого газа;
• Реактор, емкость или резервуар, в котором происходит процесс образования биотоплива;
• Системы подачи сырья в реактор установки;
• Система передачи получаемого топлива от реактора и газгольдера, далее на этапы обработки и преобразования в другие виды энергии;
• Системы автоматики, защиты и контроля за процессами производства газа и продуктов его переработки.

На выше приведенной схеме, условно показан технологический цикл производства биогаза с использованием жидкого и твердого сырья, с дальнейшей его переработкой и получением тепловой и электрической энергий.

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.

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

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.

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

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.

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.

Какие условия должна создавать биоустановка?

Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:

• отсутствие притока кислорода (герметичность);
• постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
• регулируемый приток свежего материала;
• регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
• регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.

Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.

Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.

Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.

Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.

Что такое биогаз и как его можно использовать?

Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.

Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.

Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных. На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.

Рекомендуемый объем биореактора

Для определения необходимого объема ректора для переработки биомассы следует рассчитать количество навоза, производимого на протяжении суток. В обязательном порядке учитывается вид используемого сырья, температурный режим, который будет поддерживаться в установке. Используемый резервуар должен заполняться на 85-90% от своего объема. Оставшихся 10% необходимо для накопления полученного биологического газа.

В обязательно порядке учитывается длительность цикла переработки. При поддержании температуры в +35°С она составляет 12 суток. Нужно не забывать, что используемое сырье перед отправкой в реактор разбавляется водой. Поэтому ее количество учитывают перед расчетом объема резервуара.

Как вам статья?