Самостоятельное производство биогаза Строительный портал

Самостоятельное производство биогаза

Биогазовая установка для частного дома: рекомендации по обустройству самоделки

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

  • в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
  • в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
  • смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
  • газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
  • разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.
Читать еще:  Обои какого цвета должны быть поклеены в спальне

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Преимущества и недостатки системы

Биогазовые установки имеют немало преимуществ, но и недостатков хватает, поэтому перед началом проектирования и строительства следует все взвесить:

  • Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
  • Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
  • Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
  • Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
  • Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа солнечных батарей или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
  • Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
  • Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.
Читать еще:  Поделки из пластиковых труб пвх (38 фото)

У биогаза есть и недостатки. Хотя это относительно чистое топливо, оно все же загрязняет атмосферу. Также могут возникать проблемы с поставками растительной биомассы.

Безответственные владельцы установок нередко заготавливают ее так, что истощают землю и нарушают экологический баланс.

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

Методы самостоятельного производства биогаза

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 природный газ, добываемый в промышленных масштабах. Этапы получения биогаза:

  1. Биореактор – это емкость, в которой биологическая масса обрабатывается анаэробными бактериями в вакууме.
  2. Через некоторое время выделяется газ, состоящий из метана, углекислого газа, сероводорода и других газообразных веществ.
  3. Этот газ очищается и выводится из реактора.
  4. 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:

Читать еще:  История туалетной бумаги

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.

Получение биогаза в домашних условиях

С каждым днем количество потребления электроэнергии непрестанно растет. Возрастают и нормы потребления, однако рано или поздно сырье для выработки электричества закончится. Хорошей альтернативой различному сырью для электроэнергии может стать биогаз.

Что такое биогаз?

Биогаз – альтернативный, нетрадиционный источник энергии. Такой вид добычи энергии был известен еще во времена Древнего Китая, однако после долгих лет он был благополучно забыт. А как говориться: «Все новое – хорошо забытое старое».

Самодельная биогазовая установка

Биогаз – продукт, получаемый в результате анаэробной ферментации органических веществ. Весь этот процесс происходит без участия воздуха.

Примером биогаза может служить газ, который выделяется при ферментации навоза или других бытовых отходов. Такой газ вполне может послужить источником энергии в сельском хозяйстве.

Как производится биогаз?

Производство биогаза — способ переработки различных органических и животных отходов с получением биотоплива и органических удобрений. Такой вид получения энергии – решение многих вопросов: экологии, капитала и агрохимии. В основе биохимической реакции лежат процессы гниения навоза и помета в анаэробных условиях. При этом используется группа анаэробных микробов, которые помогают преобразовывать фосфорсодержащие, калийсодержащие и азотсодержащие в чистые формы. Такие формы фосфора, калия и азота намного лучше всасываются растениями, а также полностью уничтожают вредителей. Конечно, для того, чтобы удобрять землю, лучше использовать отходы от производства биогаза. Так вы не используете ни нитраты, ни нитриты.

Так выглядит процесс производства биогаза

Емкость, в которой происходит получение биогаза, называется метантенком, или реактором. Если следовать правилам производства, выход биогаза составляет около двух-трех м3 с одного м3 органических отходов.

Факторы, которые оказывают влияние на процесс брожения:

  • уровень рН;
  • температура;
  • соотношение углерода, азота и фосфора;
  • площадь поверхности частиц сырья;
  • влажность среды;
  • частота подачи субстрата;
  • замедляющие вещества;
  • стимулирующие добавки.

Характеристика биогаза

Биогаз — смесь углекислого газа и метана. Является продуктом метанового брожения органических веществ животного и растительного происхождения. Метановое брожение является результатом природного действия анаэробных бактерий. Данный процесс протекает при температурах от 15 до 60 градусов в трех диапазонах:

  • 15-30 градусов — психрофильное;
  • 30-45 градусов — мезофильное;
  • 45-60 градусов — термофильное.

Распад органических веществ состоит из трех этапов:

  • растворение и гидролиз органических соединений;
  • ацидогенез;
  • метаногенез.

Влажность воздуха должна составлять от 10 до 98 %, оптимальная — 91-92 %. Содержание метана в биогазе зависит от химического состава сырья и может составлять 55-90 %.

Как очистить биогаз от примесей?

Одностадийная очистка биогаза, или регенеративная, включает в себя избавление от примесей, до тех пор, пока биогаз не приобретет состояние биометана. После такой очистки биометан может запросто служить топливом для мотора автомобиля или использоваться в системе газоснабжения.

Принцип действия данного способа заключается в следующем:

  • биогаз сжимается до давления в 9-11 бар;
  • такой газ подается в очистную колонну и под давлением холодной воды очищается;

Таким образом, углекислый газ и примеси сероводорода удаляются благодаря их хорошей растворимости в воде. Главное преимущество такой очистки – это низкие затраты, так как главным компонентом очистки биогаза является вода.

Для очистки биогаза также используют мембраны

Как уменьшить содержание влаги в биогазе?

Уменьшение доли влаги в биогазе можно произвести только механическим путем при помощи специализированного оборудования. Самый простой метод очистки от влаги – это изменение температуры. Под воздействием холодной температуры влага конденсирует в пар. После такой процедуры содержание влаги в газе сократиться в 3-5 раз. Биогаз пропускают в подземную трубу, там вода опускается вниз. Затем температура повышается, что дает газу возможность подняться выше и согреться.

Где применяется биогаз?

  • Как уже было сказано, биогаз – сырьё для производства электроэнергии и автомобильного топлива.
  • На предприятиях использование биогаза поможет сэкономить огромную сумму. А все это потому, что вам не нужно будет строить газопровод, электрические линии, контейнеры для отходов. Такая установка поможет вам сэкономить около 30-40% от стоимости всей биогазовой системы.
  • Биогазовые сооружения могут использоваться в качестве очистных сооружений. Установив биогазовую установку на ферме, заводе или комбинате, вы не только сможете избавляться от мусора навсегда, но и еще получать за это сырьё для электроэнергии и топлива.

Как установить биогазовую установку своими руками?

Процесс производства биогаза в домашних условиях достаточно трудоемкий. Поэтому задумайтесь, сможете ли вы осилить данную задачу. Такая установка по производству биогаза поможет сэкономить вам деньги на топливе и электроэнергии.

Для производства биогаза нужна специальная установка, которую можно сделать из старых и уже ненужных вещей. Из старых выварок и металлических кастрюль можно создать реактор будущей установки. Оптимальной формой является цилиндр.

Главные требования к будущему реактору:

  • водо- и гидронепроницаемость. Смешивание воздуха и газа при брожении – просто опасно. Ваш реактор может треснуть или, в худшем случае, взорваться. Поэтому для пущей безопасности нужно установить герметичную прокладку между крышкой и корпусом;
  • достаточная теплоизоляция;
  • быть надежным. Во время реакций, благодаря которым и производится биогаз, выделяется большое количество газа. Давление может сыграть злую шутку с вашим реактором, и он может даже взорваться.

Для получения биогаза потребуется:

  • смешать 2 тонны навоза и 4 тонны перегноя;
  • добавить в смесь воды;
  • заложить смесь в яму и с помощью обогревательных установок разогреть до 45°С. Дальше смесь начнет бродить и без доступа воздуха сама разогреется до 80°С;

Чтобы давление газа не взорвало реактор, рекомендуется с помощью тросов прикрепить противовес. Шести тонн смеси установке хватает на шесть месяцев работы.

Если говорить простым языком, в яму устанавливается герметичный резервуар, который выполняет функцию реактора. В нем складываются органические отходы. В такой установке обязательным является отвод для газа.

Вам теперь остается только ждать, когда же микроорганизмы проделают свою работу и пробродят массу. После этого вы сможете получить биогаз. А отходы от производства биогаза могут стать отличным удобрением.

После того, как микроорганизмы все-таки перебродили эту массу, ее нужно выгрузить. Делать это нужно через специальное отверстие. Сброженную массу нужно временно поместить в емкость, которая должна быть по объему не меньше реактора.

Для самостоятельного производства биогазовой установки рекомендуется придерживаться следующей поочередности:

  • выберете место для установки будущего реактора, а также рассчитайте суточное количество отходов, чтобы определиться с объемом реактора;
  • проделайте монтаж загрузочной и выгрузочной труб и подготовьте котловану для биогазовой установки;
  • установить загрузочный бункер и газоотводную трубу;
  • установить крышку люка, которая будет использоваться для обслуживания и ремонта реактора.
  • проверить реактор на герметичность и теплоизоляцию.

Схема биогазовой установки своими руками

Лучше всего делать стенки реактора из бетона, чтобы они были более герметичными и надежными. В массе, которую вы загружаете в биогазовую установку, не должно быть антибиотиков и растворителей. Они негативно сказываются на работе микроорганизмов.

Создавая такую установку, помните о технике безопасности. Не нужно ставить ее вблизи дома или хозяйственных помещений.

Простейшая установка для получения биогаза

Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза, ботвы растений, различных отходов. Обычно после разложения их используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.

Биогаз — смесь газов. Его основные компоненты: метан (CH4) – 55-70% и углекислый газ (СО2) – 28-43%, а также в очень малых количествах другие газы, например – сероводород (H2S).

В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

Факторы, влияющие на производство биогаза. Поскольку разложение органических отходов происходит за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Так, количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Именно поэтому, вероятно, первые установки для получения биогаза появились в странах с теплым климатом. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогретой воды позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до -20?С. Существуют определенные требования и к сырью: оно должно быть подходящим для развития бактерий, содержать биологически разлагающееся органическое вещество и в большом количестве воду (90—94%). Желательно, чтобы среда была нейтральной и без веществ, мешающих действию бактерий: например, мыла, стиральных порошков, антибиотиков.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п. В процессе ферментации жидкость в резервуаре имеет тенденцию к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя, грязеобразная фракция выпадает в осадок.

Бактерии наиболее активны в средней зоне. Поэтому содержимое резервуара необходимо периодически перемешивать — хотя бы один раз в сутки, а желательно — до шести раз. Перемешивание может осуществляться с помощью механических приспособлений, гидравлическими средствами (рециркуляция под действием насоса), под напором пневматической системы (частичная рециркуляция биогаза) или с помощью различных методов самоперемешивания.

Установки для получения биогаза. В Румынии генераторы биогаза получили широкое распространение. Одна из первых индивидуальных установок (рис.1А) была введена в эксплуатацию еще в декабре 1982 года. С тех пор она успешно обеспечивает газом три соседствующие семьи, имеющие каждая по обычной газовой плите с тремя конфорками и духовкой.
Ферментатор находится в яме диаметром около 4 м и глубиной 2 м (объем примерно 21 м3), выложенной изнутри кровельным железом, сваренным дважды: сначала электрической сваркой, а затем, для надежности, газовой. Для антикоррозионной защиты внутренняя поверхность резервуара покрыта смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной примерно 1 м, выполняющая функцию гидрозатвора; в этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 м — из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части и собирается газ.

Автор этого проекта выбрал вариант собирания газа в отличив от других установок с помощью трубы, находящейся внутри ферментатора и имеющей три подземных ответвления — к трем хозяйствам. Кроме того, вода в канавке гидрозатвора проточная, что предотвращает обледенение в зимнее время.

Ферментатор загружается примерно 12 м3 свежего навоза, поверх которого выливается коровья моча (без добавления воды. Генератор начинает работать через 7 дней после наполнения.

Похожую компоновку имеет еще одна установка (рис. 1Б). Ее ферментатор сделан в яме, имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2х2 и глубиной примерно 2,5 м. Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цементом и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках» свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в канавку.

Рис. 1 Схема установки для получения биогаза. А — с коническим колоколом, Б с пирамидальным колоколом
1 -яма фермента с сырьем, 2 — колокол, 3 — выпускной патрубок, 4 — трубопровод (шланг) подачи биогаза, 5 канавка гидрозатвора с водой

При первом наполнении в ферментатор было загружено 8 м3 свежего коровьего навоза, а сверху запито примерно 400 л коровьей мочи. Через 7— 8 дней установка уже полностью обеспечивала владельцев газом.

Аналогичную конструкцию имеет и генератор биогаза, рассчитанный на прием 6 м3 смешанного навоза (от коров, овец и свиней). Этого оказалось достаточно, чтобы обеспечить нормальную работу газовой плиты с тремя конфорками и духовкой.
Еще одна установка отличается конструктивной деталью: рядом с ферментатором уложены присоединенные к нему с помощью Т-образного шланга три большие тракторные камеры, соединенные и между собой (рис. 2).

Рис. 2 Разбухающий резервуар из тракторных камер

В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора размером 2х2×1,5 м вполне достаточно для работы двух горелок, а при увеличении полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта установки — устройство колокола 138 см и высотой 150 см из прорезиненного полотна, применяемого для изготовления надувных лoдок. Ферментатор представляет собой металлический резервуар 140х380 см и имеет объем 4,7 м3. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу. В верхней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с тремя конфорками и колонке для нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз смешивается с горячей водой. Наилучшие результаты установка показала при влажности сырья 90% и температуре 30-35°.

Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет заметно ускорить процесс разложения сырья.

В Румынии генераторы биогаза используются и в государственных или кооперативных хозяйствах. Вот один из них. Он имеет два ферментатора емкостью по 203 м3, закрытых каркасом с полиэтиленовой пленкой (рис. 3). Зимой навоз обогревается горячей водой. Производительность установки составляет 300-480 м3 газа в день. Такого количества вполне хватает для обеспечения всех потребностей местного агропромышленного комплекса.

Рис. 3 Схема установки для получения биогаза повышенной производительности
1- трубопровод выхода биогаза, 2 — колокол, 3 — корпус Ферментатора, 4 — сырье, 5 -система подогрева сырья, 6 -раскосы металлической конструкции колокола, 7 — направляющая труба колокола, 8 — металлический каркас теплицы, 9 — трубопровод подачи горячей воды

Практические советы. Как уже отмечалось, решающую роль. в развитии процесса ферментации играет температура: нагрев сырья с 15? до 20° может вдвое увеличить производство энергоносителя. Поэтому часто генераторов имеет специальную систему подогрева сырья, однако большинство установок не оборудовано ею; они используют лишь тепло, выделяемое в процессе самого разложения органических веществ. Одним из важнейших условий нормальной работы ферментатора является наличие надежной ТЕПЛОИЗОЛЯЦИИ. Кроме того, необходимо свести к минимуму потери тепла при очистке и наполнении бункера ферментатора.

Необходимо помнить также о необходимости обеспечения биохимического равновесия, Иногда темпы производства бактериями кислот выше, чем темпы их потребления бактериями второй группы, В этом случае кислотность массы растет, а выработка биогаза снижается. Положение может быть исправлено либо уменьшением ежедневной порции сырья, либо увеличением его растворимости (по возможности, горячей водой), либо, наконец, добавкой нейтрализующего вещества — например известкового молока, стиральной или питьевой соды.

Производство биогаза гложет уменьшиться за счет нарушения соотношения между углеродом и азотом. В этом случае в ферментатор вводят вещества, содержащие азот, — мочу или в небольшом количестве соли аммония, используемые обычно в качестве химических удобрений (50 — 100 г на 1 м3 сырья).

Следует помнить, что высокая влажность и наличие сероводорода (содержание которого в биогазе может достигать 0,5%) стимулируют повышенную коррозию металлических частей установки. Поэтому состояние всех остальных элементов ферментатора следует регулярно контролировать и в местах повреждений тщательно защищать: лучше всего свинцовым суриком — в один или два слоя, а затем еще двумя слоями любой масляной краски.

В качестве трубопровода для транспортировки биогаза от выпускного патрубка в верхней части колокола установки до потребителя могут использоваться как трубы (металлические или пластмассовые), так и резиновые шланги. Их желательно вести в глубокой траншее, чтобы исключить разрывы из-за замерзания зимой конденсировавшейся воды. Если же транспортировка газа с помощью шланга осуществляется по воздуху, то для отвода конденсата необходимо специальное устройство. Самая простая схема такого приспособления представляет собой U-образную трубку, присоединенную к шлангу в самой нижней его точке (рис. 4). Длина свободной ветви трубки (х) должна быть больше, чем выраженное в миллиметрах водяного столба давление биогаза. По мере того как в трубку стекает конденсат из трубопровода, вода выливается через ее свободный конец без утечки газа.

Рис. 4 Схема устройства для отвала конденсированной воды
1 — шланг подачик биогаза, 2 — U-образная трубка, 3 — конденсированная вода

В верхней части колокола целесообразно также предусмотреть патрубок для установки манометра, чтобы по величине давления судить о количестве накопленного биогаза.

Опыт эксплуатации установок показал, что использование в качестве сырья смеси разных органических веществ дает больше биогаза, чем при загрузка ферментатора одним из компонентов. Влажность сырья рекомендуется немного уменьшать зимой (до 88—90%) и повышать летом (92—94%). Вода, которую используют для разбавления, должна быть теплой (желательно 35—40°). Сырье подается порциями, по крайней мере один раз в сутки. После первой загрузки ферментатора нередко сначала вырабатывается биогаз, который содержит более 60% углекислого газа и поэтому не горит. Этот газ удаляют в атмосферу, и через 1 —3 дня установка начнет функционировать нормально.

Опубликовано:
По материалам журнала «Техниум», СРР
«Моделист-конструктор», №1/1987

Биогаз – состав и сырье для получения

Биогаз является продуктом брожения биомассы. В соответствии с видом бактерий, которые поглощают продукты жизнедеятельности животных и растений, выделяется метан или водород. В процессе образования метана участвуют три типа бактерий. Последующие питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих микроорганизмов. Последний вид относят к классу метаногенов.

История

Люди давно заметили, что гниющая биомасса (в основном навоз) выделяет в больших количествах горючий газ. На рубеже 18 и 19 веков была точно установлена природа газа – метана. Первая газовая установка была создана англичанами в Бомбее (Индия) в 1859 году. Уже в 1895 году улицы в Лондоне освещались биогазом.

В 1930 году определили и классифицировали бактерии – производители биогаза. Впоследствии было внедрено в практику производство биогаза, как для промышленных, так и нужд частного хозяйства во многих странах мира.

Состав и качество биогаза

В результате микробиологических исследований был определён состав газа биологического происхождения.

Состав газа

Состав газа, %
Метан 50-87
Углекислый газ 13-50
H2 и H2S 1-2

Полученную газовую смесь очищают от углекислого газа (CO2). В результате получают высокоэнергетический газ – биометан. Определяют качество газового топлива путём соотношения количества биогаза на выходе с нормативным содержанием чистого метана. Исследование проводят при окружающей температуре 00 С, атмосферном давлении 1,013 бар и относительной влажности газовой смеси 0%.

Обратите внимание! Производительность газовой установки считают в литрах или м3 в соотношении с 1 килограммом сухой биомассы. Также существует методика отношения выхода биогаза к объёму затраченного субстрата в кубических метрах.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

Биотопливо обладает многими преимуществами перед альтернативными источниками энергии. Их можно перечислить в следующем порядке:

  1. Сырьё практически не обладает себестоимостью.
  2. Биогазовая установка может быть расположена в любом месте, где есть источник биомассы.
  3. Использование биогаза направлено на выделение тепловой, электрической энергии и даже автомобильного топлива.
  4. Установка для получения биогаза создаёт условия автономного существования фермерского и домашнего хозяйства, независимо от других дорогостоящих источников энергии.
  5. По затратам на создание биоустановки (3-4 тыс. евро на 1 кВт мощности) себестоимость производства биогаза занимает место между атомными (5 тыс. евро) и угольными (2 тыс. евро) энергопредприятиями.

Экологическая ценность производства биогаза

Производство биотоплива ценно тем, что изъятие метана из природного кругооборота веществ избавляет экологическую обстановку местности от вредоносного влияния газа. Это относится к большому скоплению навоза в скотоводческих хозяйствах, отходам растениеводства и бытовому мусору.

Производственные мощности энергетических компаний своей деятельностью способствуют загрязнению атмосферы. Тогда как биогазовые установки для многих фермерских хозяйств улучшают экологию тех мест, где они расположены.

Сырьё для получения биогаза

Материалом для биохимической обработки служат жидкие и твёрдые отходы сельскохозяйственных комплексов, твёрдый бытовой мусор и включения сточных вод.

Эффективность сырья определяется многими факторами. Влажность, структура, энергоёмкость значительно влияют на получение объёма биогаза, приходящегося на единицу переработанного сырья. Например, разные типы навоза дают различное % содержание метана в общем объёме газа.

Дополнительная информация. Самые эффективные и производительные установки по выработке биогаза расположены на свекольно-сахарных фабриках. Свекольная ботва в результате брожения даёт самый большой выход биотоплива на единицу сырья. Свекольный газ обладает самым высоким содержанием метана.

Продуктивность производственного процесса

Каждая установка для получения биогаза имеет разную производительность. Это зависит от нескольких факторов, таких как:

  • вид сырья;
  • типы газогенераторов;
  • кислотно-щелочной баланс.

Вид сырья

Виды сырья в основном перечислены выше.

Следует заметить! Самым энергетическим источником биогаза являются отходы пищевой промышленности – это сахарный жом и жиросодержащие вещества.

Наименее продуктивным сырьём считается навоз крупного рогатого навоза. Но преимущество навоза состоит в отсутствии затрат на его получение и наличии всегда в большом количестве.

Типы газогенераторов

Повышение температуры до определённых пределов существенно увеличивает активность бактерий. По температурным режимам эксплуатации газогенераторное оборудование разделяют на три типа:

Психрофильные

Оборудование предназначено для осуществления ферментации сырья в условиях летнего температурного режима в пределах от 18 до 25 градусов тепла. На сегодняшний день такие установки практически не используются.

Мезофильные

Искусственный подогрев поддерживает температуру брожения 25-400 С. Оборудование отличается низкими энергетическими затратами. Подобные установки используют для получения аминокислотных удобрений для почвы. Оборудование мезофильного типа для производства биогаза отличается низкой производительностью. В то же время газогенераторы не обеспечивают обеззараживание сырьевой массы. Она зачастую просто кишит болезнетворными микробами, это небезопасно для окружающих.

Важно! По энергозатратам мезофильные газогенераторные установки наиболее привлекательны для владельцев ферм.

Термофильные

Это установки, в которых температура брожения поддерживается на уровне 40 градусов и выше. Благодаря этому, процесс ферментации происходит значительно быстрее. При таком нагреве все вредные микроорганизмы гибнут. Несмотря на свои недостатки, такие, как увеличенные энергозатраты, биогенераторы такого типа являются самым эффективным оборудованием по производству биогаза.

Экология

На экологию существенно влияют скопления навоза, гниющей ботвы, бытового мусора и отходов сахарного производства. Испарения от них создают атмосферу для распространения болезнетворных микробов, которые могут вызвать заболевания у местного населения и домашних животных.

Внедрение установок, перерабатывающих отходы в горючий газ естественного происхождения, способствует улучшению экологической обстановки. Воздух обеззараживается, очищаются загрязнённые территории.

Производство

Процесс выработки газа обусловлен конструкцией генератора, и какой производительностью он обладает. Также важно знать предназначение установки, рассчитанной на определённый объём выработки био продукта (для фермерского хозяйства, предприятия или частного дома). Стоит рассматривать целесообразность изготовления своими руками установки биогаза.

Принцип работы установки

Биогазовое оборудование для получения газа состоит из нескольких инженерных сооружений. Биомасса поступает в бак для сбора и гомонизации жидких отходов. Из бака массу с помощью насоса по трубопроводу подают в реактор, где её механически перемешивают лопатками с твёрдыми отходами.

Снизу газгольдер подогревают трубами с горячей водой или другим способом. Скопившийся газ под своим давлением поступает в газогенератор. Энергия, освобождённая от сгорания газа, расходуется на вращение ротора генератора. Полученная электроэнергия распределяется по потребителям. В другом варианте газ сгорает в отопительном котле.

Биогазовая установка для частного дома

Установку для обеспечения теплом и электроэнергией за счёт биогаза можно приобрести в готовом виде. Такое оборудование вполне может газифицировать небольшой дом. Генератор занимает во дворе не более 6-8 м2. Содержать и эксплуатировать газогенератор можно в отдельном тёплом сарае, где температура воздуха не падает ниже 17 градусов.

Для фермерского хозяйства

Биогазовые реакторы представляют собой большие ёмкости из расчёта тоннажа регулярного поступления навоза со скотоводческой фермы. Оборудование от домашних установок отличается большей производительностью, наличием более технологичного оборудования, коммутационных узлов и электронного пульта управления. Стоят станции намного дороже небольших газогенераторов.

На заметку. Преимуществом станций по выработке биогаза является то, что они обеспечивают теплом и электроэнергией не только скотоводческий комплекс, но и фермерский дом.

Биогазовая установка для предприятий

Биогазовые станции для крупных предприятий (агропромышленных комплексов) представляют собой целые заводы по производству газа, который идёт на получение тепла и электричества для всего комплекса. Это довольно сложная инженерная система, требует больших капитальных вложений. Выгода от внедрения станций ощущается после первого года эксплуатации. Предприятия, используя альтернативный источник энергии, могут значительно понизить себестоимость своей продукции и получить сверхприбыль.

Как сделать установку для биогаза своими руками

В средствах массовой информации, в том числе в интернете, публикуют массу материалов о том, как сделать биогазовую установку своими руками. При наличии определённого опыта и соответствующего инструмента возможно создать свою авторскую установку. Изначально нужно определиться с исходными условиями:

  • ежедневная потребность в биогазе;
  • выбор нужной конструкции;
  • место для установки;
  • сметная стоимость постройки биогазовой станции;
  • наличие постоянного получения сырья.

После анализа всех этих исходящих данных можно приступать к созданию и установке биогенератора. Важен выбор способа подогрева реактора (дрова, уголь или тёплая вода). Устройство пневматической загрузки можно собрать по чертежам в интернете.

Биогазовая установка: загрузка и перемешивание сырья ручное

Созданная своими руками газовая станция, как правило, имеет реактор объёмом не более 5-6 м3. Тратиться на установку механизированного оборудования на такой объём сырья не стоит. Достаточно ограничиться ручным перемешиванием с помощью лопаты.

Важно! Тем, кто мечтает обзавестись таким реактором, нужно знать, что придётся работать в не очень комфортных условиях. Биогаз вместе с парами аммиака очень агрессивен для лёгких и слизистой оболочки глаз. Перемешивать биомассу следует в респираторе, очках и перчатках.

Самодельная установка с перемешиванием, подогревом и ручной загрузкой сырья

Установленный самостоятельно узел сбраживания сырья должен быть оснащён подогревом. Его можно устроить несколькими способами. Например, реактор обогревают снизу трубами с тёплой водой. Греют воду в котле, где сжигают биогаз. То есть получается замкнутый цикл выработки топлива.

Такие устройства требуют ручной загрузки сырья. При небольших объёмах потребления отходов ручная загрузка не будет большой нагрузкой для работника.

Установка с газгольдером

Это довольно сложная система. Сделать её своими руками сложно, обойдётся биогаз в домашних условиях недешёво. Такие установки нужно покупать в готовом виде для крупных фермерских хозяйств. При больших объёмах потребления сырья газовый комплекс будет рентабельным предприятием.

Факторы, влияющие на процесс брожения

Самым существенным фактором брожения сырья является природа происхождения сырья. Таким продуктом считается сахарный жом.

Эффективность процесса сбраживания можно добиться подбором бактериальных групп, которые будут более активно «работать», выделяя биогаз в больших объёмах.

Процесс брожения обуславливается конструкционными особенностями газогенератора, оснащением механизированным оборудованием и приборами электронного контроля и управления.

Температура

Температурный режим является основным двигателем бродильного процесса. Нужно строго следовать рекомендациям специалистов в этом вопросе. При использовании одного вида сырья будет достаточно его нагревать в пределах 20-250С. Биомасса другого типа потребует уровень нагрева в районе 400С.

Всё это должно учитываться в процессе работы установки. Для каждого вида сырья потребуются свои группы бактерий, активно «работающие» при определённой температуре.

Площадь поверхности частиц сырья

От величины площади поверхности биомассы зависит скорость ферментации сырья. Чем меньше площадь, тем меньше активность бактерий. Их активная зона находится в поверхностном слое сырьевой массы. Поэтому от объёма исходного сырья зависит частота его перемешивания.

В зависимости от потребности хозяйства в биогазе, типа биоактивного сырья рассчитывают нужный объём реактора.

Применение биогазовых станций

Установки по выработке биогаза завоёвывают всё больше рынки развивающихся стран. К таким регионам относятся государства, расположенные в зонах тёплого климата. Именно эта климатическая особенность способствует благоприятному использованию биогазгенераторных станций для получения дешёвой энергии для домов и промышленных предприятий.

В развитых странах биогаз интересует, как источник моторного топлива. Уже несколько десятков лет в странах Европы и Америке существуют сети газозаправок для автомобилей. Биогаз стоит гораздо дешевле дизтоплива, бензина и природного газа.

Потенциал

Производство биогаза приносит двойную выгоду: очищает воздух и обеспечивает дешёвым топливом. В будущем биотопливом будет обеспечиваться большое количество, как частных хозяйств, так и промышленных предприятий.

Видео

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector