Сельскохозяйственные предприятия ежегодно сталкиваются с необходимостью утилизации навоза. Организация его вывоза и захоронения требует значительных расходов. Но есть способ не только сэкономить, но и использовать данный природный продукт себе во благо.
Внимательные домовладельцы используют экотехнологию для получения биогаза из помета животных и применения его как горючего средства.
В данном материале рассмотрим технологию производства биогаза и конструкцию биоэнергетической установки.
Плюсы использования биотехнологий
Технология получения биотоплива Использование природных источников энергии давно известно. Исследования в данной области начались ещё в конце XVIII века и успешно продолжались в XIX веке. В СССР первая биоэнергетическая установка появилась в 1940-е годы.
Биотехнологии получили широкое распространение во многих странах, однако сегодня приобретают особое значение. Из-за ухудшения экологической ситуации и высоких цен на энергоресурсы многие обращают внимание на альтернативные источники энергии и тепла.
Навоз – ценное удобрение, и при наличии двух коров его применение не вызывает затруднений. Но другое дело – фермерские хозяйства с большим или средним поголовьем, где ежегодно накапливается огромное количество вонючего и разлагающегося органического вещества.
Для получения качественного удобрения из навоза необходимы площадки с заданным температурным режимом, что влечет дополнительные затраты. По этой причине некоторые фермеры складывают его в различных местах и потом вывозят на поля.
Неправильное хранение навоза приводит к потере до 40% азота и большей части фосфора, снижая качество удобрения. Также выделяется метан, ухудшающий экологическую ситуацию планеты.
Биотехнологии способны не только снизить негативное влияние метана на окружающую среду, но и использовать его во благо человечества с ощутимой прибылью. В результате переработки навоза образуется биогазИз него можно добыть тысячи киловатт энергии, а отходы производства служат ценным анаэробным удобрением.
Формирование газа из органических материалов.
Биогаз — бесцветное и без запаха летучее вещество, состоящее до 70% из метана. По характеристикам его приближают к обычному виду топлива — природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью. 3 Биогаз производит столь же много тепла, как и сгорание полутора килограммов угля.
Разложение органических остатков выполняют аэробные бактерии, благодаря чему мы имеем возможность получать биогаз из такого сырья, как навоз животных, птичий помет и растительные отходы.
Для активизации процесса нужно создать комфортную среду для жизни бактерий, подобную тому месту, где они размножаются в природе — животному желудку, с теплом и отсутствием кислорода.
Два главных фактора приводят к удивительной трансформации разлагающейся навозной земли в безвредное топливо и полезные удобрения.
Для производства биогаза требуется герметичный реактор, исключающий доступ кислорода. В нем происходит брожение навоза и разложение его компонентов.
- метан (до 70%);
- углекислый газ (примерно 30%);
- другие газообразные вещества (1-2%).
Образовавшиеся газы поднимаются вверх по емкости, откуда их затем откачивают, а вниз оседает остаток – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества из навоза – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.
Для эффективного разложения навоза и образования биогаза необходимо поддерживать температурный режим. Бактерии, участвующие в этом процессе, становятся активными при температуре от 30 градусов Цельсия.
В навозе присутствуют две разновидности бактерий.
- мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
- термофильные. Для размножения нужно поддерживать температуру +50 (+60) градусов.
Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и варьируется от двенадцати до тридцати суток. Одна литра полезной площади реактора дает два литра биотоплива. При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а объем биогаза увеличивается до четырех с половиной литров.
Несмотря на то, что термофильные установки действуют в десятки раз эффективнее, их применение ограничено из-за больших затрат на поддержание высокой температуры реактора.
Мезофильные установки обходятся в обслуживании и содержании дешевле, из-за этого многие фермерские хозяйства выбирают именно их для получения биогаза.
Расчеты эффективности применения биогаза
Непродолжительные вычисления покажут все плюсы использования альтернативного биотоплива. Одна корова массой 500 кг в день выделяет примерно 35-40 килограммов навоза. Достаточно этого объёма для производства около 1,5 метра кубового биотоплива. 3 Из биогаза получится произвести три киловатт-часа электроэнергии.
Для производства биотоплива подходит как однообразное органическое сырьё, так и его смеси из нескольких компонентов с влажностью 85-90%. Необходимо избегать сырья с примесями, негативно сказывающимися на переработке.
В 2000 году житель Липецкой области разработал простейший рецепт смеси для получения биогаза. Он смешивал 1500 килограммов коровьего навоза с 3500 килограммами растительных отходов, добавлял воду (примерно 65% от общего веса) и нагревал до 35 градусов.
Через две недели будет готова бесплатная система подачи топлива. Это устройство производит 40 метров³. 3 В день поступало достаточно газа, чтобы обогревать дом и хозяйственные постройки полгода.
Варианты установок для получения биотоплива
После расчетов следует решить, каким образом построить установку для получения биогаза, соответствующего потребностям хозяйства. При малом числе скота можно использовать простой вариант, изготовляемый самостоятельно с помощью имеющихся материалов.
Для крупных хозяйств с постоянным достатком сырья строительство промышленных автоматизированных биогазовых систем целесообразно. В таком случае для разработки проекта и монтажа установки высокого уровня могут понадобиться специалисты.
Сейчас много компаний предоставляют разнообразные предложения: готовые решения или разработку индивидуальных проектов. Чтобы снизить затраты на строительство, можно объединиться с соседними хозяйствами (если таковые есть рядом) и построить общую установку для производства биогаза.
Для возведения даже малой установки требуется оформление документов, разработка технологической схемы, плана расположения техники и вентиляции (при размещении в помещении), а также прохождение согласований с санитарно-эпидемиологической, пожарной и газовой службами.
Можно самостоятельно построить мини-завод по производству газа для небольшого частного хозяйства, руководствуясь конструкцией и работой промышленных установок.
Мастера, решившие построить собственную установку, должны подготовить емкость для воды, водопроводные или канализационные пластиковые трубы, угловые отводы, уплотнители и баллон для хранения газа, получаемого на установке.
Особенности биогазовой системы
Полностью функциональная биогазовая установка — это сложная система, включающая в себя:
- Установка для биоразложения навоза.
- Система автоматизации подачи органических отходов.
- Устройства для перемешивания биомассы;
- Средства контроля температуры.
- Газгольдера – емкости для хранения газа;
- Приемника отработанных твердых отходов.
Перечисленные компоненты размещают в промышленных установках с автоматическим управлением. Потребительские реакторы обычно имеют более простой дизайн.
Принцип работы установки
Центральная часть системы – биореактор. Возможны разные его варианты, но обязательно нужно обеспечить герметичность и исключить доступ кислорода. Можно изготовить его в виде металлической емкости разных форм (чаще цилиндрической), стоящей на поверхности. Зачастую для этого используют 50-кубовые пустые топливные цистерны.
Возможна покупка емкостей разборной конструкции. Преимущество таких емкостей — быстрота разборки и, при необходимости, перевозка в другое место. Промышленные поверхностные установки подходят для крупных хозяйств с постоянным поступлением большого объема органического сырья.
Для небольших дворов подземное расположение резервуара предпочтительнее. Погреб можно возвести из кирпича или бетона. Готовые емкости, например, бочки из металла, нержавеющей стали или ПВХ, можно закопать в землю. Альтернативой служит поверхностное размещение на улице или в помещении с хорошей вентиляцией.
Место установки реактора не имеет значения, но всегда предусматривается бункер для загрузки сырья. Перед погрузкой материал подготавливают: измельчают до фракции не более 0,7 мм и смешивают с водой. Оптимальная влажность субстрата — около 90%.
Промышленные автоматические установки имеют систему подачи сыпучих материалов, которая включает приемник с системой увлажнения, трубопровод для подачи воды и насосы для перекачки смеси в биореактор.
В установках для подготовки субстрата дома применяют отдельные емкости, где отходы измельчаются и смешиваются с водой. Затем масса направляется в приемный отсек. В реакторах, находящихся под землей, бункер для приема субстрата выведен наружу, приготовленная смесь самотеком по трубопроводу поступает в камеру брожения.
При расположении реактора на земле или в помещении входная труба с приемным устройством может находиться в нижней боковой части емкости. Трубу также можно вывести в верхнюю часть и надеть на ее горловину раструб. В таком случае подачу биомассы осуществляют с помощью насоса.
В биореакторе требуется выходное отверстие на дне емкости, противоположном входному бункеру. При подземном размещении выходная труба направляется косо вверх в приемник для отходов, напоминающий прямоугольный ящик. Верхний край приемника располагается ниже уровня входного отверстия.
Процесс происходит следующим образом: в бункер подаётся новая партия субстрата, которая поступает в реактор, а одновременно такая же масса отработанной массы по трубе поднимается в приемник для отходов, откуда её извлекают и применяют в качестве высококачественного биоудобрения.
Биогаз хранится в газгольдере. Чаще всего его располагают на крыше реактора. Форма может быть купольной или конической. Изготавливают из кровельного железа и покрывают масляной краской для защиты от коррозии.
В промышленных объектах, предназначенных для получения значительных объемов газа, газовый хранилище часто представляет собой обособленный резервуар, связанный с реактором трубой.
Продукт брожения не пригоден для использования из-за большого содержания водяных паров, которые мешают горению. Для очистки биогаза от фракций воды его пропускают через гидрозатвор: труба из газгольдера ведёт биогаз в емкость с водой, а затем по пластиковой или металлической трубке он поступает потребителям.
В отдельных случаях для хранения газа применяют особые мешки-газгольдеры из поливинилхлорида. Мешки устанавливают рядом с оборудованием и постепенно наполняют газом. При увеличении объема эластичный материал расширяется, увеличивая объем мешков и давая возможность временно хранить больше конечного продукта.
Условия эффективной работы биореактора
Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза органический субстрат должен бродить равномерно. Смесь должна быть в постоянном движении. В противном случае образуется корка, разложение замедляется, и получается меньше газа, чем изначально рассчитано.
В типовых реакторах для активного смешивания биомассы в верхней или боковой части устанавливают погружные или наклонные мешалки с электроприводом. В установках кустарного типа перемешивание осуществляют механически при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Управление им возможно вручную или с помощью электропривода.
Получение биогаза сильно зависит от поддержания в реакторе нужной температуры. Нагрев может быть реализован разными методами. В стационарных установках используют автоматизированные системы подогрева, которые срабатывают при понижении температуры ниже заданного уровня и отключаются после достижения требуемой температуры.
Для обогрева можно использовать газовые котлыПозволяется использовать для нагревания прямые электрические обогреватели или устанавливать нагревательный элемент непосредственно в основу емкости.
Для снижения потерь тепла советуют возвести вокруг реактора небольшой каркас с толстым слоем стекловаты либо утеплить установку теплоизоляцией. Хорошие теплоизоляционные характеристики имеет пенополистирол и другие его разновидности.
Определение требующегося объема
Объем реактора рассчитывают по суточной производительности навоза в хозяйстве. Необходимо также учитывать тип сырья, температуру и продолжительность брожения. Для нормальной работы установка заполняется на 85-90%, не менее 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Разложение органики в мезофильной установке при температуре 35 градусов занимает около двенадцати суток. После этого ферментированные остатки извлекают, а реактор заполняют новой порцией субстрата. Из-за разбавления отходов водой до 90% перед подачей в реактор необходимо учитывать объем жидкости при расчете суточной загрузки.
Общий объем реактора составит суточное количество обработанного субстрата, умноженное на 12 и увеличенное на 10%.
Строительство подземного сооружения
Дадим характеристику самому простому методу монтажа, который позволит достичь биогаз в домашних условиях С минимальными затратами можно построить подземную систему. Для этого необходимо вырыть траншею, а её дно и стены залить армированным керамзитобетонным раствором.
Входное и выходное отверстия размещены с разных концов камеры, в которые устанавливают наклонные трубы: одна для подачи субстрата, другая – для откачки отработанной массы.
Выходная труба диаметром около семи сантиметров должна быть почти у самого дна бункера, другой конец монтируется в прямоугольную компенсирующую емкость для откачки отходов. Трубопровод для подачи субстрата располагается примерно на пятидесяти сантиметрах от дна и имеет диаметр двадцать пять-тридцать пять сантиметров. Верхняя часть трубы входит в отсек приема сырья.
Верхняя часть бункера представляет собой газгольдер с купольной или конической формой из металлических листов или кровельного железа. В качестве альтернативы возможно завершение конструкции кирпичной кладкой, которую затем обшивают стальной сеткой и штукатурят. Сверху газгольдера устанавливается герметичный люк, выводится газовая труба через гидрозатвор, и монтируется клапан для сброса давления газа.
Перемешивание субстрата возможно осуществить с помощью дренажной системы барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально установите пластиковые трубы так, чтобы верхний край был выше слоя субстрата. В трубах сделайте множество отверстий. Газ под давлением будет поступать вниз, а пузырьки газа при подъеме вверх перемешивать биомассу в емкости.
Вместо возведения бетонного бункера можно приобрести готовую емкость из ПВХ. Для поддержания тепла вокруг нее следует уложить слой теплоизоляции – пенополистирол. Дно ямы залить армированным бетоном толщиной 10 см. Резервуары из поливинилхлорида разрешено использовать при объёме реактора не более 3 м3.
Выводы и полезное видео по теме
Чтобы узнать, как соорудить самую элементарную установку из обычной бочки, смотрите видео.
Строительство подземного реактора показано в видеосюжете.
В следующем ролике представлен процесс погрузки навоза в подземное сооружение.
Установка для получения биогаза из навоза позволит значительно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, а также использовать органический материал, который есть во всех фермерских хозяйствах. Перед началом строительства нужно все продумать и подготовить.
За несколько дней возможно изготовить простейший реактор с помощью доступных материалов. Для крупных хозяйств оптимальнее приобрести готовое оборудование или воспользоваться услугами специалистов.
Если у вас возникли вопросы по информации или у вас есть предложения для посетителей сайта, пожалуйста, оставляйте комментарии в поле ниже.