Технология это не новая. Она начала развиваться еще в 18 веке, когда Ян Гельмонт – химик – обнаружил, что навоз выделяет газы, которые способны к воспламенению.
Его исследования продолжил Алессандро Вольта и Хэмфри Деви, которые нашли в газовой смеси метан. В конце 19 века в Англии биогаз из навоза использовали в уличных фонарях. В середина 20 столетия были обнаружены бактерии, которые производят метан и его предшественников.
Дело в том, что в навозе поочередно работают три группы микроорганизмов, которые питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих бактерий. Первыми начинают работу ацетогенные бактерии, которые растворяют углеводы, белки и жиры в навозной жиже.
После переработки анаэробными микроорганизмами питательного запаса образуется метан, вода и диоксид углерода. Из-за наличия воды биогаз на данной стадии не способен гореть – ему нужна очистка, поэтому его пропускают через очистные сооружения.
Что такое биометан
Газ, полученный в результате разложения навозной биомассы, является аналогом природного газа. Он почти в 2 раза легче воздуха, поэтому всегда поднимается вверх. Этим объясняется технология производства искусственным методом: вверху оставляют свободное пространство, чтобы вещество могло выделяться и накапливаться, откуда его потом выкачивают насосами для использования в собственных нуждах.
Метан сильно влияет на возникновение парникового эффекта – гораздо больше, чем углекислый газ – в 21 раз. Поэтому, технология переработки навоза – не только экономичный, но и экологичный способ утилизации отходов животноводства.
Биометан используют для следующих потребностей:
- приготовления пищи;
- в двигателях внутреннего сгорания автомобилей;
- для отопления частного дома.
Биогаз выделяет большое количество тепла. 1 кубический метр равноценен сгоранию 1,5 кг каменного угля.
Как получают биометан
Получить его можно не только из навоза, но и водорослей, растительной массы, жира и других животных отходов, остатков переработки сырья рыбных цехов. В зависимости от качества исходного материала, его энергетической емкости, зависит конечный выход газовой смеси.
Минимально получают от 50 кубометров газа с тонны навоза крупного рогатого скота. Максимально – 1 300 кубометров после переработки животного жира. Содержание метана при этом – до 90%.
Один из видов биологического газа – свалочный. Он образуется при разложении мусора на загородных свалках. На Западе уже есть оборудование, которое перерабатывает отходы населения и превращает их в топливо. Как вид бизнеса – это неограниченные ресурсы.
Под его сырьевую базу попадают:
- пищевая промышленность;
- животноводство;
- птицеводство;
- рыбный промысел и перерабатывающие комбинаты;
- молокозаводы;
- производство алкогольных и слабоалкогольных напитков.
Любая промышленность вынуждена утилизировать свои отходы – это дорого и нерентабельно. В домашних условиях при помощи небольшой самодельной установки можно решить сразу несколько проблем: бесплатное отопление дома, удобрение земельного участка высококачественным питательным веществом, оставшимся от переработки навоза, освобождение места и отсутствие запахов.
Технология получения биологического топлива
Все бактерии, которые принимают участие в образовании биогаза, являются анаэробными, то есть кислород для жизнедеятельности им не нужен. Для этого сооружают полностью герметичные емкости для брожения, отводные трубы которых также не пропускают воздух извне.
После заливки в резервуар сырьевой жидкости и повышения температуры до нужной величины бактерии начинают работу. Начинает выделяться метан, который поднимается с поверхности навозной жижи. Он направляется в специальные подушки или резервуары, после чего фильтруется и попадает в газовые баллоны.
Отработанная бактериями жидкость скапливается на дне, откуда ее периодически откачивают и также отправляют на хранение. После этого в резервуар закачивают новую порцию навоза.
Температурный режим функционирования бактерий
Для переработки навоза в биогаз необходимо создать подходящие условия для работы бактерий. некоторые из них активизируются при температуре выше 30 градусов – мезофильные. При этом процесс идет медленнее и первую продукцию можно получить через 2 недели.
Термофильные бактерии работают при температуре от 50 до 70 градусов. Сроки получения биогаза из навоза сокращаются до 3 дней. При этом отходы представляют собой ферментированный шлам, который используют на полях в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. В шламе отсутствуют патогенные микроорганизмы, гельминты и сорняки, так как они погибают при воздействии высоких температур.
Есть особый вид термофильных бактерий, которые способны выжить в среде, нагретой до 90 градусов. Их добавляют в сырье, чтобы ускорить процесс брожения.
Понижение температуры ведет к снижению активности термофильных или мезофильных бактерий. В частных хозяйствах чаще используют мезофиллы, так как для них не нужно специально подогревать жидкость и производство газа обходится дешевле. Впоследствии, когда будет получена первая партия газа, его можно использовать для подогрева реактора с термофильными микроорганизмами.
Важно! Метаногены не переносят резких скачков температур, поэтому зимой их необходимо содержать в тепле постоянно
Как подготовить сырье для заливки в реактор
Для производства биогаза из навоза не нужно специально подсаживать микроорганизмы в жидкость, потому что они уже находятся в экскрементах животных. Нужно лишь поддерживать температурный режим и вовремя подливать новый раствор навоза. Его необходимо правильно готовить.
Влажность раствора должна быть 90% (консистенция жидкой сметаны), поэтому сухие виды экскрементов для начала заливаются водой – кроличий помет, конский, овечий, козий. Свиной навоз в чистом виде не нуждается в разбавлении, так как содержит много мочи.
Следующий этап – разбить твердые частицы навоза. Чем мельче будет фракция, тем лучше бактерии переработают смесь и тем больше газа получится на выходе. Для этого в установках применяют мешалку, постоянно работающую. Она снижает риск образования твердой корки на поверхности жидкости.
Для производства биогаза подходят те виды навоза, которые имеют самую высокую кислотность. Их еще называют холодными – свиной и коровий. Снижение кислотности приостанавливает деятельность микроорганизмов, поэтому необходимо следить в начале, сколько времени необходимо, чтобы они полностью переработали объем резервуара. Затем долить следующую дозу.
Технология очистки газа
При переработке навоза в биогаз получается:
- 70% метана;
- 30% углекислого газа;
- 1% примесей сероводорода и других летучих соединений.
Чтобы биогаз стал пригодным для использования в хозяйстве, его необходимо очистить от примесей. Чтобы удалить сероводород применяют специальные фильтры. Дело в том, что летучие сероводородные соединения, растворяясь в воде, образуют кислоту. Она способствует появлению ржавчины на стенках труб или резервуара, если они изготовлены из металла.
- Полученный газ сжимается под давлением 9 – 11 атмосфер.
- Подается в резервуар с водой, где примеси растворяются в жидкости.
В промышленных масштабах для очистки применяют известь или активированный уголь, а также специальные фильтры.
Как уменьшить содержание влаги
Самостоятельно избавиться от примесей воды в газе можно несколькими способами. Один из них – принцип самогонного аппарата. По холодной трубе газ направляется вверх. Жидкость при этом конденсируется и стекает вниз. Для этого трубу проводят под землей, где температура естественным образом снижается. По мере подъема, температура также поднимается, и осушенный газ попадает в хранилище.
Второй вариант – гидрозатвор. После выхода газ поступает в емкость с водой и там очищается от примесей. Такой метод называется одноэтапным, когда с помощью воды биогаз чистят сразу от всех летучих веществ и влаги.
Принцип гидрозатвора
Какие установки применяют для получения биогаза
Если установку планируется разместить вблизи фермы, то лучшим вариантом будет разборная конструкция, которую легко перевезти в другое место. Основной элемент установки – биореактор, в который заливается сырье и происходит процесс брожения. На крупных предприятиях используют цистерны объемом 50 кубических метров.
В частных хозяйствах строят подземные резервуары в качестве биореактора. Их выкладывают из кирпича в подготовленную яму и обмазывают цементом. Бетон повышает степень безопасности конструкции и препятствует попаданию воздуха. Объем зависит от того, сколько сырья в день получают с домашних животных.
Поверхностные системы также популярны в домашних условиях. При желании установку можно разобрать и перенести в другое место, в отличие от стационарного подземного реактора. В качестве цистерны используют пластиковые, металлические или поливинилхлоридные бочки.
По типу управления имеются:
- автоматические станции, в которых долив и откачка отработанного сырья осуществляется без участия человека;
- механические, где весь процесс контролируется вручную.
С помощью насоса можно облегчить освобождение резервуара, в который попадают отходы после брожения. Некоторые народные умельцы применяют насосы для откачки газа из подушек (например, автомобильных камер) в очистное сооружение.
Схема самодельной установки для получения биогаза из навоза
Перед сооружением биогазовой установки на своем участке необходимо ознакомиться с потенциальной опасностью, которая может взорвать реактор. Главное условие – отсутствие кислорода.
Метан – это взрывоопасный газ и он способен воспламеняться, но для этого его необходимо нагреть выше 500 градусов. Если биогаз смешается с воздухом, возникнет избыточное давление, которое разорвет реактор. Бетонный может треснуть и будет не пригоден для дальнейшего использования.
Видео: Биогаз из птичьего помета
Чтобы давление не сорвало крышку, применяют противовес, защитную прокладку между крышкой и резервуаром. Емкость заполняют не до конца – должно оставаться как минимум 10% объема для выхода газа. Лучше – 20%.
Итак, чтобы сделать у себя на участке биореактор со всеми приспособлениями, необходимо:
- Удачно выбрать место, чтобы оно находилось подальше от жилья (мало ли что).
- Рассчитать предположительное количество навоза, которое ежедневно выдают животные. Как считать – читать ниже.
- Определиться, где проложить загрузочную и отгрузочную трубу, а также трубу для конденсации влаги в полученном газе.
- Определиться с местом расположения резервуара для отходов (по умолчанию удобрения).
- Вырыть котлован, исходя из расчетов количества сырья.
- Выбрать емкость, которая будет служить резервуаром для навоза и установить ее в котлован. Если планируется бетонный реактор, тогда дно котлована заливается бетоном, стенки выкладываются кирпичом и штукатурятся бетонным раствором. После этого необходимо дать время просохнуть.
- Стыковки между реактором и трубами также герметизируются на этапе закладки резервуара.
- Обустроить люк для осмотра реактора. Между ним ставится герметичная прокладка.
Если климат холодный, то перед бетонированием или установкой пластикового резервуара продумывают способы его обогрева. Это могут быть нагревательные приборы или лента, используемая в технологии «теплый пол».
В конце работ проверить реактор на герметичность.
Расчет количества газа
Из одной тонны навоза можно получить примерно 100 кубических метров газа. Вопрос – сколько помета дают домашние животные в сутки:
- курица – 165 г в сутки;
- корова – 35 кг;
- коза – 1 кг;
- конь – 15 кг;
- овца – 1 кг;
- свинья – 5 кг.
Умножить эти показатели на количество голов и получится суточная доза экскрементов, подлежащих переработке.
Больше газа получают от коров и свиней. Если добавить в смесь такие энергетически мощные растения как кукуруза, свекольная ботва, просо, то количество биогаза увеличится. Большой потенциал у болотных растений и водорослей.
Самый высокий – у отходов мясоперабатывающих комбинатов. Если такие хозяйства есть поблизости, то можно скооперироваться и установить один реактор на всех. Сроки окупаемости биореактора 1 – 2 года.
Отходы биомассы после получения газа
После переработки навоза в реакторе побочным продуктом является биошлам. При анаэробной переработке отходов бактерии растворяют около 30% органического вещества. Остальное выделяется в неизменном виде.
Жидкая субстанция также является побочным продуктом метанового брожения и также используется в сельском хозяйстве для корневых подкормок.
Углекислый газ – ненужная фракция, которую производители биогаза стремятся удалить. Но если растворить ее в воде, то эта жидкость также может приносить пользу.
Полное использование продуктов биогазовой установки
Чтобы полностью утилизировать продукты, получаемые после переработки навоза, необходимо содержать теплицу. Во-первых – органическое удобрение можно использовать для круглогодичного выращивания овощей, урожайность которых будет стабильной.
Во-вторых – углекислый газ используется как подкормка – корневая или внекорневая, а его на выходе получается около 30%. Растения поглощают углекислоту из воздуха и при этом лучше растут и набирают зеленую массу. Если проконсультироваться со специалистами данной области, то они помогут установить оборудование, которое переводит углекислый газ из жидкой формы в летучее вещество.
Видео: Биогаз за 2 дня
Дело в том, что для содержания животноводческой фермы полученных энергоресурсов может быть много, особенно летом, когда не нужен подогрев коровника или свинарника.
Поэтому рекомендуется заняться еще одним прибыльным видом деятельности – экологически чистая теплица. Остатки продукции можно хранить в охлаждаемых помещениях – за счет все той же энергии. Холодильное или любое другое оборудование может работать на электричестве, которое вырабатывает газовая аккумуляторная батарея.
Использование в качестве удобрения
Кроме выработки газа биореактор полезен тем, что отходы используются в качестве ценного удобрения, которое сохраняет почти весь азот и фосфаты. При внесении в почву навоза 30 – 40% азота безвозвратно теряется.
Чтобы уменьшить потери азотных веществ, в грунт вносят свежие экскременты, но тогда выделяющийся метан повреждает корневую систему растений. После переработки навоза метан идет на собственные нужды, а все питательные вещества сохраняются.
Калий и фосфор после ферментации переходят в хелатную форму, которая усваивается растениями на 90%. Если смотреть в общем, то 1 тонна ферментированного навоза способна заменить 70 – 80 тонн обычных животных экскрементов.
Анаэробная переработка сохраняет весь имеющийся в навозе азот, переводя его в аммонийную форму, что на 20% увеличивает урожаи любых культур.
Такое вещество не опасно для корневой системы и может вноситься за 2 недели до высадки культур в открытый грунт, чтобы органика успела переработаться на этот раз почвенными аэробными микроорганизмами.
Перед использованием биоудобрение разводят водой в соотношении 1:60. Для этого подходит как сухая, так и жидкая фракция, которая после сбраживания также поступает в резервуар для отработанного сырья.
На гектар нужно от 700 до 1 000 кг/л неразбавленного удобрения. Учитывая, что с одного кубического метра площади реактора в день получается до 40 кг удобрений, то за месяц можно обеспечить не только свой участок, но и соседский, продавая органику.
Какие питательные вещества можно получить после отработки навоза
Основная ценность ферментированного навоза как удобрения – в наличии гуминовых кислот, которые как оболочка сохраняют ионы калия и фосфора. Окисляясь на воздухе при длительном хранении, микроэлементы утрачивают свои полезные качества, но при анаэробной переработке, наоборот, приобретают.
Гуматы положительно влияют на физико-химический состав грунта. В результате внесения органики, даже самые тяжелые почвы становятся более проницаемыми для влаги. Вдобавок, органические вещества являются пищей почвенных бактерий. Они дальше перерабатывают остатки, которые «недоели» анаэробы и выделяют гуминовые кислоты. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, которые полностью усваивают.
Кроме основных – азота, калия и фосфора – в составе биоудобрения есть микроэлементы. Но их количество зависит от исходного сырья – растительного или животного происхождения.
Способы хранения шлама
Лучше всего хранить ферментированный навоз в сухом виде. Так его удобнее фасовать и транспортировать. Сухое вещество меньше теряет полезных свойств и его можно хранить в закрытом виде. Хотя в течение года такое удобрение вообще не портится, но дальше его нужно закрыть в мешок или емкость.
Жидкие формы необходимо сохранять в закрытых емкостях с плотно закручивающейся крышкой, чтобы не выветривался азот.
Основная проблема производителей биоудобрений – сбыт в зимнее время, когда растения находятся в состоянии покоя. На мировом рынке стоимость удобрений такого качества колеблется в пределах 130$ за тонну. Если наладить линию по расфасовке концентратов, то окупить свой реактор можно в течение двух лет.
Чем заменить навоз на даче: сидераты как альтернативное удобрение
Повышение цен на энергоресурсы вынуждает искать альтернативные варианты обогрева. Хороших результатов можно добиться путем самостоятельного производства биогаза из доступного органического сырья. В этой статье мы расскажем о цикле производства, устройстве биореактора и сопутствующем оборудовании.
При соблюдении элементарных эксплуатационных правил газовый реактор полностью безопасен и способен обеспечить топливом и электроэнергией хоть небольшой дом, хоть целый агропромышленный комплекс. Результат работы биореактора — не только газ, но и один из самых ценных видов удобрений, основная составляющая натурального гумуса.
Как получают биогаз
Для получения биогаза органическое сырье помещают в условия, благоприятные для развития нескольких видов бактерий, которые в процессе жизнедеятельности выделяют метан. Биомасса проходит три цикла превращений, и на каждом этапе принимают участие разные штаммы анаэробных организмов. Кислород для их жизнедеятельности не требуется, но имеет большое значение состав сырья и его консистенция, а также температура и внутреннее давление. Оптимальными считаются условия с температурой 40-60 °С при давлении до 0,05 атм. Загруженное сырье начинает вырабатывать газ после продолжительной активации, которая занимает от нескольких недель до полугода.
Начало выхода газа в расчетном объеме свидетельствует о том, что колонии бактерий уже достаточно многочисленны, поэтому спустя 1-2 недели в реактор дозировано добавляют свежее сырье, которое почти сразу активируется и вступает в цикл производства.
Для поддержания оптимальных условий сырье периодически перемешивают, используют часть тепла от газового отопления для поддержания температуры. Полученный газ содержит от 30 до 80% метана, 15-50% углекислого газа, небольшие примеси азота, водорода и сероводорода. Для использования в хозяйстве газ обогащают, удаляя из него углекислоту, после этого топливо может быть применено в широком спектре энергооборудования: от двигателей электростанций до отопительных котлов.
Какое сырье подходит для производства
Вопреки расхожему мнению, навоз не является лучшим сырьем для производства биогаза. Выход топлива из тонны чистого навоза всего 50-70 м 3 с концентрацией 28-30%. Однако именно в отходах жизнедеятельности животных содержится большинство необходимых бактерий для быстрого запуска и поддержания эффективной работы реактора.
По этой причине навоз смешивают с отходами растениеводства и пищевой промышленности в соотношении 1:3. В качестве растительного сырья используют:
Сырье нельзя просто засыпать в реактор, нужна определенная подготовка. Исходный субстрат измельчают до фракции 0,4-0,7 мм и разбавляют водой в количестве около 25-30% от сухой массы. В больших объемах смесь требует более тщательного смешивания в устройствах гомогенизации, после чего она готова к загрузке в реактор.
Строительство биореактора
Требования к условиям размещения реактора такие же, как и для пассивного септика. Основная часть биореактора — метантенк — емкость, в которой происходит весь процесс сбраживания. Для снижения затрат на прогрев массы реактор вкапывают в землю. Таким образом температура среды не опускается ниже 12-16 °С, а отток тепла, образующийся при реакции, остается минимальным.
Схема биогазовой установки: 1 — бункер загрузки сырья; 2 — биогаз; 3 — биомасса; 4 — бак компенсатор; 5 — люк для извлечения отходов; 6 — клапан сброса давления; 7 — газовая трубка; 8 — гидрозатвор; 9 — к потребителям
Для метантенков объемом до 3 м 3 допускается использовать капроновые емкости. Поскольку толщина и материал их стенок не препятствуют оттоку тепла, емкости обкладывают слоями пенополистирола или влагостойкой минеральной ваты. Дно котлована бетонируют стяжкой 7-10 см с армированием, чтобы исключить выдавливание реактора из грунта.
Самый подходящий материал для строительства крупных реакторов — армированный керамзитобетон. Он имеет достаточную прочность, низкую теплопроводность и высокий эксплуатационный ресурс. Перед заливкой стен камеры нужно смонтировать наклонную трубу для подачи смеси в реактор. Ее диаметр составляет 200-350 мм, нижний конец должен находиться в 20-30 см от дна.
В верхней части метантенка расположен газгольдер — купольная или конусная конструкция, концентрирующая газ в верхней точке. Газгольдер может быть выполнен из листового металла, однако в небольших установках свод выполняют кирпичной кладкой, а затем оббивают стальной сеткой и штукатурят. При сооружении газгольдера необходимо предусмотреть в его верхней части герметичный проход двух трубок: для забора газа и установки клапана сброса давления. Еще одну трубу диаметром 50-70 мм закладывают для откачки отработанной массы.
Емкость реактора должна быть герметичной и выдерживать давление в 0,1 атм. Для этого внутреннюю поверхность метантенка покрывают сплошным слоем обмазочной битумной гидроизоляции, а на вершине газгольдера монтируют герметичный люк.
Отвод газа и обогащение
Из-под купола газгольдера газ отводят через трубопровод в емкость с водяным затвором. Толщина водного слоя над выходом трубки определяет рабочее давление в реакторе и обычно составляет 250-400 мм.
После водяного затвора газ может использоваться в отопительном оборудовании и для приготовления пищи. Однако для работы двигателей внутреннего сгорания нужно более высокое содержание метана, поэтому газ обогащают.
Первый этап обогащения — снижение концентрации углекислоты в газе. Для этого можно использовать специальное оборудование, работающее на принципе химической абсорбции или на полупроницаемых мембранах. В домашних условиях обогащение возможно также методом пропускания газа через толщу воды, в которой растворяется до половины СО 2 . Газ распыляется на мелкие пузырьки через трубчатые аэраторы, насыщенная углекислотой вода должна периодически отводиться и распыляться в условиях нормальной атмосферы. В растениеводческих комплексах такую воду успешно используют в системах гидропоники.
На втором этапе обогащения снижают влажности газа. Эта функция присутствует в большинстве обогатительных устройств фабричного изготовления. Самодельные осушители имеют вид Z-образной трубки, заполненной силикагелем.
Использование биогаза: специфика и оборудование
Большинство современных моделей отопительной техники рассчитаны на работу с биогазом. Устаревшие котлы могут быть относительно легко переоборудованы заменой горелки и устройства подготовки газовоздушной смеси.
Для получения газа под рабочим давлением используется обычный поршневой компрессор с ресивером, установленный на работу с давлением в 1,2 от расчетного. Нормализация давления осуществляется газовым редуктором, это помогает избежать перепадов и поддерживать ровное пламя.
Производительность биореактора должна быть как минимум на 50% выше потребления. Излишков газа в производстве не образуется: когда давление превышает 0,05-0,065 атм, реакция почти полностью замедляется, и восстанавливается только после того, как часть газа будет откачана.
Биогаз - газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трех видов бактерий.
В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих.
Первый вид - бактерии гидролизные, второй - кислотообразующие, третий - метанообразующие.
В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. В процессе брожения из биоотходов вырабатывается биогаз. Этот газ может использоваться как обычный природный газ - для обогрева, выработки электроэнергии. Его можно сжимать, использовать для заправки автомобиля, накапливать, перекачивать. По сути, как хозяин и полноправный владелец вы получаете собственную газовую скважину и доходы от нее. Регистрировать собственную установку пока еще нигде не нужно.
Состав и качество биогаза
50-87% метана, 13-50% СO2, незначительные примеси Н2 и H2S. После очистки биогаза от СO2 получается биометан; это - полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.
Поскольку лишь метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно для описания качества газа, выхода газа и количества газа все относить к метану, с его нормируемыми показателями.
Объем газов зависит от температуры и давления. Высокие температуры приводят к растяжению газа и к уменьшаемому вместе с объемом уровню калорийности, и наоборот. При возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием (температура 0 С, атмосферное давление 1 бар, относительная влажность газа 0%). В целом данные о производстве газа выражают в литрах (л) или кубометрах метана на килограмм органического сухого вещества (оСВ); это намного точнее и красноречивее, нежели данные в кубических метрах биогаза в кубометрах свежего субстрата.
Сырье для получения биогаза
Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помет, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цехов (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов - соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля - технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков - жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки - мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов - очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.
Расчет полезного биогаза в фермерском хозяйстве
Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. 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 - 1300 м3 с содержанием метана до 87% - можно получить из жира.
Различают теоретический (физически возможный) и технически реализуемый выход газа. В 1950-1970-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30% от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на обычной установке с 60% до 95%.
В биогазовых расчетах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Сама по себе вода, содержащаяся в биомассе, не дает газа.
На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 л биогаза.
Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные, а затем определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание, быстро разлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).
Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить. Когда биогаз ассоциировался с навозом (на селе такая ситуация сохранилась и сегодня - спрашивал в таежном районном центре, Верховажье Вологодской области), применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.
А ведь, кроме отходов, биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, к примеру из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 500 м3 из 1 т.
Свалочный газ - одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.
Экологический аспект в использовании биогаза
Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз сильнее, чем смесь СO2, и находится в атмосфере до 12 лет. Захват и ограничение распространения метана - лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления. Вот где на стыке исследований выявляется еще одна, мало исследования пока область науки.
Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.
Производство биогаза
Различают промышленные и кустарные установки.
Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространенный промышленный метод - анаэробное сбраживание в метантенках.
Надежная биогазовая установка должна иметь необходимые части:
Емкость гомогенизации;
загрузчик твердого (жидкого) сырья;
непосредственно реактор;
мешалки;
газгольдер;
система смешивания воды и отопления;
газовая система;
насосная станция;
сепаратор;
приборы контроля;
система безопасности.
Особенности установки по производству биогаза
В промышленной установке отходы (сырье) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный железобетонный резервуар, оборудованный миксерами.
В реакторе «живут» полезные бактерии, которые питаются отходами. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма - отходов, подогрев до 35 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, практически герметичен и неопасен.
Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология.
К примеру, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Он позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей.
Знаковые факторы, влияющие на процесс брожения:
Температура;
влажность среды;
уровень рН;
соотношение С: N: Р;
площадь поверхности частиц сырья;
частота подачи субстрата;
замедляющие реакцию вещества;
стимулирующие добавки.
Применение биогаза
Биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара или в качестве автомобильного топлива. Биогазовые установки могут использоваться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах и как частный случай могут заменить даже ветеринарно-санитарный завод, где падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясокостной муки.
Экология потребления.Усадьба: Выгодно ли производить биотопливо в домашних условиях в малых количествах в личном подсобном хозяйстве? Если у вас есть несколько металлических бочек и прочего железного хлама, а также бездна свободного времени и вы не знаете, как им распорядиться - да.
Предположим, природного газа в вашей деревне не было и не будет. А даже если есть, он денег стоит. Хотя и на порядок дешевле, чем разорительное отопление электричеством и жидким топливом. Ближайший цех по производству пеллет находится в паре сотен километров, везти накладно. Дрова купить с каждым годом всё сложнее, да и топить ими хлопотно. На этом фоне весьма заманчиво выглядит идея получать дармовой биогаз на собственном подворье из сорняков, куриного помёта, навоза от любимой свинки или содержимого хозяйского нужника. Достаточно лишь смастерить биореактор! По телевизору рассказывают, как экономные немецкие фермеры согревают себя «навозными» ресурсами и никакой «Газпром» им теперь не нужен. Вот уж где справедлива поговорка «с фекалий плёнку снимет». Интернет пестрит статьями и роликами на тему «биогаз из биомасс» и «биогазовая установка своими руками». Но о практическом применении технологии у нас мало что известно: про производство биогаза в домашних условиях говорят все, кому не лень, но конкретные примеры в деревне, так же, как и легендарный Ё-Мобиль на дороге, мало кто видел живьём. Попробуем разобраться, почему это так и каковы перспективы прогрессивных биоэнергетических технологий на селе.
Что такое биогаз + немного истории
Биогаз образуется в результате последовательного трёхступенчатого разложения (гидролиз, кислото- и метанообразование) биомассы различными видами бактерий. Полезная горючая составляющая - метан, может присутствовать также водород.
Процесс бактериального разложения, в результате которого образуется горючий метан
В большей или меньшей степени горючие газы образуются в процессе разложения любых остатков животного и растительного происхождения.
Ориентировочный состав биогаза, конкретные пропорции составляющих зависят от применяемых сырья и технологии
Люди издавна пытаются использовать этот вид природного топлива, в средневековых хрониках содержатся упоминания о том, что жители низменных районов нынешней Германии ещё тысячелетие назад получали биогаз из гниющей растительности, погружая в болотную жижу кожаные мехи. В тёмные средние века и даже просвещённые столетия наиболее талантливые метеористы, благодаря специально подобранной диете умевшие пустить и вовремя поджечь обильный метановый flatus, вызывали неизменный восторг публики на весёлых ярмарочных представлениях. Промышленные биогазовые установки с переменным успехом начали строить с середины XIX века. В СССР в 80-е годы прошлого века была принята, но не реализована госпрограмма по развитию отрасли, хотя с десяток производств всё же запустили. За рубежом технология получения биогаза совершенствуется продвигается относительно активно, общее число работающих установок исчисляется десятками тысяч. В развитых странах (ЕЭС, США, Канада, Австралия) это высокоавтоматизированные крупные комплексы, в развивающихся (Китай, Индия) - полукустарные биогазовые установки для дома и небольшого крестьянского хозяйства.
Процентное соотношение числа биогазовых установок в странах Евросоюза. Отчётливо видно, что технология активно развивается только в Германии, причина - солидные государственные дотации и налоговые льготы
Какое применение находит биогаз
Понятно, что в качестве топлива, раз он горит. Отопление производственных и жилых зданий, генерация электроэнергии, приготовление пищи. Однако не всё так просто, как показывают в роликах, разбросанных по ютюбу. Биогаз должен стабильно гореть в теплогенерирующих установках. Для этого его параметры газовой среды необходимо привести к довольно жёстким стандартам. Содержание метана должно быть не ниже 65% (оптимум 90-95%), водород отсутствовать, водяные пары выведены, углекислый газ удалён, оставшиеся составляющие инертны к высоким температурам.
Использовать биогаз «навозно-животного» происхождения, не освобождённый от зловонных примесей, в жилых домах невозможно.
Нормируемое давление - 12,5 бар, при значении менее 8-10 бар автоматика в современных моделях отопительного оборудования и кухонного оборудования прекращает подачу газа. Очень важно, чтобы характеристики поступающего в теплогенератор газа были стабильными. В случае скачка давления за пределы нормы сработает клапан, включать обратно придётся вручную. Плохо, если используются устаревшие газовые приборы, не оснащённые системой газ-контроля. В лучшем случае может выйти из строя горелка отопительного котла. Худший вариант - газ потухнет, но его поступление не прекратится. А это уже чревато трагедией. Обобщим сказанное: характеристики биогаза необходимо привести к необходимым параметрам, а технику безопасности соблюдать неукоснительно. Упрощённая технологическая цепочка получения биогаза. Важный этап - сепарация и газоотделение
Какое сырьё используют для получения биогаза
Растительное и животное сырьё
- Растительное сырьё отлично подходит для производства биогаза: из свежей травы можно получить максимальный выход топлива - до 250 м3 на тонну сырья, содержание метана до 70%. Несколько меньше, до 220 м3 можно получить из кукурузного силоса, до 180 м3 из свекольной ботвы. Пригодны любые зелёные растения, хороши водоросли, сено (100 м3 из тонны), но пускать ценные корма на топливо имеет смысл лишь при их явном избытке. Невелик выход метана из жома, образующегося при изготовлении соков, масел и биодизеля, но и материал дармовой. Недостаток растительного сырья - длительный производственный цикл, 1,5-2 месяца. Можно получать биогаз и из целлюлозы, других медленно разлагающихся растительных отходов, но эффективность крайне низкая, метана образуется мало, производственный цикл очень длительный. В заключение скажем, что растительное сырьё обязательно должно быть мелко измельчено.
- Сырьё животного происхождения: традиционные рога и копыта, отходы молокозаводов, боен и перерабатывающих предприятий также пригодно и тоже в измельчённом виде. Самая богатая «руда» - животные жиры, выход высококачественного биогаза с концентрацией метана до 87% достигает 1500 м3 на тонну. Тем не менее, животное сырьё в дефиците и, как правило, ему находят иное применение.
Горючий газ из экскрементов
- Навоз дёшев и во многих хозяйствах имеется в достатке, однако выход и качество биогаза значительно ниже, чем из других видов. Коровьи лепёшки и лошадиные яблочки можно использовать в чистом виде, ферментация начинается сразу, выход биогаза 60 м2 на тонну сырья с невысоким содержанием метана (до 60%). Производственный цикл короткий, 10-15 дней. Свиной навоз и куриный помёт токсичны - чтобы полезные бактерии могли развиваться, его смешивают с растительными отходами, силосом. Большую проблему представляют моющие составы, ПАВы, которые применяются при уборке животноводческих помещений. Вкупе с антибиотиками, которые в большом количестве попадают в навоз, они угнетают бактериальную среду и тормозят образование метана. Не применять дезинфицирующих средств вовсе невозможно и агропредприятия, вложившиеся в производство газа из навоза, вынуждены искать компромисс между гигиеной и контролем над заболеваемостью животных с одной стороны и поддержанием продуктивности биореакторов с другой.
- Человеческие экскременты, совершенно бесплатные, тоже подходят. Но использовать обычные канализационные стоки нерентабельно, слишком мала концентрация фекалий и высока дезинфицирующих средств, ПАВ. Технологи утверждают, что их можно было бы использовать лишь в случае, если в канализацию будут поступать «продукты» только из унитаза при условии, что смыв чаши осуществляется лишь одним литром воды (стандарт 4/8 л). И без моющих средств, естественно.
Дополнительные требования к сырью
Серьёзная проблема, с которой сталкиваются хозяйства, установившие у себя современное оборудование для получения биогаза - сырьё не должно содержать твёрдых включений, случайно попавший в массу камень, гайка, кусок проволоки или доска закупорит трубопровод, выведет из строя дорогостоящий фекальный насос или мешалку. Нужно сказать, что приведенные данные по максимальному выходу газа из сырья соответствуют идеальным лабораторным условиям. Чтобы приблизиться в реальном производстве к этим цифрам, необходимо соблюсти ряд условий: поддерживать необходимую температуру, периодически перемешивать мелко измельчённое сырье, вносить добавки, активизирующие ферментацию и т.д. На кустарной установке, собранной по рекомендациям статей о «получении биогаза своими руками», едва лишь можно достичь 20% от максимального уровня, высокотехнологические установки позволяют добиваться значений в 60-95%.
Достаточно объективные данные по максимальному выходу биогаза для различных типов сырья
Устройство биогазовой установки
Выгодно ли заниматься производством биогаза
Мы уже упоминали, что в развитых странах строят крупные промышленные установки, а в развивающихся главным образом мелкие, для небольшого хозяйства. Объясним, почему так:
Имеет ли смысл производить биотопливо в домашних условиях
Выгодно ли производить биотопливо в домашних условиях в малых количествах в личном подсобном хозяйстве? Если у вас есть несколько металлических бочек и прочего железного хлама, а также бездна свободного времени и вы не знаете, как им распорядиться - да. Но экономия, увы, мизерная. А уж вкладывать деньги в высокотехнологичное оборудование при небольших объёмах поступления сырья и производства метана не имеет смысла ни при каком раскладе.
Очередной ролик отечественного Кулибина
ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на НАШ youtube канал Эконет.ру, что позволяет смотреть онлайн, скачать с ютуб бесплатно видео об оздоровлении, омоложении человека..
Ставьте ЛАЙКИ, делитесь с ДРУЗЬЯМИ!
https://www.youtube.com/channel/UCXd71u0w04qcwk32c8kY2BA/videos
Без перемешивания сырья и активации процесса ферментации выход метана составит не более 20% от возможного. Значит, в лучшем случае с 100 кг (загрузка бункера) отборной травы можно получить 5 м3 газа без учёта сжатия. И будет хорошо, если содержание метана превысит 50% и не факт, что он будет гореть в теплогенераторе. По утверждению автора, сырьё загружается ежедневно, то есть производственный цикл у него - одни сутки. На самом деле необходимое время - 60 суток. Количества полученного изобретателем биогаза, содержащегося в 50-литровом баллоне, который он сумел заполнить, в морозную погоду для отопительного котла мощностью 15 кВт (жилой дом около 150 м2) хватит на 2 минуты.
Тем, кого возможность производства биогаза заинтересовала, рекомендуется внимательно изучить проблему, особенно с финансовой точки зрения, с техническими вопросами обратиться к специалистам, имеющим опыт подобных работ. Весьма ценной будет практическая информация, полученная в тех хозяйствах, где биоэнергетические технологии уже используются какое-то время. опубликовано
Вопросами, как сократить расходы на отопление жилища, приготовление пищи и электроснабжение, озабочены многие владельцы домохозяйств. Некоторые из них уже соорудили своими руками биогазовые установки и частично или полностью обособились от поставщиков энергоресурсов. Оказывается, получить почти дармовое топливо в условиях частного домохозяйства не представляет большой сложности.
Что такое биогаз и как его можно использовать?
Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.
Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.
Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных. На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.
Как работает биогазовая установка?
Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:
- в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
- содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
- скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.
Схема биогазовой установки.
Какое сырье подходит для биореактора?
Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).
Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.
Использование биосырья для отопления дома.
Что нельзя использовать в биогазовой установке?
Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:
- антибиотиков;
- плесени;
- синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
- смол (в том числе опилки хвойных деревьев).
Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим. Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.
Биогазовая установка для дома
Сегодня промышленность уже выпускает установки для получения биогаза в промышленных масштабах. Их приобретение и монтаж обходится дорого, окупается такое оборудование в частных домохозяйствах не раньше, чем через 7-10 лет при условии, что для переработки будут использоваться большие объемы органики. Опыт показывает, что при желании небольшую биогазовую установку для частного дома мастеровитый хозяин может соорудить своими руками, причем из самых доступных материалов.
Готовим перерабатывающий бункер
В первую очередь понадобится герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Можно, конечно, использовать большие кастрюли или выварки, но их малый объем не позволить добиться достаточной выработки газа. Поэтому в этих целях используют чаще всего пластиковые бочки объемом от 1 м³ до 10 м³.
Изготовить такую можно самостоятельно. В продаже имеются листы из ПВХ, при достаточной прочности и стойкости к агрессивным средам они легко свариваются в конструкции нужной конфигурации. В качестве бункера можно использовать и металлическую бочку достаточного объема. Правда, придется провести антикоррозийные мероприятия – покрыть ее изнутри и снаружи устойчивой к воздействию влаги краской. Если резервуар сделан из нержавейки, этого делать не нужно.
Система отвода газа
Патрубок для отвода газа монтируют в верхней части бочки (как правило, в крышке) – именно там он скапливается, согласно законам физики. По подключенной трубе биогаз подается на гидрозатвор, далее – на накопитель (как вариант – с помощью компрессора в баллон) и к бытовым приборам. Рядом с газоотводом рекомендуется также вмонтировать спусковой клапан – если давление внутри резервуара станет слишком высоким, он выпустит лишний газ.
Система подачи и выгрузки сырья
Чтобы обеспечить непрерывное производство газовой смеси, бактерий в субстрате нужно постоянно (ежедневно) «подкармливать», то есть добавлять свежий навоз или другую органику. В свою очередь, уже переработанное сырье из бункера необходимо удалять, чтобы оно не занимало полезное место в биореакторе.
Для этого в бочке проделываются два отверстия – одно (для выгрузки) практически около дна, другое (для загрузки) повыше. В них ввариваются (впаиваются, вклеиваются) трубы диаметром не менее 300 мм. Загрузочный трубопровод направляют вверх и оборудуют воронкой, а слив обустраивают так, чтобы удобно было собирать переработанную жижу (ее впоследствии можно использовать как удобрение). Места стыков герметизируют.
Система подогрева
Теплоизоляция бункера.
Если биореактор будет установлен на улице или в неотапливаемом помещении (что необходимо по технике безопасности), то ему необходимо обеспечить теплоизоляцию и подогрев субстрата. Первое условие достигается путем «укутывания» бочки любым утепляющим материалом или углублением в землю.
Что же касается подогрева, то здесь можно рассматривать самые разные варианты. Одни умельцы заводят внутрь трубы, по которым циркулирует вода из отопительной системы и монтируют их вдоль стенок бочки в виде змеевика. Другие помещают реактор в больший по объему резервуар с водой внутри, подогреваемой электротенами. Первый вариант удобнее и гораздо экономичнее.
Для оптимизации работы реактора необходимо поддерживать температуру его содержимого на определенном уровне (не менее 38⁰C). Но если она поднимется выше 55⁰C, то газообразующие бактерии просто-напросто «сварятся», и процесс ферментации остановится.
Система перемешивания
Как показывает практика, в конструкциях ручная мешалка любой конфигурации значительно повышает эффективность биореактора. Ось, к которой приварены (прикручены) лопасти «миксера», выводится через крышку бочки. На нее в дальнейшем надевается ручка-ворот, отверстие тщательно герметизируется. Впрочем, такими приспособлениями домашние мастера обустраивают ферментаторы не всегда.
Получение биогаза
После того, как установка будет готова, в нее загружают биомассу, разведенную водой в соотношении примерно 2:3. Крупные отходы при этом должны быть измельчены – максимальный размер фракции не должен превышать 10 мм. Далее крышка закрывается – остается ждать, когда смесь начнет «бродить» и выделять биогаз. При оптимальных условиях первое поступление горючего наблюдается спустя несколько дней после загрузки.
О том, что газ «пошел», можно судить по характерному бульканью в водяном затворе. В это же время бочку стоит проверить на герметичность. Делается это с помощью обычного мыльного раствора – его наносят на все стыки и наблюдают, не появились ли пузыри.
Первое обновление биосырья нужно провести примерно через две недели. После того, как в воронку будет залита биомасса, из отводной трубы выльется такой же объем отработанной органики. Далее такую процедуру выполняют ежедневно или раз в два дня.
На сколько хватает полученного биогаза?
В условиях небольшого хозяйства биогазовая установка не станет абсолютной альтернативой природному газу и прочим доступным источникам энергии. Например, с помощью устройства емкостью 1 м³ можно получить топлива только на пару часов приготовления пищи для небольшой семьи.
А вот биореактором в 5 м³ уже можно отопить помещение площадью 50 м², но его работу нужно будет поддерживать ежедневной загрузкой сырья массой не менее 300 кг. Для этого необходимо иметь в хозяйстве примерно десять свиней, пять коров и пару десятков кур.
Мастера, у которых получилось самостоятельно смастерить действующие биогазовые установки, делятся видео с мастер-классами на просторах интернета:
