Работа устройства для получения биогаза
Основной принцип работы установки по производству биогаза – брожение. В результате полученный биогаз, используется, как и природный. К примеру, с его помощью можно обогреть помещение или выработать электроэнергию.
Таким газом можно заправить автомобиль, естественно, сначала его потребуется сжать.
Сам процесс выработки биогаза в биогазовой установке происходит в несколько этапов. На первом этапе загружается сырье. Для обеспечения максимальной эффективности, придерживаются определенной влажности сырья. Наилучший вариант – использование функции добавления воды.
После загрузки сырья в емкость, из расчета 1 к 8 к сырьевой базе добавляют воду и включают насос, с помощью которого все тщательно перемешивается и становится однородным.
Процесс выработки биогаза из навоза
Далее сырьевая масса, попадает в биореактор, при этом, продолжая перемешиваться. Перемешивание автоматически отключится после полной выгрузки сырья из емкости.
Однородная, смешанная с водой биомасса, попадает в биореактор через открывающийся технологический люк. Такой же герметичный люк имеется и в верхней части биореактора. На нем расположены приборы, отслеживающие уровень биомассы, измеряющие давление биогаза и осуществляющие его отбор.
Чтобы не случился разрыв емкости, специальный компресс автоматически может включаться или выключаться при повышении давления. Также компрессор способствует откачке газа из биореактора в газгольдер.
Биореактор также оснащен нагревательным элементом, который поддерживает нужную для брожения температуру.
Затем биомасса попадает во вторую часть биореактора, где проходит химическая реакция. Все процессы происходят с постоянным перемешиванием биомассы, что исключает возможность образования плавающей корки, которая препятствует выходу биогаза. После того как биомасса окончательно перебродила, она попадает в выгрузочный сектор, где отделяется жидкое удобрение и остатки газа.
Технология получения биогаза из навоза
Полученный газ необходимо осушить, чтобы он мог гореть
Добыча газа из отходов и последующее его использование в качестве топлива позволяет сэкономить на коммунальных услугах и снизить нагрузку на окружающую среду. При большом объеме получаемого сырья его можно использовать для нагрева воды и выработки электроэнергии.
В качестве сырья для производства метана в домашних условиях применяются экскременты птиц, пушных животных, мелкого, среднего и крупного домашнего скота. Допускается включать в смесь ботву, опилки, траву, листву, животные жиры и субпродукты, оставшиеся после забоя.
Получение топлива происходит следующим образом:
- Создание конструкции, которая по своему устройству напоминают место, где обитают анаэробные бактерии — желудок. Там тепло, темно и нет кислорода.
- Приготовление смеси для брожения. Она на 90% должна состоять из воды без хлора. Раствор заливается и практически сразу начинается процесс брожения. При грамотно созданных условиях он длится около 12 дней.
- Отработанный материал откачивается, вместо него заливается новый. Подсаживать свежих бактерий не нужно, так как они уже есть в помете.
- Осушение биогаза. В нем содержится большое количество влаги, если продукт не переработать, гореть он не будет.
- Сбор полученного топлива. Для этого используются цистерны, бочки, пластиковые резервуары или полимерные мешки.
Подземная установка для производства биотоплива
Чтобы сэкономить пространство, лучше всего строить подземные установки. Это самый простой способ получить биогаз в домашних условиях. Для обустройства подземного биореактора вам нужно выкопать яму и залить ее стены и дно армированным бетоном.
С двух сторон в емкости делают отверстия для входной и выходной трубы. Причем выходная труба должна находиться у основания контейнера для откачки отработанной массы. Ее диаметр – 7-10 см. Входное отверстие диаметром 25-30 см лучше всего располагать в верхней части.
Биотоплевная подземная установка
Сверху установку закрывают кирпичной кладкой и устанавливают газгольдер для приемки биогаза. На выходе из емкости нужно сделать клапан для регуляции давления.
Биогазовую установку можно закопать во дворе частного дома и подвести к ней канализацию и отходы домашнего скота. Перерабатывающие реакторы могут полностью покрывать нужды семьи в электричестве и отоплении. Дополнительный плюс в получении удобрения для огорода.
Биореактор своими руками – это способ получать энергию из подножного материала и делать деньги из навоза. Он сокращает расходы фермерского хозяйства на электроэнергию и увеличивает рентабельность. Вы можете сделать его самостоятельно или заказать установку. Цена на нее зависит от объема, начинается от 7000 рублей.
Биогазовая станция своими руками
При недостатке опыта постройки сложных инженерных систем стараются придерживаться принципа: чем проще конструкция, тем она получается надёжнее и долговечнее. Инструкция по изготовлению установки для производства биогаза своими руками включает несколько этапов:
- проектирование с учётом количества доступного сырья и производительности;
- выбор и подготовка места размещения оборудования;
- заготовка приспособлений, узлов, агрегатов;
- монтаж ёмкости;
- подключение вспомогательной аппаратуры;
- монтаж газопровода;
- пуск, настройка и регулировка.
После успешного пуска устраняют выявленные недостатки и переводят систему в работу с полной нагрузкой.
Проектирование
Самодельные простейшие биогазовые установки не отличаются высоким КПД из-за того, что реакции проходят в неподходящем режиме.
Исходя из этого принимают, что один кубометр ёмкости брожения выделяет количество газа, достаточного для отопления 10 м² жилья. Таким образом, для обогрева загородного дома площадью 50 м², понадобится резервуар на 5 м³.
Загрузку и выгрузку сырья в домашних установках производят одномоментно, примерно один раз в 15–25 суток, в зависимости от потребления. Выход в рабочий режим может занять до 5 суток.
На это время предусматривают отопление дома другими способами или строят резервуар на 1–2 м³.
Расположение
Место под ёмкость брожения выбирают исходя из нескольких условий:
- удобства доставки сырья и удаления отходов;
- безопасного складирования сырья и отходов вдали от жилья;
- минимальных затрат на подведение инженерных сетей.
Правильно выбранное место должно быть удобно расположено с учётом инфраструктуры участка.
Материалы для изготовления биореактора
Основой биогазовой станции в личных хозяйствах является бункер. В качестве резервуара используют:
- бетонный или кирпичный бункер;
- пластиковые и стеклопластиковые герметичные ёмкости;
- полиэтиленовые, полипропиленовые и поливилхлоридные рукава;
- стальные бочки, кубы, колонны.
Требования к реактору:
- водонепроницаемость;
- достаточная прочность, чтобы выдержать массу влажного субстрата и действующее давление грунта;
- удобство обслуживания;
- стойкость к агрессивным средам.
Система сбора и отвода газа
В самой верхней точке бункера брожения делают врезку трубы отвода выработанного газа. По возможности трубу монтируют на воздухе, но закрывают от солнца. Предусматривают небольшой 1–2% подъём. В этом случае отвод является холодильником и на внутренних стенках оседает и стекает в резервуар конденсат.
К отводящей трубе присоединяют отвод, ведущий в газгольдер-хранилище.
В небольших станциях газгольдеры изготавливают из армированной полимерной плёнки.
Очищение от примесей
Для работы бытовых водогрейных котлов или варочных плит необходим очищенный газ.
В домашних условиях очистку и осушение проводят, перепуская топливо через ёмкость с водяным затвором. Другой способ — использование корпусов от бытовых водяных фильтров с засыпанным в них силикагелем. Второй фильтр заполняют металлическими опилками или мочалками — это является надёжной защитой от избытка серы.
Оборудование для перемешивания
Электрические мешалки заводского изготовления со сложными редукторами в установках для получения биогаза своими руками используют редко из-за их высокой цены и расходов на оплату электричества.
Применяют другие способы:
- перемешивание вручную;
- периодическое включение фекальных насосов, перекачивающих жидкую фракцию со дна на поверхность;
- использование компрессора, которым газ из-под крышки резервуара закачивается в субстрат, происходит перемещение придонных слоёв.
Подогрев и теплоизоляция
Реакция брожения активно происходит при температурах от 34 до 43°С. Ни один из известных способов получения биогаза не сможет поддерживать такие параметры самостоятельно в круглогодичном режиме. Даже в самых южных регионах потребуется внешний подогрев и качественное утепление.
Методы сохранения тепла:
- углубление реактора в грунт с одновременным утеплением стенок;
- утепление внешнего бункера современными материалами — пенопластом, пенополистиролом, каменной ватой, фольгированным пеноизолом.
Иногда оборудование устанавливают в хозпостройках или возводят вокруг реакторов павильоны из дерева или поликарбоната. Подогрев осуществляют электрическими ТЭНами или запускают котёл, который потребляет часть выработанного газа.
Плюсы использования биотехнологий
Технология получения биогаза из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.
Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.
Технология переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный источник тепловой энергии
Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.
Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.
В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации
При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.
Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.
Галерея изображений
Фото из
Организация системы по получению биогаза экономически обоснована для фермерских хозяйств. Если сырье дают только две коровы, его лучше использовать в качестве удобрения
Полученный путем переработки навоза газ обеспечит теплом и энергией. После очистки он может поставляться в плиту и котел, закачанный в баллон использоваться электрогенератором
Конструктивно простейшую перерабатывающую установку несложно построить собственными руками. Главный орган ее — биореактор, который нужно хорошо гидро- и теплоизолировать
Для тех, кто желает сократить сроки сооружения системы, подойдет пластиковая емкость заводского изготовления. При ее использовании действуют аналогичные принципы сооружения и изоляции
Фермерские хозяйства — основные поставщики сырья для получения биогаза
Получение и применение газообразного биотоплива
Строительство перерабатывающей установки своими руками
Готовая пластиковая емкость в устройстве биореактора
Этапы получения и переработки отходов
Процесс производства проходит в 4 этапа.
- Сначала микроорганизмы перерабатывают высокомолекулярные соединения, превращая их в низкомолекулярные. Полимеры становятся мономерами. Данный процесс протекает довольно медленно, на его скорость во многом влияет кислотно-щелочной баланс среды.
- На следующем этапе образуются кислоты. Некоторые молекулы попадают в клетки микроорганизмов, и там продолжается их разложение. Сначала происходит выработка карбоновых кислот, а также некоторых газов: сероводорода, аммиака, углекислого газа.
- На третьем этапе образуются вещества, необходимые для появления метана. Это углерод, его двуокись, а также уксусная кислота.
- И завершается переработка навоза в биогаз образованием самого метана. При этом появляются и побочные продукты – углекислый газ и вода.
Получение разрешения
Несмотря на то, что навоз относится к третьему классу опасности, то есть умеренно опасным отходам, для утилизации необходимо получать лицензию.
Но это относится лишь к тем случаям, когда биогаз или полученную из него электроэнергию собираются продавать.
Кроме того, лицензирование необходимо, если метантенк будет работать на покупном сырье. Если же полученный биогаз будет использован только для нужд того, кто его производит, то нет необходимости получать лицензию.
Кроме того, необходимо получить разрешение на строительство, а также согласовать проект со следующими ведомствами:
- Ростехнадзором;
- Пожарной Инспекцией;
- СЭС;
- Газовой службой.
Иногда владельцы мелких и не очень мелких подсобных хозяйств пренебрегают согласованиями и разрешениями, ведь они строят все на своей земле и никому не продают продукты переработки.
Кроме того, подобные объекты нужно застраховать на случай аварии, а перед запуском их должны проверить специалисты соответствующих ведомств.
Тем не менее, владельцы небольших домашних установок пренебрегают регистрацией, потому что стоимость разрешений сводит на нет все преимущества такого способа утилизации навоза.
Однако делают они это на свой страх и риск, потому что в случае любых чрезвычайных происшествий им придется не только заплатить штрафы за отсутствие сведений в реестре, но и отвечать за все последствия.
Что представляет собой биогаз
Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.
Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.
В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности мелкого и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме смеси с включением травы, листвы, старой бумаги
Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород. Собственно это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.
Что представляет собой био газ
По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.
Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве. В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.
Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.
Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животных
Загрузка реактора
- Существует два способа загрузки биореактора:
- раздельная подача жидкой и твердой фракции;
- предварительное смешивание жидкой и твердой фракции и подача в биореактор единой гомогенизированной массой.
При этом важно соблюдать пропорции подачи сырья, чтобы не нарушить процесс брожения. Обеспечение нужного температурного режима
Процесс брожения осуществляется под воздействием специальных бактерий. Для их эффективной работы на протяжении всего процесса переработки необходимо поддерживать определенный уровень температуры в биореакторе. Уровень температуры определяется выбранным режимом для протекания реакции. Мезофильный режим предполагает поддержание температуры в диапазоне 30-40 градусов с возможным перепадом не более чем на 1 градус в час. При термофильном режиме необходимая температура должна составлять 50-55 градусов, при этом перепад температуры должен составлять не более 0,5 градусов в час.
Получение биогаза. Основным продуктом разложения биомассы является биогаз. Образующийся газ поднимается в верхнюю часть биореактора, откуда по газоотводным трубкам выводится в специальную емкость – газгольдер
Обеспечение нужного температурного режима. Процесс брожения осуществляется под воздействием специальных бактерий. Для их эффективной работы на протяжении всего процесса переработки необходимо поддерживать определенный уровень температуры в биореакторе. Уровень температуры определяется выбранным режимом для протекания реакции. Мезофильный режим предполагает поддержание температуры в диапазоне 30-40 градусов с возможным перепадом не более чем на 1 градус в час. При термофильном режиме необходимая температура должна составлять 50-55 градусов, при этом перепад температуры должен составлять не более 0,5 градусов в час.
Получение биогаза. Основным продуктом разложения биомассы является биогаз. Образующийся газ поднимается в верхнюю часть биореактора, откуда по газоотводным трубкам выводится в специальную емкость – газгольдер.
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ
Прежде чем приступать к покупке или самостоятельной сборке биогазовой установки необходимо адекватно оценить наличие сырья, его тип, качество и возможность бесперебойной поставки. Далеко не каждое сырье подходит для получения биогаза. Сырье, которое не походит:
сырье с высоким содержанием лигнина; сырье, которое содержит опилки хвойных деревьев, (с наличием смол) с влажностью, превышающей 94% гниющий навоз, а также сырье плесенью либо синтетическими моющими веществами.
Если сырье подходит для переработки, то можно приступать к определению объема биореактора. Общий объем сырья для мезофильного режима (температура биомассы колеблется от 25-40 градусов, наиболее распространенный режим) не превышает 2/3 объема реактора. Суточная доза составляет не более 10% от общего загруженного сырья.
Любое сырье характеризуется тремя важными параметрами:
плотность; зольность; влажность.
Последние два параметра определяются из статистических таблиц. Сырье разбавляется водой из учета достижения 80-92% влажности. Отношение количества воды и сырья может колебаться в соотношении от 1:3 и до 2:1. Это делается, чтобы предать субстрату требуемую текучесть. Т.е. чтобы обеспечить проходимость субстрата по трубам и возможность его перемешивания. Для малых биогазовых установок плотность субстрата допускается принимать равной плотности воды.
Попробуем определить объем реактора на примере.
Получается, что суточная доза загрузки сырья составит около 650 кг. Полная загрузка реактора: ОС=10х0,65=6,5 тонн, а объем реактора ОР=1,5х6,5=9,75 м³. Т.е. нам понадобится реактор объемом 10 м³.
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.
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.
Высокое содержание углекислоты также требует очистки, но этот процесс более трудоемкий. В домашних условиях самым простым и дешевым способом очистки биогаза от примесей является вода. Процесс происходит в 2 этапа:
- 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
Способы хранения помета
Можно выделить несколько основных способов хранения помета до переработки:
— хранение жидкого помета в пометохранилищах открытого типа;
— хранение жидкого помета в окислительных прудах;
— хранение жидкого помета в аэрируемых лагунах;
— хранение жидкого помета в анаэробных лагунах;
— хранение помета натуральной влажности или подсушенного на плащадках открытого типа;
— хранение помета натуральной влажности или подсушенного на плащадках закрытого типа или под навесами;
— хранение помета натуральной влажности или подсушенного в специальных вентилируемых пометохранилищах.
Различия между способами хранения жидкого помета состоят в основном в типах процессов, происходящих в толще продукта. В аэрируемых лагунах, верхних слоях окислительных прудов и пометохранилищ органические вещества помета разлагаются под воздействием аэробных микроорганизмов; в анаэробных лагунах и низших слоях окислительных прудов и пометохранилищ — под воздействием анаэробных микроорганизмов. Во всех случаях происходит в той, или иной степени обезвреживание семян сорняков, яиц гельминтов, патогенной микрофлоры, стабилизация продукта по химическому составу, хотя сроки могут быть от нескольких недель до года и более. В то же время, ни один из способов хранения жидкого помета не отвечает в полной мере вышеизложенным требованиям, прежде всего, по параметрам минимизации выделений аммиака, неприятных запахов, не дает гарантии исключения попадания жидких стоков в подземные воды и водоемы, предусматривает большую биологическую потребность в кислороде. Вследствие этого законодательством многих стран допускается только кратковременное хранение жидкого помета в хранилищах открытого типа. То же самое относится и к хранению натурального или подсушенного помета под открытым небом. Как при хранении жидкого, так и помета натуральной влажности под открытым небом количество азота в продукте может снижаться в 5 раз. Как с экологической, так и с экономической точки зрения неприемлемым можно считать хранение под открытым небом подсушенного помета.
В большей степени требованиям отвечают способы хранения помета в специальных хранилищах закрытого типа и под навесами, защищающими от воздействия атмосферных осадков, а также в вентилируемых пометохранилищах, жидкого помета – в емкостях без доступа воздуха.
