Биогазовые установки для фермерских хозяйств, цена зависит от количества комплектующих, различных параметров характерных для подобных устройств, варьируется в пределах 170 тыс.руб.
Они работают для получения, в результате переработки конечного продукта , экологически чистого топлива, удобрений, которые производят в агрегате, в его состав включены технические сооружения, аппараты, объединённые в едином технологическом цикле.
Биогазовые установки для дома, возможно, когда-то полностью заменят сельскому жителю дорогостоящие источники энергии. Экономические катаклизмы, требуют от разработчиков оборудования для сельского хозяйства, производить аналоги природных ресурсов в виде подручного сырья для снижения затрат на обслуживание частного подворья, фермерства.
Цели фермеров различные – одни получают дешевую энергию другим важно с помощью небольшой мини установки переработать отходы жизнедеятельности:
- крупнорогатого скота
В результате работы получают биоудобрения и собственный энергетический источник. К тому же в хозяйствах приходится избавляться от различного скопления бытового мусора в этом им помогает удобное, универсальное сооружение, которое отдает вместо ненужных полезные продукты.
Кто эксплуатирует оборудование
Малые биогазовые установки пригодятся в современных хозяйствах сельского жителя. Более крупные устройства используют серьезные скотоводы, где невозможно существовать без агрегатов, которые производят нужные энергетические виды.
Обоснованием установки на подворье частного дома или большого хозяйства служит скопление органики, так как любому оборудованию необходимо питание для работы.
Мир борется за экологию окружающей среды, наиболее приемлемым средством для этого являются сооружения биогазовых сооружений, они отдают чистые вещества и потребляют альтернативное топливо. На этом основании устройства получили востребованность в хозяйствах нашей страны и зарубежом.
Стандартная комплектация
Инженеры комплектуют механизмы разными по размерам. Производство зависит от необходимой мощности, что предстоит перерабатывать агрегату и выдавать в обмен. Установка стандартного вида состоит из следующих комплектующих:
- накопительной ёмкости, в неё поступает материал для отработки
- миксеров, мельниц конструктивно отличающихся друг от друга, они измельчают крупные сырьевые фрагменты
- газгольдера, герметично закрытого, здесь накапливается газ
- реактора в виде резервуара, где формируется биотопливо
- приспособлений, подающих сырьё в ёмкость
- установок, передающих полученное топливо из одних точек в другие для последующего преобразования
автоматических систем, защищающих, контролирующих производственный процесс
Работа технологического цикла отработана до мельчайших деталей, чтобы облегчить человеку обслуживание агрегата в период переработки.
Как это функционирует
Работоспособность агрегатов основана на принципе воздействия бактериальных образований различной природы на органику, вызывающих брожение. Эти процессы происходят внутри реактора. От разложения одних продуктов получается другое вещество, в его состав входят:
- метан
- углекислый газ
- примеси аммиака, сероводорода, азота
Принцип работы состоит из следующих действий:
- в накопительную ёмкость подают сырьё
- материал разбивается, насосами, транспортерами перемещается в кислототенк, в этой ёмкости биомасса подвергается дополнительному подогреву
- прочный, кислотостойкий, плотно закрытый реактор производит приём подготовленного сырья, чтобы создался биогаз
В реактор устанавливают приспособления для обеспечения дополнительного подогрева, в пределах +40 град., перемешивания веществ, создают им подходящие условия, ускоряющие процессы распада и брожения, от чего образуется конечный продукт. Скорость переработки зависит от мощности сооружения и вида отходов.
В процессе:
- накопление газа осуществляется в газгольдерах, их монтируют как отдельный элемент или соединяют совместно с корпусом
- ёмкость реактора собирает , после окончания процедуры разложения передаёт для применения
- в резервуаре газгольдера создаётся достаточное давление, чтобы переместить газ в очистительную систему, в этом виде он будет применен потребителем в различных сферах деятельности
- использование по назначению приобретают вещества для удобрений после разделения их на составляющие в жидком или твердом виде, и перемещения в накопительную часть
Принятие решения начать строительство должно сопровождаться учетом условий, при которых биогазовые установки работают с необходимой эффективностью.
Основные параметры для выбора
Плохая функциональность устройств происходит из-за неверного планирования. Ошибки могут быть замечены сразу или через некоторое время. Тщательным и всесторонним исследованием добиваются исключения выхода из строя оборудования. Начинают процедуру после определения наличия сырьевого материала и сколько нужно для нормального существования энергетических средств.
На реактор и его размеры оказывает влияние:
- количество переработки
- качество материала
- сырьевой вид
- температурный режим
- период брожения
На практике в конкретном хозяйстве следует обратить внимание на следующие моменты:
- суточную загрузку материалов в соотношении с реакторным размером
- объём емкости, в которой происходит переработка отходов
- рассчитывают выход продукции
- возможность балансирования между результатом и фактическим потреблением
Перед монтажом оборудования предстоит сделать выбор:
- наиболее оптимального места для установки
- модели подходящей по конструктивным особенностям
Основными критериями, на которые опираются при конструктивном выборе, служит место и определение подземного или наземного сооружения. Кроме этого, при устройстве конструкции наверху, следует решить, как установить реактор в вертикальном или горизонтальном положении.
В постройках на участке хранят биоудобрения или в ямах, металлических бочках. Затраты сократят готовые части установки, если они есть в хозяйстве. Скоплением материалов определяют размеры и формы резервуаров, в которых их смешивают, а также какой нужен реактор, устройства для подогрева веществ, их дробления и смешивания.
Выбранная конструкция реактора должна соответствовать:
- практичности
- простоте в обслуживании
- газо- и водонепроницаемости, чтобы исключить утечки и сохранить газ в полном объёме
Необходимым условием для эффективной производительности является наличие качественной теплоизоляции. Снизить затраты на строительство и тепловые потери можно минимальными поверхностными площадями.
Сооружение должно отвечать стабильности, выдерживать нагрузки от давления:
- сырьевых материалов
Установки оборудуют в следующих наиболее оптимальных формах:
- яйцеобразных
- цилиндрических
- конических
- полукруглых
Не рекомендуют оборудовать квадратных форм бетонных или кирпичных. Сырьё оказывает давление на углы, отчего появляются трещины, нарушают процессы, происходящие внутри, твердые скапливающиеся фрагменты. Лучше бродят материалы, не появляются засохшие поверхности в сооружениях с внутренними перегородками.
Лучшими материалами для постройки служат:
- Сталь – в этих емкостях можно добиться абсолютной герметичности, их легко изготовить, они выдерживают нагрузки. Проблемой является повышенная подверженность коррозии. Для предотвращения ржавчины, поверхности обрабатывают. Если в хозяйстве есть металлическая цистерна, её качество следует проверить со всех сторон. Избавиться от недостатков.
- Пластик – резервуары из этого материала выпускают мягкими и твердыми. Первый вариант менее пригоден, так как легко наносятся повреждения, трудно утепляются. Резервуары из твердого пластика стабильны, не ржавеют.
- Бетон применяют некоторые развивающиеся страны. Они не имеют ограничений в сроках эксплуатации, специальные покрытия могут избавить от появления трещин.
- Кирпич используют Индия и Китай. Для этого применяется только хорошо обожженные изделия или кладут стены из бетонных блоков, камня.
Устанавливая оборудование из бетона, кирпича или камня необходимо позаботиться о внутренней огнеупорной отделке, устойчивой к органике и сероводороду.
К расположению конструкции следует отнестись с особой серьезностью, предусмотреть факторы:
- свободные площади
- удаленность от жилья
- складирование
- расположение коровников, свинарников, птичников
- грунтовые воды
- удобную загрузку, выгрузку материалов
Реакторы размещают:
- на поверхности с фундаментом
- заглубляют в грунт
- устанавливают внутри фермы
Устройства, действующие с помощью химической, биологической реакции, снабжены люками, через которые проводят периодические ремонтные работы. Резиновой прокладкой обеспечивают герметизацию, когда закрывают крышку. Теплоизоляция необходима, чтобы работы выполнять вне зависимости от сезона.
Утепляют сооружение подручными материалами с послойной обработкой внутренних поверхностей.
Необходимые обязательные материалы:
- две ёмкости;
- соединительные трубы;
- клапаны;
- газовый фильтр;
- средства обеспечения герметичности (клей, смола, герметик и т.п.);
Желательные:
- мешалка с электродвигателем;
- датчик температуры;
- датчик давления;
Указанная ниже последовательность подходит для южных регионов. Для работоспособности в любых условиях следует добавить систему подогрева реактора, которая будет обеспечивать нагрев сосуда до 40 градусов Цельсия и повысить теплоизоляцию, например, обнести конструкцию теплицей. Теплицу желательно покрыть черной пленкой. Также желательно добавить к трубопроводу устройство вывода конденсата.
Создание простой биогазовой установки:
- Создать накопительную ёмкость. Выбираем резервуар, где будет храниться полученный биогаз. Резервуар фиксируется клапаном и оснащается манометром. Если потребление газа постоянно, то необходимости в газгольдере нет.
- Утеплить конструкцию внутри котлована.
- Установить трубы. Проложить в котлован трубы для загрузки сырья и выгрузки компостного перегноя. В ёмкости реактора делается входное и выходное отверстие. Реактор помещается в котлован. К отверстиям подводятся трубы. Трубы плотно закрепляются с помощью клея или других подходящих средств. Диаметр труб менее 30 см будет способствовать их забиванию. Место загрузки следует выбирать на солнечной стороне.
- Установить люк. Ректор, оснащённый люком, делает более удобными работы по ремонту и профилактике. Люк и корпус реактора следует проклеить резиной. Также можно установить датчики температуры, давления и уровня сырья.
- Выбрать ёмкость для биореактора. Выбранная ёмкость должна быть прочной – так как при ферментации выделяется большое количество энергии; обладать хорошей теплоизоляцией; быть воздухо и водонепроницаемой. Лучше всего подходят сосуды яйцеобразной формы. Если соорудить такой реактор проблематично, то хорошей альтернативой будет сосуд цилиндрической формы с округлёнными краями. Ёмкости квадратной формы менее эффективны потому, что в углах будет накапливаться затвердевшая биомасса, затрудняющая ферментацию.
- Подготовить котлован.
- Выбрать место для монтажа будущей установки. Желательно выбирать место достаточно далеко от дома и так, чтобы можно было выкопать яму. Размещение внутри ямы позволяет существенно сэкономить на теплоизоляции, используя для этого дешёвые материалы вроде глины.
- Проверить герметичность полученной конструкции.
- Запустить систему.
- Добавить сырьё. Ждём около двух недель пока пройдут все необходимые процессы.Необходимое условие горения газа – избавление от двуокиси углерода. Для этого подойдёт обычный фильтр из строительного магазина. Самодельный фильтр делается из отрезка газовой трубы длиной в 30 см, наполненного сухими деревянными и металлическими стружками.
Состав и виды
Биогазом называется газ, полученный в результате трёхфазного биохимического процесса над биомассой, проходящего в герметичных условиях.
Процесс разложения биомассы последователен: сперва она подвергается воздействию гидролизных бактерий, затем кислотообразующих и в конце метанобразующих. Материалом для микроорганизмов на каждом этапе служит продукт деятельности предшествующего этапа.
На выходе приблизительный состав биогаза выглядит так:
- метан (от 50 до 70%);
- углекислый газ (от 30 до 40%);
- сероводород (~2%);
- водород (~1%);
- аммиак (~1%);
На точность пропорций влияет используемое сырьё и технология получения газа. Потенциалом для горения обладает метан, чем его процент выше, тем лучше.
Опыт применения горючего болотного газа имеют древние культуры, датируемые более трёх тысячелетним возрастом (Индия, Персия или Ассирия). Научное обоснование сформировалось гораздо позже. Химическая формула метана СН 4 была открыта учёным Джоном Дальтоном, вхождение метана в состав болотного газа обнаружено Гемфри Дэви. Большую роль на развитии отрасли альтернативной энергии сыграла Вторая мировая война, требующая от воюющих сторон огромной потребности в энергоресурсах.
Обладание СССР громадными запасами нефти и природного газа привело к невостребованности других технологий получения энергии, исследование биогаза в основном было предметом интереса академической науки. На текущий момент ситуация поменялась настолько, что, помимо промышленной добычи разных видов топлива, создать биогазовую установку для своих целей под силу любому человеку.
Устройство установки
– комплекс оборудования, предназначенного для получения биогаза из органического сырья.
По типу подачи сырья выделяют следующие виды биогазовых установок:
- с порционной подачей;
- с непрерывной подачей;
Биогазовые установки с постоянной подачей сырья являются более эффективными.
По типу обработки сырья:
- Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
- С автоматическим перемешиванием , но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
- С поддержкой необходимой температуры , но без автоматического перемешивания.
- С автоматическим перемешиванием сырья и поддержкой температуры.
Принцип работы
Процесс преобразования органического сырья в биогаз называется ферментацией. Сырьё загружается в специальную ёмкость, обеспечивающую надёжную защиту биомассы от доступа кислорода. Событие, происходящее без вмешательства кислорода, называется анаэробным.
Под воздействием специальных бактерий в анаэробной среде начинает происходить ферментация. По мере развития брожения сырьё покрывается коркой, которую необходимо регулярно разрушать. Разрушение производится с помощью тщательного перемешивания.
Перемешивать содержимое требуется минимум два раза в сутки, не нарушая при этом герметичности процесса. Кроме удаления корки промешивания позволяет равномерно распределить кислотность и температуру внутри органической массы. В результате этих манипуляций вырабатывается биогаз.
Полученный газ собирается в газгольдере, оттуда по трубам доставляется потребителю. Биоудобрения, полученные после переработки исходного сырья, можно использовать как пищевую добавку для животных или добавлять в почву. Такое удобрение называется компостным перегноем.
Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:
- ёмкость гомогенизации;
- реактор;
- мешалки;
- резервуар для хранения (gas-holder);
- комплекс отопления и смешивания воды;
- газовый комплекс;
- комплекс насосов;
- сепаратор;
- датчики контроля;
- КИПиА с визуализацией;
- система безопасности;
Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.
Используемое сырьё
Разложение любых остатков животного или растительного происхождения выделяет горючий газ в различной степени. Хорошо подходят для сырья смеси различного состава: навоз, солома, трава, разные отходы и т.д. Для химической реакции требуется влажность в 70%, поэтому сырьё необходимо разбавлять водой.
Неприемлемо наличие в органической биомассе очистительных средств, хлора, стиральных порошков, так как они препятствуют химическим реакциям и могут повредить реактор. Также не подходит для реактора сырьё с опилками хвойных деревьев (содержащие смолы), с высокой долей лигнина и с превышением порога влажности в 94%.
Растительное. Растительное сырьё великолепно подходит для производства биогаза. Максимальный выход топлива даёт свежая трава – из тонны сырья получается около 250 м 3 газа с долей метана в 70%. Кукурузный силос немногим меньше – 220 м 3 . Ботва от свеклы – 180 м 3 .
Можно использовать в качестве биомассы практически любые растения, сено или водоросли. Недостаток применения заключается в длительности производственного цикла. Процесс получения биогаза занимает до двух месяцев. Сырьё должно обязательно быть мелко измельчено.
Животное. Отходы перерабатывающих, молочных предприятий, со скотобоен и т.д. пригодны для биогазовой установки. Максимальный выход топлива дают животные жиры – 1500 м 3 биогаза с долей метана в 87%. Основной недостаток – дефицит. Животное сырьё также должно быть измельчено.
Экскременты. Главное достоинство навоза его дешевизна и легкодоступность. Недостаток – количество и качество биогаза ниже, чем от других видов сырья. Лошадиные и коровьи экскременты можно перерабатывать сразу. Производственный цикл займёт приблизительно две недели и даст выход объемом 60 м 3 с 60% содержанием метана.
Куриный помёт и свиной навоз напрямую применять нельзя, потому что они токсичны. Чтобы запустить процесс ферментации их надо смешать с силосом. Продукт жизнедеятельности человека также можно использовать, но канализационные стоки не подойдут, так как содержание фекалий мало.
Схемы работы
Схема 1 – биогазовая установка без автоматического перемешивания сырья:
Схема 2 – биогазовая установка промышленного типа:
Биогазовая установка – это специальный агрегат, который позволяет перерабатывать отходы сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности в биологические удобрения и биологический газ.
Использование подобной установки позволяет в кратчайшие сроки избавляться от навоза различных видов (включая птичий помет), перерабатывать остатки растений (перезимовавший силос, ботву пищевых культур и т.п.) и качественно утилизировать органические отходы скотобойни и птицефабрики. Время получения биологических отходов и газа, зависит от плотности перерабатываемых материалов и их количества.
Наибольшее распространение подобные установки получили в таких странах, как Германия и Голландия. В последние годы огромное количество китайских фермерских хозяйств и пищевых производств, также оснащаются биогазовыми установками собственного производства.
Устройство биогазовой установки. Следует сказать, что биогазовые установки имеют весьма простую конструкцию. Современные модели таких установок имеют достаточную степень автоматизации, и требуют минимальный контроль со стороны человека. Итак, современная биогазовая установка состоит из:
- Переходная емкость, в которую попадает сырьё в самом начале переработки для подогрева.
- Миксеры, для измельчения крупных частиц травы и навоза.
- Емкость для газа (газгольдер), в которой хранится полученный газ, необходима для поддержания запасов и давления в системе.
- Биореактор, самая главная часть биогазовой установки, в которой происходит брожение сырья и вырабатывается газ.
- Газовая система, набор труб и шлангов подачи и отвода полученного газа.
- Сепараторы сортируют переработанное сырьё на твёрдые и жидкие удобрения.
- Насосы для перекачки сырья и воды.
- Приборы измерения и контроля за давлением в реакторе и температурой подогревающей жидкости.
- Когенерационная станция, служит для распределения полученного газа.
- Аварийные горелки для стравливания лишнего газа из реактора и газгольдера, необходимы для поддержания заданного давления.
На первый взгляд кажется, что устройство биогазовой установки чересчур сложное и запутанное, а в состав ее входят дорогостоящие агрегаты и компоненты. Однако, на самом деле это далеко не так. Большинство компонентов имеют грозные названия, но на самом деле в их основе лежат обыденные предметы. В любом случае, подобные конструкции уже много лет используются людьми по всему миру, а значит, с принципом работы установки можно разобраться без всякого труда.
Принцип работы биогазовой установки. Прежде чем перейти к подробному рассмотрению принципа работы биогазовой установки, следует сказать, что появилось данное устройство исключительно благодаря процессам брожения и разложения. Как известно, любое органическое вещество (с течением времени и при соответствующих условиях) распадается на простейшие химические вещества, одним из которых и является биогаз. Именно на принципах брожения и распада создается любая биогазовая установка, а дополнительные узлы и агрегаты имеют вспомогательные либо контролирующие функции.
Этапы работы биогазовой установки.
- 1. Доставка продуктов переработки и отходов в установку. В том случае, если отходы жидкие их целесообразно доставлять в реактор с помощью специализированных насосов. Более твердые отходы могут доставляться в реактор вручную, либо по средствам транспортной ленты. В некоторых случаях целесообразно подогреть отходы, дабы увеличить их скорость брожения и распада в биореакторе. Для подогрева отходов используется переходная емкость, в которой продукты переработки доводятся до нужной температуры.
- 2. Переработка в реакторе. После переходной емкости, подготовленные (и подогретые!) отходы попадают в реактор. Качественный биореактор представляет собой герметичную конструкцию, изготовленную из особо прочной стали, либо из бетона, имеющего специальное, антикислотное покрытие. В обязательном порядке, реактор должен иметь идеальную тепловую и газовую изоляцию. Даже малейшее попадание воздуха или снижение температуры повлечет остановку процесса брожения и распада. Подогрев реактора осуществляется с помощью трубок с горячей водой. Система автономна. Нагрев воды происходит с помощью вырабатываемого биогаза. Реактор работает без доступа кислорода, в полностью замкнутой среде. Несколько раз в день, с помощью насоса в него можно добавлять новые порции перерабатываемого вещества. Оптимальный температурный режим реактора – около 40 градусов Цельсия. Если температура меньше, то процесс брожения существенно замедлится. Если увеличить температуру, то произойдет быстрое испарение воды, что не позволит отходам полностью распасться. Для того, чтобы ускорить процесс брожения используется специальный миксер. Данное устройство перемешивает субстанцию в реакторе через определенный промежуток времени.
- 3. Выход готового продукта. По истечению определенного времени (от нескольких часов, до нескольких дней) появляются первые результаты брожения. Это биогаз и биологические удобрения. В итоге получившийся биогаз попадает в газгольдер (бак для хранения газа). Давление газа в газгольдеры регулируется с помощью клапанов. В случае чрезмерного давления будут задействованы аварийные горелки, которые попросту сожгут лишний газ, и тем самым стабилизируют давление. Получаемый биогаз нуждается в усушке. Лишь после этого его можно использовать, как обычный природный газ. Отдельно следует сказать, что для поддержания работы биогазовой установки требуется около 15% получаемого газа. В свою очередь биологические удобрения попадают в специально подготовленный бак с сепаратором. Происходит разделение на твердые (биогумус) и жидкие удобрения. Биогумус составляет всего лишь около 5% от общего количества получаемых удобрений. Собственно, удобрения сразу могут быть использованы по назначению. Дополнительной переработки они не требуют. Более того, в Европе существуют целые поточные линии, которые запаковывают полученные биологические удобрения в пластиковые емкости. Торговля подобными удобрениями – достаточно прибыльный бизнес. Работа биогазовой установки непрерывна. Выражаясь проще, в реактор постоянно попадают новые порции перерабатываемого материала, а в газгольдер и сепараторный бак также постоянно попадает газ и биологические удобрения.
Эксплуатация и монтаж биогазовой установки. Монтаж биогазовой установки строго индивидуален. Нельзя просто привезти и собрать вместе все компоненты. Необходимо провести целый ряд подготовительных работ, выкопать несколько крупных котлованов, осуществить качественную изоляцию реактора. Следует учесть все индивидуальные особенности фермерского хозяйства или предприятия, и сделать биогазовую установку актуальной под конкретные задачи. Следить за биогазовой установкой сможет один человек, так как процесс переработки полностью автоматизирован. Эксплуатация установки не требует больших расходов. При хорошем присмотре и своевременном сервисном обслуживании ежегодные затраты на содержание такой установки не превысят 5% ее первоначальной стоимости.
Преимущества использования биогазовой установки. Биогазовая установка по-настоящему волшебное устройство, которое позволяет получать из отходов производства и навоза, действительно необходимые вещи. В частности, можно получить:
- Биогаз
- Биологические удобрения
- Электрическую и тепловую энергию
- Топливо для автомобилей.
Для того, чтобы преобразовывать биогаз в электрическую и тепловую энергию необходимо оснастить установку дополнительными агрегатами. Это увеличивает стоимость самой установки, но позволяет добиться значительной автономии от коммунальных служб, и существенно сократить оплачиваемые счета. Если в автомобиле установлено газовое оборудование, то его можно заправлять газом, которой вырабатывается биогазовой установкой. Естественно, биологический газ потребует дополнительной очистки, которая позволит отфильтровать углекислый газ. После этого автомобиль сможет ездить на газе, который вырабатывается биогазовой установкой. Это помогает значительно экономить на покупке бензина, что при нынешних ценах на топливо очень выгодно.
Кому необходима биогазовая установка?
Как уже было сказано выше, биогазовая установка – технически сложное устройство, которое требует профессионального монтажа и своевременного сервисного обслуживания.
Поэтому мелкому фермеру, хозяйство которого состоит из десятка коров и нескольких гектаров земли, такая техника определенно не нужна. У него попросту нет такого количества навоза, и прочих удобрений, чтобы заставить биогазовую установку работать круглосуточно и приносить значительный доход. И совсем другое дело, если речь зайдет о крупном фермерском хозяйстве, птицефабрике или мясокомбинате. Данные производства ежедневно генерируют сотни килограммов разнообразных отходов, которые попросту некуда девать. Для них покупка биогазовой установки чуть ли не единственный способ решить проблему утилизации отходов, и при этом получать бесплатный газ, электричество и биологические удобрения.
Как показывает практика, подобные биогазовые системы, начинают себя окупать уже через 2 года после установки. Учитывая, что средний срок службы установки – 25 лет, то не сложно подсчитать прибыль, которую принесет подобное оборудование.
Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.
Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.
Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.
Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.
По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.
При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками
Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.
Их помещают в биореактор, где происходит переработка:
- в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
- в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
- смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
- газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
- разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.
Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.
Рост цен на энергоносители заставляет задуматься о возможности обеспечить себя ими самостоятельно. Один из вариантов — биогазовая установка. С ее помощью из навоза, помета и растительных остатков получают биогаз, который после очистки можно использовать для газовых приборов (плиты, котла), закачивать в баллоны и использовать его как топливо для автомобилей или электрогенераторов. В общем — переработка навоза в биогаз может обеспечить все потребности дома или фермы в энергоносителях.
Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами
Общие принципы
Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».
Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.
Различают три режима переработки навоза в биогаз:
- Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
- Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
- Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.
Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.
Схема биогазовой установки
Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.
Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.
Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.
Биогазовая установка по типу расположения может быть:
- Надземной.
- Полузаглубленной.
- Заглубленной.
Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.
Что можно перерабатывать
Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.
Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.
Определение местоположения
Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.
Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком
Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.
Биореактор
К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:
Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.
Из каких материалов можно сделать
Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.
Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.
Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.
Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.
Определение размеров реактора
Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.
Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.
Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.
Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.
При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.
Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.
Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.
Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.
Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.
Сбор и отвод биогаза
Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.
Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.
Очищение от примесей
Примерный состав получаемого биогаза такой:
- метан — до 60%;
- углекислый газ — 35%;
- другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.
Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).
Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.
Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.
Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.
Газгольдер и компрессор
Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.
Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.
Устройства для перемешивания
Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:
- перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
- способствует высвобождению выработанного газа;
- выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
- поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.
Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.
Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.
Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.
Система подогрева и теплоизоляция
Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже +5°C они практически замирают.
Чем греть и где расположить
Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — +60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.
Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать
Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.
Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.
Способы водяного обогрева
По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.
Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья
При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.
Чем утеплять
На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.
Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.
Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.
