Газ широко применяется как для промышленности, в том числе и химической (например, сырье для получения пластмасс) так и в быту. В бытовых условиях газ используют для отопления жилых частных и многоквартирных домов, приготовления пищи, нагревания воды, как топливо для машин и т.д.
В экологическом отношении газ один из самых чистых видов топлива. Если сравнить с другими видами топлива наименьшее количество выбросов вредных веществ.
Но если мы говорим о газе то автоматически подразумеваем природный газ добываемый из земных недр.
Как то однажды я на ткнулся в газете на статью в которой рассказывалось как один дед собрал не хитрую установку и получает газ из навоза. Меня эта тема очень заинтересовала. И я хотел бы рассказать об этой альтернативе природному газу – это биогаз. Я считаю, что эта тема довольно интересна и полезна простым людям и особенно фермерам.
На подворье любого крестьянского хозяйства можно использовать не только энергию ветра, солнца, но и биогаза.
Биогаз — газообразное топливо, продукт анаэробного микробиологического разложения органических веществ. Технология получения газа экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обеззараживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.
Сырьем для получения биогаза является обыкновенный навоз, листья, трава, в общем, любой органический мусор: ботва, пищевые отходы, опавшие листья.
Получаемый газ — метан это результат жизнедеятельности метановых бактерий. Из метана — его еще называют болотным или рудничным газом на 90-98 % состоит природный газ, который используется в быту.
Установка для получения газа очень проста в изготовлении. Нам нужна основная емкость, ее можно сварить самому либо использовать какую — то уже готовую это может быть все что угодно. По бокам емкости нужно установить теплоизоляцию, для использования установки в холодное время года. Сверху делаем пару люков. От одного из них присоединяем трубки для отвода газа. Для интенсивного процесса брожения и выделения газа, смесь нужно периодически перемешивать. Поэтому нужно установить приспособление для перемешивания. Далее газ нужно собрать и складировать либо использовать по назначению. Для сбора газа можно использовать обычную автомобильную камеру, а далее если имеется компрессор сжимать и закачивать в баллоны.
Принцип работы довольно прост: через один люк загружается навоз. Внутри происходит разложение этой биомассы специальными метановыми бактериями. Чтобы процесс проходил интенсивнее, содержимое нужно перемешивать и желательно подогревать. Для обогрева можно установить внутри трубки по которым должна циркулировать горячая вода. Метан выделившийся в результатом жизнедеятельности бактерий по трубкам попадает в автомобильные камеры, а когда его накапливается достаточное количество, при помощи компрессора сжимаем и закачиваем в баллоны.
В теплую погоду или при использовании искусственного подогрева установка может давать достаточно большое количество газа, около 8 м 3 /сут.
Так же газ возможно получать из бытовых отходов со свалок, но проблемой являются химикаты используемые в быту.
Метановые бактерии находятся в кишечники животных и, следовательно, в навозе. Но для того чтобы они начали работать нужно ограничить их взаимодействие с кислородом, так как он угнетает их жизнедеятельность. Именно поэтому нужно создавать специальные установки, чтобы бактерии не контактировали с воздухом.
В получаемом биогазе концентрация метана немногониже чем вприродном, следовательно при е го сжигании он будет давать немного меньше тепла. При сжигании 1 м 3 природного газа выделяется 7-7,5 Гкал, то при биогаза — 6-6.5 Гкал.
Этот газ подходит как для отопления (у нас еще есть общие сведения об отоплении ) так и для использования в бытовых плитах. Себестоимость биогаза низкая, а в некоторых случаях вообще практически равна нулю, если все сделано из подручных материалов и вы держите, например корову.
Отходы от производства газа- это биогумус — органическое удобрении в котором в процессе гниения без доступа кислорода перегнивает все от семян сорняков, а остаются только полезные микроэлементы необходимые растениям.
За границей даже есть методы создания искусственных месторождений газа. Выглядит это следующим образом. Поскольку большая доля в выбрасываемом бытовом мусоре это органика, которая может гнить и давать биогаз. Чтобы газ начал выделятся нужно лишить органику взаимодействия своздухом. Поэтому отходы закатывают слоями, а верхний слой делают из газоводонепроницаемого материала, например глины. Потом бурят скважины и добывают газ как из природных месторождений. И одновременно решается несколько проблем, это утилизация отходов и получение энергии.
При каких условиях получается биогаз?
Условия получения и энергетическая ценность биогаза
Для того что бы собрать малогабаритную установку необходимо знать из какого сырья и по какой технологии можно получить биогаз.
Газ получается в процессе разложения (ферментации) органических веществ без доступа воздуха (анаэробный процесс): помет домашних животных, солома, ботва, опавшие листья и др. органические отходы, образующиеся в индивидуальном хозяйстве. Отсюда следует, что биогаз можно получать из любых хозяйственно бытовых отходов которые могут разлагаться и бродить в жидком или влажном состоянии.
Процесс разложения (ферментации) проходит в две фазы:
- Разложение биомассы (гидротация);
- Газификация (выделение биогаза).
Эти процессы происходят в ферментаторе (анаэробной биогазовой установке).
Ил полученный после разложения в биогазовых установках, повышает плодородие почв и урожайность повышается 10-50%. Таким образом, получается ценнейшее удобрение.
Биогаз состоит из смеси газов:
- метан-55-75%;
- углекислый газ-23-33%;
- сероводород-7%.
Метановое брожение — это сложный процесс брожения органических веществ — бактериальный процесс. Главное условие протекания этого процесса, наличие тепла.
В процессе разложения биомассы образуется тепло, которого достаточно для протекания процесса, что бы сохранить это тепло ферментатор необходимо теплоизолировать. При понижении температуры в ферментаторе снижается интенсивность газовыделения, так как микробиологические процессы в органической массе замедляются. Поэтому надежная теплоизоляция биогазовой установки (биоферментатора) одно из наиболее важных условий ее нормальной работы. При загрузке навоза в ферменттатор необходимо смешивать с горячей водой с температурой 35-40 о С. Это поможет обеспечить необходимый режим его работы.
При догрузке потери тепла нужно сводить к минимуму Инженерная помощь по биогазу
Для лучшего обогрева ферментатора можно использовать «тепличный эффекта». Для этого над куполом устанавливают деревянный или легкий металлический каркас и покрывают полиэтиленовой пленкой. Наилучшие результаты достигаются при температуре сырья, которое сбраживается 30-32°С и влажности 90-95 %. В районах средней и северной полосы часть получаемого газа необходимо расходовать в холодные периоды года на дополнительный подогрев сбраживаемой массы, что усложняет конструкцию биогазовых установок.
Установки несложно соорудить в индивидуальных хозяйствах в виде специальных ферментаторов для сбраживания биомассы. Основным органическим сырьем для загрузки в ферментатор является навоз.
При первой загрузке навоза КРС процесс ферментации должен быть не менее 20 сут, свиного не менее 30 сут. Газа получить можно больше при загрузке смеси из различных компонентов по сравнению с загрузкой, например навоза КРС.
Например, смесь навоза КРС и птичьего помета при переработке дает до 70% метана в биогазе.
После того как процесс сбраживания стабилизировался, нужно загружать сырье каждый день не более 10% от количества перерабатываемой в ферментаторе массы.
При ферментации помимо производства газа происходит обеззараживание органических веществ. Органические отходы избавляются от патогенной микрофлоры, дезодорация выделяемых неприятных запахов.
Образующийся ил нужно периодически выгружать из ферментатора, его используют как удобрение.
При первом наполнении биогазовой установки отбираемый газ не горит, это происходит, потому что первый полученный газ содержит большое количество углекислого газа, около 60%. Поэтому его необходимо выпустить в атмосферу, и через 1-3 дня работа биогазовой установки стабилизируется.
Таблица №1- количество газа получаемого получаемого за сутки при ферментации экскриментов одного животного
По количеству выделяемой энергии 1 м 3 биогаза эквивалентен:
- 1,5 кг каменного угля;
- 0,6 кг керосина;
- 2 кВт/ч электроэнергии;
- 3,5 кг дров;
- 12 кг навозных брикетов.
Конструкция малогабаритных биогазовых установок
Рисунок 1 — Схема простейшей биогазовой установоки с пирамидальным куполом: 1 — яма для навоза; 2 — канавка — гидрозатвор; 3 — колокол для сбора газа; 4, 5 — патрубок для отвода газа; 6 — манометр.
Согласно приведенным на рисунке 1, размерам оборудуют яму 1 и купол 3. Яму облицовывают железобетонными плитами толщиной 10 см, которые штукатурят цементным раствором и для герметичности покрывают смолой. Из кровельного железа сваривают колокол высотой 3 м, в верхней части которого будет скапливаться биогаз. Для зашиты от коррозии колокол периодически красят двумя слоями масляной краски. Еще лучше предварительно покрыть колокол изнутри свинцовым суриком. В верхней части колокола устанавливают патруоок 4 для отвода биогаза и манометр 5 для измерения его давления. Газа отводящий патрубок 6 можно изготовить из резинового шланга, пластмассовой или металлической трубы.
Вокруг ямы — ферментатора устраивают бетонную канавку — гидрозатвор 2. наполненную водой, в которую погружают нижний бортик колокола на 0.5 м.
Рисунок 2 — Устройство для отвода конденсата: 1 — трубопровод для отвода газа; 2 — U-образная труба для конденсата; 3 — конденсат.
Подавать газ, например к кухонной плите можно по металлическим, пластмассовым или резиновым трубкам. Чтобы зимой из-за замерзания конденсирующейся воды трубки не размерзались, применяют несложное устройство показанное на рисунке 2: U — образную трубку 2 присоединяют к трубопроводу 1 в самой нижней точке. Высота ее свободной части должна быть больше давления биогаза (в мм. вод. ст.). Конденсат 3 сливается через свободный конец трубки, при этом не будет утечки газа.
Рисунок 3 — Схема простейшей биогазовой установоки с коническим куполом: 1 — яма для навоза; 2 — купол (колокол); 3 — расширенная часть патрубка; 4 — труба для отвода газа; 5 — канавка — гидрозатвор.
В установке приведенной на рисунке 3 яму 1 диаметром 4 мм глубиной 2 м обкладывают внутри кровельным железом, листы которого плотно сваривают. Внутреннюю поверхность сварного резервуара покрывают смолой для антикоррозионной зашиты. С наружной стороны верхней кромки резервуара из бетона устраивают кольцевую канавку 5 глубиной до 1 м, которую заливают водой. В нее свободно устанавливают вертикальную часть купола 2, закрывающую резервуар. Таким образом, канавка с залитой в нее водой служит гидрозатвором. Биогаз собирается в верхней части купола, откуда через выпускной патрубок 3 и далее по трубопроводу 4 (или шлангу) подается к месту использования.
В круглый резервуар 1 загружается около 12 куб.м органической массы (желательно свежего навоза), которая заливается жидкой фракцией навоза (мочой) без добавления воды. Через неделю после заполнения ферментатор начинает работать. В данной установке емкость ферментатора составляет 12 куб,м, что дает возможность сооружать ее для 2-3 семей, дома которых расположены недалеко. Такую установку можно построить на подворье, если семья выращивает, например бычков или содержит несколько коров.
Рисунок 4 — Схемы вариантов простейших установок: 1 — подача органических отходов; 2 — емкость для органических отходов; 3 — место сбора газа под куполом; 4 — патрубок для отвода газа; 5 — отвод ила; 6 — манометр; 7 — купол из полиэтиленовой пленки; 8 — водяной затвор и ; 9 — груз; 10 — цельносклеенный полиэтиленовый мешок.
Конструктивно-технологические схемы простейших малогабаритных установок приведены на рисунке 4. Стрелками обозначены технологические перемещения исходной органической массы, газа, ила. Конструктивно купол может быть жестким или изготовленным из полиэтиленовой пленки. Жесткий купол можно выполнить с длинной цилиндрической частью для глубокого погружения в перерабатываемую массу плавающимрисунок 4, г, или вставленным в гидравлический затвор рисунок 4, д. Купол из пленки можно вставить в гидрозатвор рисунок 4, е, или изготовить в виде цельносклеенного большого мешка рисунок 4, ж. В последнем исполнении на мешок из пленки укладывают груз 9 чтобы мешок не очень раздувался, а также для образования под пленкой достаточного давления.
Газ, который собирается под куполом или пленкой, поступает по газопроводу к месту использования. Чтобы избежать взрыва газа на выпускном патрубке можно установить отрегулированный на определенное давление клапан. Однако, опасность взрыва газа маловероятна, поскольку при значительном повышении давления газа под куполом последний будет приподнятый в гидравлическом затворе на критическую высоту и опрокинется, выпустив при этом газ.
Выработка биогаза может быть снижена из-за того, что на поверхности органического сырья в ферментаторе при ее брожении образуется корка. Для того, чтобы она не препятствовала выходу газа, ее разбивают, перемешивая массу в ферментаторе. Перемешивать можно не вручную, а путем присоединения снизу к куполу металлической вилки. Купол поднимается в гидравлическом затворе на определенную высоту при накоплении газа и опускается по мере его использования.
Благодаря систематическо.му движению купола сверху-вниз, соединенные с куполом вилки будут разрушать корку.
Высокая влажность и наличие сероводорода (до 0,5 %) способствует повышенной коррозии металлических частей биогазовых установок. Поэтому состояние всех металлических элементов ферментатора регулярно контролируют и места повреждении тщательно защищают, лучше всего свинцовым суриком в один или два слоя, а затем красят в два слоя любой масляной краской.
Рисунок 5. Схема биогазовой установки с подогревом: 1 — ферментатор; 2 — деревянный щит; 3 — заливная горловина; 4 — метантанк; 5 — мешалка; 6 — патрубок для отбора биогаза; 7 — теплоизоляционная прослойка; 8 — решетка; 9 — сливной кран для переработанной массы; 10 — канал для подачи воздуха; 11 — воздуходувка.
Биогазовая установка с подогревом сбраживаемой массы теплом, выделяемым при разложении навоза, в аэробном ферментаторе, приведена на рисунке 5. включает метантанк — цилиндрическую металлическую емкость с заливной горловиной 3. сливным краном 9. механической мешалкой 5 и патрубком 6 отбора биогаза.
Ферментатор 1 можно сделать прямоугольным и3 деревянных материалов. Для выгрузки обработанного навоза соковые стенки выполнены съемными. Пол ферментатора — решетчатый, через технологический канал 10 воздух продувают из воздуходувки 11. Сверху ферментатор закрывают деревянными шитами 2. Чтобы уменьшить потери тепла, стенки и днище изготавливают с теплоизоляционной прослойкой 7.
Работает установка так. В метантанк 4 через головину 3 заливают предварительно подготовленный жидкий навоз влажностью 88-92 %, уровень жидкости определяют по нижней части заливной горловины. Аэробный ферментатор 1 через верхнюю открывающуюся часть заполняют подстилочным навозом или смесью навоза с рыхлым сухим органическим наполнителем (солома, опилки) влажностью 65-69 %. При подаче воздуха через технологический канал в ферментаторе начинает разлагаться органическая масса и выделяется тепло. Его достаточно для подогрева содержимого метантанка. В результате происходит выделение биогаза. Он накапливается в верхней части метантанка. Через патрубок 6 его используют для бытовых нужд. В процессе сбраживания навоз в метантенке перемешивается мешалкой 5.
Такая установка окупится уже за год только за счет утилизации отходов в личном хозяйстве. Приблизительные значения по расходу биогаза приведены в таблице 2.
Таблица №2 – приблизительные значения по расходу биогаза
Примечание: установка может работать в любой климатической зоне.
Рисунок 6 — Схема индивидуальной биогазовой установки ИБГУ-1: 1 — заливная горловина; 2 — .мешалка; 3 — патрубок, для отбора газа; 4 — теплоизоляционная прослойка; 5 — патрубок с краном для выгрузки переработанной массы; 6 — термометр.
Индивидуальная биогазовая установка (ИБГУ-1) для семьи, имеющей от 2 до 6 коров или 20-60 свиней, или 100-300 голов птицы (рисунок 6). Установка ежесуточно может перерабатывать от 100 до 300 кг навоза и производит 100-300 кг экологически чистых органических удобрений и 3-12 м 3 биогаза.
Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.
Рачительные хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать результат в качестве топлива.
Поэтому в нашем материале речь пойдет о технологии получения биогаза, также мы расскажем о том, как соорудить биоэнергетическую установку.
Определение требующегося объема
Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземного сооружения
Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.
С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.
Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.
Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.
Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.
Выводы и полезное видео по теме
Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:
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.
Биогаз - это газ, добываемый брожением биомассы. Таким способом можно получить водород или метан. Нас интересует именно метан, как альтернатива природному газу. Метан не имеет цвета и запаха и легко воспламеняется. Учитывая, что сырье для получения биогаза находится буквально под ногами, себестоимость такого газа существенно меньше природного, и на этом можно хорошо сэкономить. Вот цифры из Википедии "Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150-500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза - это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % - можно получить из жира.", "На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза."
Инструменты и материалы:
-Пластиковая емкость 750 литров;
-Пластиковая емкость 500 литров;
-Сантехнические трубы и переходники;
-Цемент для ПВХ-труб;
-Эпоксидный клей;
-Нож;
-Ножовка;
-Молоток;
-Ключи рожковые;
-Газовая арматура (подробно в шаге 7);
Шаг первый: еще немного теории
Некоторое время назад, мастер сделал прототип биогазовой установки.
И его засыпали вопросами и просьбами помочь со сборкой. В итоге установкой заинтересовались даже власти штата (мастер проживает в Индии).
Следующим шагом мастеру пришлось сделать более полноценную установку. Рассмотрим, что она из себя представляет.
-Установка состоит из резервуара-хранилища, в котором хранится органический материал, и микроорганизмы перерабатывая его, выделяют газ.
-Полученный таким образом газ собирается в резервуаре, известном как газовый коллектор. В модели с плавающим типом этот резервуар плавает в суспензии и перемещается вверх и вниз в зависимости от количества газа, хранящегося в нем
-Направляющая труба помогает резервуару коллектора газа перемещаться вверх и вниз внутри резервуара-накопителя.
-Отходы подаются через подающую трубу внутри бака-накопителя.
-Полностью переработанная суспензия стекает через выпускную трубу. Её можно собирать, разбавлять и использовать в качестве удобрения для растений.
-Из газового коллектора газ по трубе подается к приборам потребления (газовые плиты, колонки, генераторы)
Шаг второй: выбор емкости
Для выбора емкости нужно учитывать сколько отходов можно собрать за день. По словам мастера есть правило, где на 5 кг отходов нужна емкость 1000 литров. У мастера это примерно 3,5 - 4 кг. Значит емкость нужна 700-800 литров. В итоге мастер приобрел емкость 750 литров.
Установка с плавающим типом газового коллектора, значит нужно подобрать такую емкость, что бы потери газа были минимальны. Для этих целей подошел резервуар на 500 литров. Эта 500 литровая емкость будет перемещаться внутри 750 литровой. Расстояние между стенками двух емкостей около 5 см с каждой стороны. Емкости нужно выбирать, которые будут стойки к солнечному свету и агрессивной среде.
Шаг третий: подготовка резервуара
Срезает верхнюю часть с меньшего резервуара. Сначала ножом делает отверстие, затем пропиливает ножовочным полотном по линии среза.
Верхнюю часть 750 литровой емкости, тоже нужно срезать. Диаметр срезаемой части крышка меньшего бака + 4 см.
Шаг четвертый: подающая труба
В нижней части большего резервуара нужно установить входную трубу. Через нее внутрь будет засыпаться биотопливо. Труба имеет диаметр 120 мм. Вырезает в бочке отверстие. Устанавливает колено. С обеих сторон фиксирует соединение эпоксидным клеем типа "холодная сварка".
Шаг пятый: труба для слива суспензии
Для сбора суспензии в верхней части большего резервуара устанавливает трубу диаметром 50 мм и длиной 300 мм.
Шаг шестой: направляющие
Как вы уже поняли, внутри большой емкости будет свободно "плавать" меньшая. По мере заполнения внутреннего бака газом он будет притапливаться и наоборот. Для его свободного перемещения вверх-вниз, мастер делает четыре направляющих. В "ушах" делает вырезы под 32 мм трубу. Закрепляет трубу как показано на фото. Длина трубы 32 см.
На внутренней емкости тоже крепятся 4 направляющих из 40 мм трубы.
Шаг седьмой: газовая арматура
Подача газа делится как бы на три участка: от газового коллектора до трубы, от трубы до баллона, от баллона до газовой печки.
Мастеру нужно три трубы по 2,5 м с резьбовыми наконечниками, 2 крана, уплотнительные прокладки, резьбовые переходники, ФУМ - лента и скобы для крепления.
Для установки газовой арматуры мастер в верхней части (бывшей нижней, т.е. 500 литровый баллон переворачивается "вверх ногами") по центру делает отверстие. Устанавливает арматуру, место соединения герметизирует эпоксидкой.
Шаг восьмой: сборка
Теперь нужно установить емкость на ровную твердую поверхность. Место установки должно быть максимально солнечным. Расстояние между установкой и кухней должно быть минимальным.
Устанавливает внутрь направляющих трубок трубки меньшего диаметра. Трубу для слива излишней суспензии удлиняет.
Удлиняет входную трубу. Соединение фиксирует с помощью цемента для ПВХ-труб.
Устанавливает вовнутрь большого резервуара газовый накопитель. Ориентирует его по направляющим.
Шаг девятый: первый запуск
Для первоначального запуска биогазовой установки такого Для такого объема нужно около 80 кг коровьего навоза. Навоз разводится 300 литрами нехлорированой воды. Так же мастер добавляет специальную добавку для ускорения роста бактерий. Добавка состоит из концентрированного сока сахарного тростника, кокоса и пальмы. По-видимому, это что то, типа дрожжей. Заливает эту массу через входную трубу. После заливки входную трубу нужно промыть и установить заглушку.
Через пару дней газовый накопитель начнет подниматься вверх. Это начался процесс газообразования. Как только накопитель будет заполнен, образовавшийся газ нужно стравить. Первый газ содержит много примесей, да и в накопителе был воздух.
Шаг десятый: топливо
Процесс газообразования запущен и теперь нужно разобраться, что можно, а что нельзя использовать в качестве топлива.
Итак, для топлива подойдут: гнилые овощи, очистки овощей и фруктов, негодные молочные продукты, пережаренное масло, сорняки порезанные, отходы жизнедеятельности домашнего скота и птицы и т.д. Множество негодных отходов растительного и животного мира можно использовать в установке. Куски нужно измельчать, как можно мельче. Это ускорит процесс переработки.
Нельзя использовать: очистки лука и чеснока, яичную скорлупу, кости, волокнистые материалы.
Теперь разберем вопрос о кол-ве загружаемого топлива. Как уже было сказано, на такую емкость нужно 3,5 - 4 кг топлива. Переработка топлива занимает от 30 до 50 дней, в зависимости от вида топлива. Каждый день добавляя по 4 кг топлива, в течении 30 дней из него будет вырабатываться ежедневно около 750 г газа. Переполнение установки приведет к переизбытку топлива, кислотности и недостатке бактерий. Мастер напоминает, что по правилам, на 1000 л объема необходимо 5 кг топлива ежедневно.
Шаг одиннадцатый: плунжер
Для облегчения загрузки топлива мастер изготовил плунжер.
Конечно же, биогаз своими руками – это не для всех. Во-первых, надо быть владельцем частного дома. Самодельная установка имеет размеры и варианты установки, при которых условия квартиры категорически не подходят. Во-вторых, в домашних условиях возможно только при наличии органических отходов в большом количестве. И в-третьих, пожалуй, самое главное, нужны знания.
Придумывать установку нет смысла – все уже давным-давно придумано. Но чтобы реализовать уже готовую идею по готовым чертежам – это надо понимать. Инструмент, смекалка, понимание и осознание схемы устройства и еще и желание, которое позволит не отступиться от намеченной цели – это все очень важно.
Подытожим:
- Место. Только частные дворы, где расположены свободные от застроек и деревьев участки площадью до 10 м2. Рассматривать также стоит такие варианты, когда над самой установкой в перспективе возможно сооружение здания хозяйственного или даже жилого типа.
- Материал. Нержавеющая сталь, кирпич, бетон, трубы (металлические и/или пластиковые) – это самое основное. Добавим в этот список инструменты: сварочное оборудование, бетономешалки, металлорежущий инструмент.
- Сырье. Основным источником биогаза может быть только органика – навоз, отходы растительного происхождения, отходы забойного цеха. Каждый вид сырья дает свое количество биогаза определенного качества. В любом случае, сырья должно быть достаточно, чтобы повысить рентабельность.
- Понимание и осознание идеи. Можно и без этого: пригласил, заплатил, получил – зачем понимание? Но только даже самая примитивная и рассчитанная на малое производство биогаза установка стоит дорого, а вся суть – получить все необходимое, основываясь на собственные силы. Так что тут надо быть носителем негласного звания «народный умелец».
Многие европейские фермеры давно перешли на этот альтернативный вид топлива. Окупаемость биогенератора – 3-5 лет, все зависит от масштабов потребления. К примеру, датские владельцы миниферм, с поголовьем скота всего до 50-100 голов, ухитряются собственными установками получать биогаз, который полностью удовлетворяет потребности как жилого дома, так и самой фермы. Уют дома и на ферме благодаря биогазу собственного производства у них воспринимается как уже что-то обычное.
Как это работает
Во всей биоустановке главным является практически каждый элемент:
- Резервуар – емкость, в которой происходит брожение биомассы за счет действия бактерий. Разных размеров и из разного материала резервуар служит своеобразной кастрюлей. Правильней его будет назвать биореактор. Это сложнейшая конструкция должна не только вмещать биомассу для брожения, но и обладать такими качествами как надежность и долговечность. Установка по производству биогаза – не многоразовое построение. Нужно сделать один раз и только совершенствовать конструкцию, иначе рентабельность упадет ниже нуля.
- Соединительные элементы, которые должны не травить газ. Метан – взрывоопасный газ и случайная искра может привести к плачевным последствиям.
- Система перемешивания массы сырья. В кустарных условиях изготовить довольно сложно, но крайне желательно. Регулярное перемешивание повышает производительность.
- Система утепления реактора. Надежное и качественное утепление позволяет поддерживать необходимую температуру внутри реактора. Бактерии способны выживать при низких температурах, но при этом они не жизнеспособны. И хотя температура внутри будет всегда выше нуля, ее необходимо уметь поддерживать и контролировать.
- Газгольдер – емкость для временного (до потребления) хранения газа. В кустарных условиях представлен резервуаром из стали.
- Фильтровальная система или система фильтрации. Полученный в результате брожения газ желательно очистить от СО2.
Сырье, поступая в биореактор, начинает бродить. Выделяемый газ не чистый. В нем присутствует доля метана (до 80-90%), углекислого газа (до 20-30%), водорода (до 5-10%). Периодическое перемешивание способствует частоте выделения газа. Газ попадает в газгольдер, далее с систему фильтрации, а потом к потребляемому агрегату (котел, печь и т.п.).
Основные моменты
Биогаз в домашних условиях получать можно в разных объемах и разного качества. На это влияют некоторые факторы:
- Количество сырья. Для непрерывной работы биореактора биомасса должна периодически подаваться внутрь. Частота подачи зависит от размеров реактора. Высокая производительность достигается заполнением емкости на 75%. Меньший показатель снижает эффективность производства, как и загрузка свыше 75%.
- Происхождение сырья. Навоз или кукурузная масса – разница существенна. Обычно отталкиваются от наличия того или иного вида сырья. К примеру, огромное количество высокого качества метана можно получить из животных жиров – до 1500 м3 из тонны сырья. При этом содержание метана также будет максимально возможным – до 90%. Меньшие показатели имеет производство биогаза из водорослей – до 250-300 м3 из тонны.
- Частота подачи сырья. Брожение должно завершиться практически полностью, выделяемая вода должна быть спущена, неперебродившие остатки утилизированы и только тогда возможна новая подача определенного количества. В кустарных условиях этот процесс довольно сложно контролировать. Промышленные установки более прогрессивны и весь процесс контролируется автоматикой.
- Комбинирование сырья. Некоторые виды биомасс могут дополнять друг друга, выступая катализаторами химических процессов внутри реактора. Некоторые, наоборот, способны замедлить ход реакции. К примеру, зерновая барда в сочетании с навозом дает в результате соединения неплохие результаты. Тогда как жиры не сочетаются с практически любым другим видом сырья.
Таблица показывает объем получаемого газа (в м3) из одной тонны сырья:
Как использовать
Биогаз в домашних условиях можно использовать исходя из его количества и качества. Обычно это отопление хозяйственных построек или жилого дома. При небольших объемах газа может хватать только на подогрев воды, но в таком случае нужно пересмотреть рентабельность установки. Некоторые мастера довели свои конструкции до огромных значений производительности и полностью забыли о потреблении государственной электроэнергии и природного газа.
В любом случае, посредством установки для получения биогаза, реализуется несколько положительных моментов как для потребителя газа, так и для всего человечества в целом:
- переход на не затратное производство,
- экономия средств,
- частичная утилизация отходов,
- предотвращение глобального потепления.
Человечество сделало гигантский скачок вперед, научившись управлять природой и бытом. Биогаз, как альтернативное топливо и вид энергии, теперь стало возможным получать в домашних условиях. Конечно, несколько отпугивает дороговизна оборудования, но расчеты по окупаемости показывают, что биореактор дома является выгодным и целесообразным решением.
Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50 o C).
Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.
Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.
Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30 o C. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:
Термофильные установки с температурой от +43 o C до +52 o C являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50 o C требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.
Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.
Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.
Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.
Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок
Схемы самодельных биогазовых установок
Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.
Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»
Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.
Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.
Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.
Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.
Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.
Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.
Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.
В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.
Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.
С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.
Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов
В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.
Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.
Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.
Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.
Расчет объема бункера для переработки
Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.
Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны
Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.
Юридическое оформление
Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:
- Технологическая схема установки.
- План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
- Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.
Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.
Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м 3 навозной жижи дадут в сутки 80 м 3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м 3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м 3 . В чистом остатке у вас 46 м 3 в день. И это при небольшой установке.
Итоги
Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.
