У нас в Сербии, да и в Европе в целом, люди не хотят зависить от энергетических и газовых компаний, поэтому стремятся приобрести альтернативные источники энергии. Будь то солнечные батареи, тепловые коллекторы, или биогазовые установки.
Я как-то уже рассказывал в своем журнале о биогазовых установках промышленного производства, теперь мой рассказ о самодельной установке, которая может вырабатывать газ для вашего дома или дачи. Принцип действия понятен из рисунка. Я лишь сделаю пояснения и сообщу назначение некоторых элементов.
Для изготовления установки вам потребуется:
*Две пластиковые бочки по 200 литров (в Сербии в таких бочках солят капусту), но могут быть и металлические бочки от дизельного топлива.
* Пять переходников-штуцеров для соединения элементов с шлангом толщиной не менее 13 мм.
* Пластиковый шланг (длина в зависимости от потребностей установки).
* Пластиковое ведро.
* Пластиковая канистра 3 - 5 литров (от автомобильного масла с завинчивающейся крышкой) для аварийного клапана.
* Две пластиковые трубки диаметром 5 см.
Элемент 1 - на рисунке, БИО газогенератор
Он состоит: из герметичного ствола, двух пластиковых труб и выходного штуцера для биогаза.
В генераторе органическая масса распададатся в процессе гниения, освобождая 60% метана и 40% SO2.
Через первую пластиковую трубку с воронкой, мелко нарезанные отходы биомассы засыпаются, смешиваются с водой в соотношении 10% биомассы и 90% дождевой воды (мягкая вода).
Хорошо, если бы ещё добавить естественную смесь свежего навоза от коров, свиней и птицы, чтобы таким образом ввести микроорганизмы от которых зависит производство биогаза. За неимением, можно добавить немного грязи из реки или пруда, чтобы ускорить процесс.
Процесс занимает около 3-х недель, чтобы газ был сформирован. На ранней стадии вы заметите, что газ выделяется, но знайте, что это SO2 - углекислый газ, который не является горючим. Только после того, как пройдет 3 недели, присходит образование метана, - биогаза.
В нижней части контейнера с течением времени появляется остаток, который является отличным натуральным удобрение для овощей в садоводстве.
Идеальная температура составляет от 12 до 36 градусов, защитите бочку от попадания прямых солнечных лучей в тени, а зимой от замерзания. Имейте в виду, что это бочка "живая", то есть она содержит миллиарды микроорганизмов, работающих на процесс разложения биомассы.
В случае, если вы БИО Газогенератор "пережарите" или "заморозите" - исчезнут микроорганизмы, так что весь процесс придется начинать заново.
Элемент 2 на рисунке представляет собой контейнер для сбора биогаза и гидрозатвор
Она состоит из открытй пластиковой бочки, ведра и двух штуцеров (вентил) для потока газа и разновеса (тегови) .
В этом контейнере - бочке на 200 литров, собран газ, как это показано на рисунке. Обеспечивает простое и гибкое решение без потери газа. Кроме того, вода еще выполняет функцию фильтра, очищая метан от примесей.
Обратите внимание на то, что газ поднял емкость с водой, и это указывает на количество собранного газа.
Масса разновеса поможет сделать давление газа достаточным, который далее направляется в аварийный клапан, элемент № 4.
Держите этот контейнер наполненным водой и защищенным от замерзания.
Элемент 3 - горелка
Элемент 4 - Аварийный клапан
Аварийный клапан состоит из пластиковой канистры с водой, с завинчивающейся крышкой и двух переходников.
Пустые канистры из под масла для автомобиля - хорошая импровизация.
Аварийный клапан предназначен для перехвата пламени, чтобы остановить обратный эффект. Аварийный клапан расположен между Элементом 3 - горелкой и контейнером для сбора газа, Элемент 2.
Крайне важно, чтобы вы установили аврийный клапан, чтобы предотвратить возможность зажигания контейнера с газом, что привело бы к аварии или взрыву.
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.
Тема альтернативных видов топлива актуальная уже несколько десятилетий. Биогаз – это природный источник топлива, который можно получать и использовать самостоятельно, особенно если у вас есть домашний скот.
Что это такое
По составу биогаз похож на , добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:
- Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
- Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
- Этот газ очищается и выводится из реактора.
- Переработанная биомасса – это отличное удобрение, которое отводится из реактора для обогащения полей.
Производство своими руками биогаза в домашних условиях возможно при условии, что вы живете в деревне и у вас есть доступ к отходам животноводства. Это хороший вариант топлива для животноводческих ферм и сельскохозяйственных предприятий.
Преимущество биогаза в том, что он позволяет сократить выбросы метана и дает источник альтернативной энергии. В результате переработки биомассы образуется удобрение для огородов и полей, что является дополнительным преимуществом.
Чтобы получить биогаз своими руками, вам нужно построить биореактор для переработки навоза, птичьего помета и других органических отходов. В качестве сырья используются:
- сточные воды;
- солома;
- трава;
- речной ил.
Важно не допускать попадания в реактор химических примесей, так как они мешают процессу переработки.
Варианты использования
Переработка навоза в биогаз дает возможность получать электрическую, тепловую и механическую энергию. Это топливо используется в промышленных масштабах или в частных домах. Его применяют для:
- отопления;
- освещения;
- нагрева воды;
- работы двигателей внутреннего сгорания.
С помощью биореактора можно создать собственную энергетическую базу для обеспечения частного дома или сельскохозяйственного производства.
Теплоэлектростанции на биогазе – это альтернативный способ отопления личного подсобного хозяйства или небольшого поселка. Органические отходы можно преобразовывать в электричество, что гораздо дешевле, чем проводить его на участок и платить коммунальные платежи. Биогаз можно использовать для приготовления пищи на газовых плитах. Большое преимущество биотоплива в том, что это неиссякаемый, восполняемый источник энергии.
Эффективность биотоплива
Биогаз из помета и навоза не имеет цвета и запаха. Он дает столько же тепла, сколько природный газ. Один кубометр биогаза дает энергии столько же, сколько дает 1,5 кг угля.
Чаще всего фермерские хозяйства не утилизируют отходы от домашнего скота, а складируют их на одном участке. В результате метан выделяется в атмосферу, навоз теряет свои свойства как удобрение. Своевременно переработанные отходы принесут гораздо больше пользы фермерскому хозяйству.
Рассчитать эффективность утилизации навоза таким способом легко. Средняя корова дает в сутки 30-40 кг навоза. Из этой массы получается 1,5 кубометра газа. Из такого количества вырабатывается электроэнергии 3 кВт/ч.
Как построить реактор на биоматериале
Биореакторы – это емкости из бетона с отверстиями для отвода сырья. Перед строительством нужно выбрать место на участке. Размер реактора зависит от количества биомассы, которая у вас появляется ежедневно. Она должна заполнять емкость на 2/3.
Если биомассы немного, вместо бетонной емкости, можно взять железную, например, обычную бочку. Но она должна быть крепкой, с качественными сварными швами.
Количество сделанного газа напрямую зависит от объема сырья. В маленькой емкости его получится немного. Чтобы получить 100 кубометров биогаза, нужно переработать тонну биологической массы.
Для повышения прочности установки ее обычно заглубляют в землю. Реактор должен иметь входную трубу для загрузки биомассы и отводное отверстие для удаления отработанного материала. Сверху в баке должно быть отверстие, через которое выводится биогаз. Лучше закрывать его на гидрозатвор.
Для правильной реакции емкость должна быть герметично закрыта, без доступа воздуха. Гидрозатвор обеспечит своевременный вывод газов, что предотвратит взрыв системы.
Реактор для большого хозяйства
Простая схема биореактора подходит для небольших хозяйств с 1-2 животными. Если вы владеете фермой, лучше всего установить промышленный реактор, который справится с большими объемами топлива. Лучше всего привлечь специальные фирмы, занимающиеся разработкой проекта и установкой системы.
Промышленные комплексы состоят из:
- Емкости промежуточного хранения;
- Установки-смесителя;
- Небольшой ТЭЦ, которая дает энергию для отопления зданий и теплиц, а также электричество;
- Емкости для ферментированного навоза, используемого как удобрение.
Наиболее эффективный вариант – постройка одного комплекса для нескольких соседних хозяйств. Чем больше биоматериала перерабатывается, тем больше энергии получается в результате.
Перед тем как получить биогаз, промышленные установки нужно согласовать с санэпидемстанцией, пожарной и газовой инспекцией. Они документально оформляются, существуют специальные нормы по расположению всех элементов.
Как рассчитать объем реактора
Объем реактора зависит от количества отходов, образующихся ежедневно. Помните, что емкость нужно заполнять только на 2/3 для эффективного брожения. Также учитывайте время брожения, температуру и тип сырья.
Навоз лучше всего разбавлять водой перед отправкой в реактор. Для переработки навоза при температуре 35-40 градусов понадобится примерно 2 недели. Чтобы рассчитать объем, определите начальный объем отходов с водой и прибавьте 25-30%. Объем биомассы должен быть одинаковым каждые две недели.
Как обеспечить активность биомассы
Для правильного брожения биомассы лучше всего подогревать смесь. В южных регионах температура воздуха способствует началу брожения. Если вы живете на севере или в средней полосе, можете подключить дополнительные нагревательные элементы.
Для запуска процесса нужна температура 38 градусов. Есть несколько способов ее обеспечения:
- Змеевик под реактором, подключенный к системе отопления;
- Нагревательные элементы внутри емкости;
- Прямой нагрев емкости электрическими отопительными приборами.
В биологической массе уже находятся бактерии, которые нужны для получения биогаза. Они просыпаются и начинают активность при повышении температуры воздуха.
Лучше всего подогревать их автоматическими нагревательными системами. Они включаются при поступлении в реактор холодной массы и автоматически выключаются, когда температура достигает нужного значения. Такие системы устанавливаются в водонагревательных котлах, их можно купить в магазинах газового оборудования.
Если вы обеспечите нагрев до 30-40 градусов, то на переработку уйдет 12-30 дней. Это зависит от состава и объема массы. При нагреве до 50 градусов активность бактерий увеличивается, и переработка занимает 3-7 дней. Минус таких установок в больших затратах на поддержание высокой температуры. Они сравнимы с количеством получаемого топлива, поэтому система становится неэффективной.
Другой способ активации анаэробных бактерий – перемешивание биомассы. Вы можете самостоятельно установить валы в котле и вывести ручку наружу, чтобы помешивать массу при необходимости. Но гораздо удобнее сконструировать автоматическую систему, которая перемешает массу без вашего участия.
Правильный отвод газа
Биогаз из навоза выводится через верхнюю крышку реактора. В процессе брожения она должна быть плотно закрыта. Обычно используется водяной затвор. Он контролирует давление в системе, при возрастании крышка поднимается, срабатывает спусковой клапан. В качестве противовеса используется гиря. На выходе газ очищается водой и поступает по трубкам дальше. Очищение водой необходимо, чтобы убрать водяные пары из газа, иначе он не сгорит.
Прежде чем перерабатывать биогаз в энергию, его нужно накопить. Хранить его следует в газгольдере:
- Его изготавливают в форме купола и устанавливают на выходе из реактора.
- Чаще всего его делают из железа и покрывают несколькими слоями краски для предотвращения коррозии.
- В промышленных комплексах газгольдер представляет собой отдельный резервуар.
Еще один вариант, как сделать газгольдер: использовать мешок из ПВХ. Этот эластичный материал растягивается по мере наполнения мешка. При необходимости в нем можно хранить большое количество биогаза.
Подземная установка для производства биотоплива
Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.
С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.
Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.
Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.
Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.
Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.
Общие сведения о биогазе
Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.
Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:
Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.
Оставшаяся доля веществ (25-45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.
Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.
Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.
Технология получения биогаза
Суть эффективного производства - ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе - генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.
Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.
Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.
Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.
Схема биогазовой установки
Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.
Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:
- герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
- организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
- установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
- предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.
Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:
1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.
Как получить биогаз в домашних условиях?
Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.
Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:
Заключение
Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.
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
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:
Напоследок приведём список полезной информации, которая поможет вам избежать дополнительных проблем при создании биогазовой установки:
- Практика говорит, что для обогрева жилого помещения площадью 50 м 2 необходимо затратить газа объёмом 3,5 м 3 в час.
- Нежелательно применять биогаз напрямую для приготовления пищи, потому что могут измениться вкусовые качества.
- Необходимо избегать попадания в сырьё твёрдых предметов (гаек, болтов и т.п.), потому что оборудование может испортиться.
Чтобы биогаз стабильно горел, он должен соответствовать определённым стандартам:
- содержание метана минимум 65% (оптимальное содержание от 90 до 95%);
- должны отсутствовать водяные пары, водород и углекислый газ;
- нормальное давление при подаче газа 12,5 бар;
В случае, если при скачке давления или по другим причинам газ потухнет, а его подача будет продолжаться, может привести к трагическим последствиям. Поэтому следует использовать современное оборудование с датчиками газового контроля.