Рост цен на энергоносители заставляет задуматься о возможности обеспечить себя ими самостоятельно. Один из вариантов — биогазовая установка. С ее помощью из навоза, помета и растительных остатков получают биогаз, который после очистки можно использовать для газовых приборов (плиты, котла), закачивать в баллоны и использовать его как топливо для автомобилей или электрогенераторов. В общем — переработка навоза в биогаз может обеспечить все потребности дома или фермы в энергоносителях.

Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

• Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
• Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
• Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Схема биогазовой установки

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

• Надземной.
• Полузаглубленной.
• Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Сбор и отвод биогаза

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Очищение от примесей

Примерный состав получаемого биогаза такой:

• метан — до 60%;
• углекислый газ — 35%;
• другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Газгольдер и компрессор

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

• перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
• способствует высвобождению выработанного газа;
• выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
• поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже +5°C они практически замирают.

Чем греть и где расположить

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — +60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

Способы водяного обогрева

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.

Особенности переработки органических отходов в приусадебных биоустановках. Переработка органических отходов без доступа кислорода - высокоэффективный способ получения качественных органических удобрений и экологически чистого энергоносителя, которым является биогаз. Причем такой способ переработки отходов - абсолютно безопасный для окружающей среды.

Биогаз - это газ, который приблизительно на 60 % состоит из метана и на 40 % из углекислого газа (СО 2). Разнообразные виды микроорганизмов метаболизируют углерод из органических субстратов в безкислородных условиях (анаэробный) (табл.4).

Выход биогаза (м3) из одной тонны органического вещества
Вид органического сырья	Выход газа, м3 из тонны сырья
Навоз КРС
Навоз свиней
Птичий помет
Конский навоз
Овечий навоз
Кукурузный силос
Травяной силос
Свежая трава
Листья сахарной свеклы
Силосованные листья сахарной свеклы

Это процесс так называемого гниения или безкислородного брожения.

Метановое сбраживание - это сложный анаэробный процесс (без доступа воздуха), который происходит в результате жизнедеятельности микроорганизмов и сопровождается рядом биохимических реакций. Температура сбраживания составляет 35 °С (мезофильный процесс) или 50°С (термофильный процесс). Этот метод стоит оценивать как локальное природоохранное мероприятие, которое в то же время улучшает и энергетический баланс хозяйства, поскольку при этом можно организовать малоотходное энергосберегающее хозяйство.

Во время переработки жидкого навоза влажностью до 90-91 % в установке метанового сбраживания получают три первичных продукта: обезвоженный шлам, биогаз, жидкие стоки. Обезвоженный шлам не имеет запаха, не содержит патогенной микрофлоры, всхожесть семян сорняков сведено к нулю. В целом обезвоженный шлам - это высококонцентрированное обеззараженное дезодорированное органическое удобрение, пригодное для непосредственного внесения в грунт. Он используется и как сырье для производства биогумуса. Метановое сбраживание позволяет повысить качество субстрата. Это происходит за счет того, что во время метанового брожения без доступа кислорода аммиачный азот переходит в аммонийную форму, что в дальнейшем, в процессе аэробной ферментации, обеспечивает уменьшение потерь азота. Полученный на основе сброженного навоза и помета субстрат способствует увеличению урожайности сельскохозяйственных культур на 15-40 %.

С 1920 года биогаз широкомасштабно получали из канализационных сточных вод. В европейских городах с 1937 года городские парки грузовиков начали переоборудовать для работы на биогазе. Во время второй мировой войны и в послевоенное время исследовалось и пропагандировалось производство биогаза из органических отходов. Из-за снижения стоимости нефти развитие биогазовых технологий в 60-х годах прекратилось. В странах, которые развиваются, приобрели распространения простые биогазовые установки. В Китае уже созданы миллионы таких установок - "приусадебного"типа. В Индии построено около 70 млн. установок. В развитых странах после кризиса 1973 года получили распространение крупнообъемные биогазовые установки. Появилась возможность быстро сбраживать канализационные стоки в анаэробных фильтрах при относительно низкой температуре брожения.

Среди многообразия биогазовых установок, которые сегодня работают во многих странах мира, встречаются установки с объемом реактора от нескольких до нескольких тысяч кубометров. Условно их можно разделить на:

Малые, или приусадебные - объем реактора до 20 м3;

Фермерские - 20-200 м3;

Средние - 200-500 м3;

Большие - свыше 500 м3

Преимущества биогазовых установок:

Агрономические - возможность получать высокоэффективные органические удобрения;

Энергетические - производство биогаза;

Экологические - обезвреживание негативного влияния отходов на окружающую среду;

Социальные - улучшение бытовых условий, что особенно актуально для жителей сельской местности.

Во многих странах широкомасштабно используют потенциал, который дает такой способ переработки отходов. К сожалению, в Украине еще и сейчас он остается несколько экзотичным и на практике применяется в единичных случаях, в частности для анаэробной переработки органических отходов на удобрение, что актуально в нынешних условиях. Даже энергетический кризис не стимулировал развитие этой технологии получения энергии, тогда как в некоторых странах, например Индии и Китае, уже длительное время действуют национальные программы переработки отходов в биоустановках. Весомый процент энергетических потребностей во многих странах Европы обеспечивает именно эта технология, а в Англии еще до 1990 года планировалось обеспечивать сельское население газом "собственного производства".

Рис 41. Биогазовая установка Рис 42. Индийская

в Эфиопии биогазовая установка

Не отбрасывая значение крупнообъемных установок, стоит обратить пристальное внимание на преимущества малых биогазовых установок. Они дешевые, доступные для строительства индивидуальным и промышленным способами, простые и безопасные в обслуживании, а продукты переработки в них органических отходов - биогаз и высококачественные органические удобрения - можно использовать непосредственно на потребности фермерского хозяйства без расходов на их транспортировку.

К преимуществам малых биогазовых установок следует отнести доступность местных материалов для сооружения установки, возможность обслуживания силами владельца, отсутствие потребности в учете, транспортировке на далекие расстояния и подготовке к использованию биогаза.

Небольшие биогазовые установки имеют и определенные недостатки, сравнительно с большими. Здесь тяжелее автоматизировать и механизировать процессы подготовки субстрату и работу самих установок, проблематичным является измельчение субстрату, его подогрев, загрузка и разгрузка, хранение до и после обработки, которая предопределяет потребность в емкостях для складирования ферментированных отходов. Кроме того, чтобы довести субстрат до необходимой для ферментации концентрации, следует иметь еще одну емкость и определенное количество воды. Для уменьшения затрат воды стоит предусмотреть возможность ее повторного использования. Возникают проблемы и с обезвоживанием ферментированной массы. Чаще всего узлы, которые используются для механизации работ (измельчение, смешивание, подогрел, подача продуктов переработки и тому подобное) на больших установках, непригодны к применению на малых из-за своих технических параметров и высокой стоимости.

Приусадебные установки производят небольшие объемы биогаза, потому более сложно организовать процессы его обезвоживания и очистки от примесей негорючих составляющих.

К проблемам эксплуатации малых биогазовых установок следует отнести неравномерность процесса получения биогаза в разные времена года. В летний период эксплуатации проблемы возникают из-за того, что на подогрев субстрата при наличии газового нагревателя будет тратиться меньше биогаза собственного производства, его товарное количество будет большим чем в зимний период. Летом, когда животных выгоняют на пастбище, уменьшается и количество отходов - сырья для работы биореактора. В составе таких установок нецелесообразно предусматривать узлы для значительного накопления биогаза - когда газа будет производиться больше чем нужно для хозяйства, его придется просто выпускать в атмосферу.

Но невзирая ни на что, анаэробная переработка органических отходов - высокоэффективный и выгодный способ получения качественных органических удобрений и экологически чистого энергоносителя. Малые приусадебные биогазово-гумусные установки с реактором до 20 м3 можно рекомендовать к установке практически на каждом сельском дворе, где накапливаются органические отходы.

Среди основных современных тенденций развития биогазовых технологий можно выделить такие:

Сбраживание поликомпонентных субстратов;

Применение "сухого" типа анаэробной ферментации для производства биогаза из энергетических растительных культур;

Создание централизованных биогазовых станций большой производительности и тому подобное.

Существуют четыре основных типа реализации технологии анаэробного сбраживания, а именно: крытые лагуны и метантанки, работающие в режиме реактора-смесителя и реактора с носителем биомассы. Техническая и экономическая целесообразность применения того или иного типа зависит, главным образом, от влажности субстратов и климатических условий в районе расположения биогазовой установки. Тип примененного биореактора отражается на общей длительности процесса метанизации.

Крытые лагуны целесообразно применять в условиях теплого и умеренного климата - для жидких навозных стоков, которые не содержат включений со значительной гидравлической крупностью. Такие реакторы специально не обогреваются, а потому их считают не интенсивными. Длительность распада органического вещества к стабилизации отходов значительно превышает аналогичную в реакторах с интенсивным режимом сбраживания.

К реакторам с интенсивным режимом сбраживания относят обогревающиеся реакторы разных типов. Существуют два принципиальных отличия между конструкциями таких реакторов, которые зависят от характеристики сбраживаемых субстратов. В реакторах первого типа сбраживают преимущественно субстраты с доминированием жидких навозных отходов. Самый распространенный тип таких реакторов - цилиндрические бетонные или стальные с центральной колонной, перекрытые эластичной мембраной, которая служит для герметизации сооружения и накопления образуемого биогаза. Такие реакторы работают по принципу полного смешивания, когда каждая свежая порция смеси исходных субстратов смешивается со всей сбраживаемой массой реактора. Принципиальная конструкция таких реакторов отображена на рисунке 43.

Рис.43 . Вертикальный тип метантанка

2 - перелив субстрата;

3 - помпа подачи воздуха;

4 - теплоизоляция метантанка;

5 - центральная колонна, которая поддерживает мембрану газгольдера от падения;

6 - перемешивающее устройство;

7 - привод перемешивающего прибора;

8 - площадка обслуживания;

9 - мембрана газгольдера;

10 - уровень наполнения метантанка;

11 - высота поднятия мембраны газгольдера;

12 - подогревательные трубопроводы

Другой тип реакторов для жидких субстратов - горизонтального типа, работающие по принципу вытеснения. В таких сооружениях исходная смесь субстрата подается с одной стороны, а отводится из другого. При этом органическое вещество испытывает последовательные превращения за счет консорциума микроорганизмов, уже имеющихся в исходном субстрате. Такие реакторы можно считать менее эффективными по интенсивности процесса, однако в них, за счет разнесения в пространстве точек входа свежих субстратов и выхода сброженных, удается минимизировать риск выхода вместе со сброженным субстратом (который удаляется из метантанка) несброженной порции свежих субстратов. Реакторы такого типа целесообразно применять для небольших объемов сбраживаемых субстратов.

Реакторы следующего типа предназначены для метанизации сухих органических смесей, в которых преобладают косубстраты из энергетических растительных культур. Реакторы такого типа приобретают распространения вместе с распространением технологий "сухой" ферментации энергетических культур растений. Характерной особенностью таких метантанков является то, что их проектируют как реакторы полного вытеснения.

Из технологических позиций процесс получения биогаза из органического вещества является многостадийным. Он состоит из процесса подготовки субстратов к сбраживанию, процесса биологического разложения вещества, дображивания (по желанию), обработки сброженного субстрата и добытого биогаза, подготовки их к использованию или утилизации на месте. На рисунке 2 приведена принципиальная технологическая схема типичной фермерской биогазовой станции для совместного сбраживания навозных отходов и органических косубстратов.

Рис. 44 . Принципиальная технологическая схема типичной фермерской биогазовой станции

Подготовка субстрата к сбраживанию предусматривает сбор и гомогенизацию (перемешивание) субстрата. Для сбора субстрата, в зависимости от его проектного количества, строят накопительную емкость, обустроенную специальным перемешивающим устройством и помпой, которая в дальнейшем будет подавать подготовленный субстрат к реактору (метантанку). В зависимости от типов субстратов, система подготовки вещества может быть усложнена модулями измельчения или стерилизации косубстратов (при необходимости).

После предварительной подготовки предварительно рассчитанное количество субстрата перекачивают с помощью насосов системой трубопроводов к реактору. В реакторе (метантанке) субстрат поддается деструкции при участии микробиоценоза на протяжении расчетного времени, в зависимости от избранного температурного режима. Метантанк оборудуют системой подогревательных трубопроводов, перемешивающим устройством (для устранения возможности расслоения среды и возникновения корки, равномерного деления питательных для микробиологической среды веществ и выравнивания температуры субстрата), системами отвода добытого биогаза и отвода сброженного субстрата. Кроме того, метантанк оборудуют системой подачи воздуха, небольшое количество которого нужно для очистки биогаза от сероводорода биохимическим осаждением.

Степень распада органического вещества на момент завершения активного газообразования приближается до 70-80%. В этом состоянии сброженная органическая масса может подаваться на систему сепарации для деления на твердую и жидкую части в специальном сепараторе.

Для утилизации добытого биогаза существует несколько схем, основным из которых является сжигание биогаза в когенерационной установке непосредственно на объекте, с добычей электроэнергии и теплоты, которые используются на собственные потребности фермы и биогазовой станции. Кроме того, часть электрической энергии передается в электросети.

Основным субстратом при анаэробном сбраживании, как правило, является навоз животных и птицы, а также отходы убойных цехов. Субстраты такого происхождения содержат больше всего микроорганизмов, необходимых для организации и хода процесса метанового брожения, поскольку они присутствуют уже в желудке животных.

Как свидетельствует опыт Германии, большинство установок работают на смеси косубстратов с разным их дольным соотношением. В стране реализовали специальную программу сбора данных из более чем 60 показательных работающих биогазовых станций и проанализировали их. Существуют достаточно много станций (около 45%), где в качестве основного субстрата используют навоз объеме 75-100% от общего объема смеси. Вместе с тем есть также много станций, где содержание навозных стоков менее 50%. Это указывает на то, что биогазовые установки в Германии при производстве биогаза в значительной мере используют потенциал не только навозных отходов, но и разнообразных дополнительных косубстратов.

Анализ данных о производстве биогаза на этих станциях показал, что с увеличением частицы косубстратов в смеси увеличивается удельный выход метана. Самым распространенным среди косубстратов разных типов является силос кукурузы. Его закупают у фермеров в измельченном виде, готовом к загрузке в реакторы, и складируют на открытых огражденных площадках. Кроме силоса кукурузы, достаточно широко используют и травяной силос, полову зерновых, жировые отходы, скошенную траву, молочную сыворотку, пищевые и овощные отходы и тому подобное.

В сознании украинского фермера биогазовая установка крепко связана исключительно с переработкой отходов больших ферм. Главным стимулом для строительства БГУ в Украине, чаще всего не слишком эффективным, остается необходимость очистки сточных вод. Интересной для фермера является и возможность получения высококачественных органических удобрений. Энергетические аспекты получения биогаза остаются недоиспользованными из-за низких тарифов на электрическую и тепловую энергию, в результате чего окупаемость БГУ за счет продажи энергии оказывается очень низкой.

Конечно, для того, чтобы биогазовые технологии начали активно развиваться, нужно узаконить систему "зеленых" тарифов на все виды возобновляемой электрической и тепловой энергии, как это уже состоялось во многих странах мира, и не только в развитых.

Другой путь повышения эффективности биогазовых установок заключается в активном использовании для сбраживания дополнительных субстратов, например силоса кукурузы. Прекрасным примером эффективной биогазовой установки является БГУ немецкой компании Енвитек Биогаз. Стандартная БГУ компании комплектуется реактором 2500 м3 и когенерационной установкой электрической мощностью 500 кВт. Базовым поставщиком сырья для такой установки может быть обычная для Германии свиноферма с поголовьем 5000 свиней. Повышение выхода биогаза достигается за счет добавления силоса кукурузы. Для непрерывной работы установки на протяжении года нужно 6000 тонн силоса, или 300 гектаров земли при урожайности силоса 20 т/га.

Краткая техническая характеристика биогазовых компании ООО					Биодизельднепр"
Марка установки	Объем реактора, м 3	Установленная мощность		Выход биогаза	Производство электроэнергии, кВт	Производство тепла, кВт	Биобензин

Жидкие стоки - обеззараженная дезодорирована жидкость, которая содержит до 1 % зависших веществ и имеет в составе удобряющие элементы. Фугат - прекрасная органическая подпитка для сельскохозяйственных культур, использование которой удобно как при поливе, так и при орошении. После доочистки жидкие стоки можно использовать даже как техническую воду.

Биогаз используется для производства электрической и тепловой энергии. Сжигая 1 м3 биогаза, можно получить 2,5-3 кВт/час электроэнергии и 4-5 кВт тепловой энергии. При этом 40-60 % биогаза используется на технологические потребности установки. Биогаз под давлением 200-220 атм. можно использовать для заправки автотранспорта.

Кроме производства энергии и удобрений при сбраживании отходов, биогазовые установки исполняют роль очистных сооружений - уменьшают химическое и бактериологическое загрязнение почвы, воды, воздуха и переделывают органические отходы в нейтральные минерализованные продукты. Сравнительно с энергией малых рек, ветровой и солнечной энергией, где установки используют экологически чистые источники энергии (пассивно чистые установки), биоэнергетические установки (БЭУ) являются активно чистыми, что устраняет экологическую опасность продуктов, которые являются для них сырьем.

В мире используются много типов биогазовых установок. Они содержат устройства для приема навоза растительной массы, метатанки и энергосиловые блоки.

Отличаются между собой метантанки конструкцией устройств для перемешивания массы во время сбраживания. Самое частое перемешивание осуществляют с помощью вала с лопастями, который обеспечивает послойное перемешивание сбраживаемой массы. Кроме того, перемешивают гидравлическими и механическими устройствами, которые обеспечивают забор массы из нижних слоев метантенка и подачу в верхнюю часть. Биогазовые установки, которые работают в интенсивном режиме, имеют камеры аэробного (кислородного) брожения, где происходит подготовка массы к сбраживанию, и анаэробному (метанового) брожению. Есть также устройства для перемешивания массы, выполненные в виде вала с лопатками, размещенного по вертикальной оси корпуса и прикрепленного к верхней части плавающего газового колпака. Перемешивание массы в реакторе происходит за счет вращения вала с лопатками и перемещения плавающего перекрытия. Некоторые устройства обеспечивают лишь разбивание корки, которая образуется на поверхности массы обрабатываемой детали. Перемешивания достигают также путем использования перегородок и сифона двустороннего действия, которое обеспечивает попеременное переливание массы из нижней зоны одной секции в верхнюю второй и, наоборот, за счет регуляции давления газа. Иногда метантанки выполняет в виде сферы или цилиндра, которые должны возможность вращаться вокруг своей геометрической оси.

В Украине в связи с резким подорожанием природного газа, исчерпаемости его ресурсов усилился интерес к биогазовым технологиям. На сегодня в усадьбах и небольших фермерских хозяйствах страны еще не используют небольшие биогазовые установки. В то же время, например, в Китае и Индии построены и успешно эксплуатируются миллионы мелких метантанков. В Германии из 3711 действующих биогазовых установок около 400 составляют фермерские биогазовые установки, в Австрии их более 100.

Рис.45. Немецкая биогазовая установка (фермерская)

Рис.46 Схема биогазовой установки для фермерского хозяйства :

1 - сборники для гноя (схематически); 2 - система загрузки биомассы; 3- реактор 4 реактор досбраживания; 5 - субстратор; 6 - система отопления; 7 - силовая установка; 8 - система автоматики и контроля; 9 - система газопроводов.

Рис.47 Схема биогазовой установки для фермерского хозяйства

По показаниям ветеранов Великой Отечественной войны, во время освобождения Румынии они видели на многих крестьянских дворах небольшие примитивные биогазовые установки, которые производили биогаз, используемый для бытовых потребностей.

Из небольших биогазовых установок следует назвать установки, разработанные компанией ООО "Биодизельднепр" (г. Днепропетровск). Они предназначены для переработки путем анаэробного сбраживания (без доступа кислорода) органических отходов приусадебных и фермерских хозяйств. Такие установки позволяют перерабатывать ежесуточно 200-4000 кг отходов в непрерывном режиме или 1000-20000 кг- циклический, на протяжении пяти суток. При этом, обеспечивается получение не менее 3м3 биогаза на 1 м3 объема реактора, который может быть использован в установках для получения тепла или электроэнергии, необходимой для покрытия энергетических потребностей установки; для систем газообеспечения (освещение помещений, приготовления еды), отопления и горячего водообеспечения хозяйства; в установках синтеза биоэтанола и биодизельного топлива, а также соответствующего количества высококачественного органического удобрения, готового для внесения в почву.

Производственно-коммерческая фирма "Днепр-Десна» (г. Днепропетровск) разработала малую биоэнергетическую установку "Биогаз-6МГС 2", предназначенную для частного хозяйства (3-4 коровы, 10-12 голов свиней, 20-30 голов птицы). Производительность этой установки составляет приблизительно 11 м 3 биогаза за сутки. Такое количество газа покрывает потребности в отоплении помещения площадью 100 м 2 и горячей воде для семьи из пяти человек.

Заслуживает на внимание опыт внедрения небольшой биогазовой установки в поселке Лески Кенийского района Одесской обл. Биогазовая установка разработана и изготовлена частной фирмой в Днепропетровске.

Установка монтировалась в пределах реализации проекта "Модель утилизации отходов животноводства в регионе дельты Дуная", разработанного группой одесских неправительственных организаций в рамках программы малых экологических проектов при финансовой поддержке британского фонда окружающей "среды для Европы" и при содействии министерства по делам охраны окружающей среды, продовольствия и сельского хозяйства Британии и британского совета.

При нормальной загрузке и эксплуатации биогазовая установка, объем реактора которой составляет 3 м3, сможет выдавать до 3 м3 биогаза в сутки за счет переработки отходов от 100 голов птицы, или от 10 свиней, или от 4 коров. Это минимальные требования к работе установки.

Реактор установлен на поверхности земли. Это связано, во-первых, с конструкцией реактора. Загрузка в него биологического сырья осуществляется снизу, через экструдер, а сливание отработанного материала - через верх, что и отличает отмеченную конструкцию от других, в которых загрузка идет сверху, а отбор - снизу. Второй причиной наземного размещения является высокий уровень почвенных вод в селе - на глубине 50 см. Зимой подогрев навоза в реакторе осуществляется за счет электроэнергии, а летом хватает энергии солнца.

Получаемый газ используется, в первую очередь, для приготовления еды - газопровод подведен к летней кухне. Нужно поддерживать в реакторе температуру 30-35°С и следить за выработкой биогаза. Переработанный в биореакторе навоз необходимо выгружать своевременно.

Как уже отмечалось, в западной Европе в фермерских хозяйствах животноводческого направления широко внедряются биогазовые установки. Особенностью таких установок является введение в их состав энергосиловых блоков, где биогаз превращается в электроэнергию, и использование, кроме навоза, растительной массы.

Для подачи растительной массы в метантанки целесообразно использовать небольшие питатели. Вместимость приемного бункера такого питателя составляет 4 м3, общая длина конвейера - 6 м; мощность привода - 7,5 кВт.

Для комплектации фермерских биогазовых установок может быть эффективно использован мини-энергосиловой блок "С-ВОХ50". Электрическая мощность такого энергосилового блока составляет от 25 до 48 кВт; тепловая мощность - от 49 до 97 кВт.

Германия предлагает небольшие компактные биогазовые установки мощностью 30 и 100 кВт, которые рассчитаны на использование навоза и кукурузного силоса. Установка на 30 кВт включает накопитель-погрузчик на 5 м3 твердой органической массы, бетонный ферментер на 315 м3 и УШ-газовый мотор мощностью 30 кВт электрической и 46 кВт тепловой энергии. Для обеспечения работы биогазовой установки на 30кВт в случае использования смеси 50 % навоза и 50 % силоса необходимо иметь 5-7 га кукурузы. Установка на 100 кВт имеет приемник-питатель кукурузного силоса вместимостью до 20 м3, ферментатор вместимостью 1200 м3 и газмотор имей мощностью 100 кВт электрической и 108 кВт тепловой энергии. При использовании для обеспечения работы биогазовой установки на 100 кВт смеси 50 % навоза и 50 % кукурузного силоса нужно иметь 30 га кукурузы.

Следует отметить, что, внедряя биогазовые установки, зарубежные фирмы применяют индивидуальный подход к каждому фермеру. Для конкретного хозяйства, после соответствующего обследования имеющихся видов и ресурсов биомассы и определения основных целей использования установки, разрабатывается или подбирается соответствующая технология (технологический режим), на основе чего проектируется установка (технологическая линия). Комплектация зависит от избранной технологии. Большинство фирм разрабатывают и монтируют биогазовые установки "под ключ". Большое внимание при использовании биогазовых установок уделяется технологиям подготовки биомассы к сбраживанию, поскольку от качества сырья зависят энергетические показатели. Для эффективного управления биогазовой установкой целесообразно использовать измерительную и регулировочную техники.

Наиболее эффективной технологией считается сбраживание с превращением энергии биогаза в электрическую и тепловую.

Тот, кто живёт за городом, хорошо знает, что отапливать дом и готовить пищу пока, при нынешних ценах на энергоносители, выгоднее всего магистральным газом. Но подключение к трубе с «голубым топливом» может влететь в копеечку, даже если магистраль проходит по границе с участком. Поэтому домовладельцы ищут способы как сэкономить и при этом не превратиться в истопника или кочегара. Команда инженеров из Израиля предлагает одно из решений проблемы, «чем заменить баллонный газ для плиты». Для этого энтузиасты альтернативной энергии разработали портативную установку для производства биогаза в домашних условиях.

Яир Теллер

Наша команда предлагает использовать отходы еды, жидких удобрений и навоза для производства биогаза. Конечно, мощности установки общим объёмом около 2 куб. м недостаточно, чтобы извлекать из биомассы газ, которого хватит для системы отопления. Но, как показала практика, выработанного газа хватает, чтобы подключить к установке портативную газовую плитку и готовить на ней еду.

Установка представляет собой закрытую ёмкость - реактор объёмом 1200 литров, заполненный водой, в который сбрасываются отходы.

Установка сделана из гибкого высокопрочного растягивающегося материала.

Сверху монтируется вторая ёмкость для сбора полученного газа объёмом на 700 литров.

По словам разработчиков, всё, что нужно пользователю - через специальный приёмник поместить в установку органические отходы, а остальное сделают бактерии.

Яир Теллер

Из органических бытовых отходов среднестатистической семьи можно получить энергию - газ-метан, которого хватит для работы одноконфорочной газовой плиты в течение трёх часов в день. Бактерии, находящиеся в реакторе, перерабатывают органические вещества и превращают их в биогаз и высококачественные жидкие удобрения, которые можно использовать для выращивания растений на огороде.

В разобранном виде биогазовая установка помещается в коробку размером 1000х450х400 мм.

Длина газового шланга может достигать 20 метров. Этого достаточно, чтобы разместить реактор на некотором удалении от дома, т.к. биогаз состоит из метана, углекислого газа и неприятно пахнущего сероводорода.

Монтаж установки занимает менее 1 часа.

После сборки реактор наполняется чистой водой, а для быстрого «запуска» процесса брожения, помимо биомассы - сырья, в установку сбрасывается специальный набор бактерий. После выхода на рабочий режим «подпитка» бактериями уже не требуется.

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий. Ее использование позволит значительно сэкономить на энергоносителях, которые сегодня с каждым разом становятся все дороже. Если вы самостоятельно решите соорудить оборудование, позволяющее из отходов получить биогаз, то сможете потреблять дешевую энергию, которая пойдет на отопление жилища и иные нужды.

Выгодное использование

Если в ходе работы установки будут образовываться излишки биогаза или удобрений, то есть возможность продать их по рыночной цене, тем самым вы превратите в прибыль то, что буквально лежит под ногами. Если вы крупный фермер, то у вас есть возможность приобрести готовую станцию по выработке биогаза. Такие установки, произведенные в заводских условиях, стоят очень дорого, однако имеют длительный срок жизнедеятельности.

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена из подручных материалов, это будет стоить не очень дорого, а работать такое оборудование будет по тому же принципу. Использовать при этом можно доступные инструменты, а также имеющиеся в арсенале мастера детали.

Принцип образования биогаза

Если вы задались целью изготовить установку, которая будет работать на биологическом газу, то необходимо представить технологию возникновения биогаза. Так, в специальной емкости, которая именуется биореактором, осуществляется процесс переработки биологической массы, в этом принимают участие анаэробные бактерии.

Биогазовая установка своими руками для дома на перепелином помете работает по принципу создания условий, которые характеризуются отсутствием воздуха и брожения. Все это длится в течение некоторого времени, продолжительность которого зависит от количества используемого в процессе сырья.

В конечном итоге происходит образование смеси газов, которая имеет в составе 60% метана и 35% углекислого газа. Остальные газообразные компоненты содержатся в массе в количестве 5%. Среди последних можно выделить сероводород в незначительном количестве. Образуемый таким образом газ непрерывно отводится из реактора, а после того как проходит процесс очистки, поступает на применение по назначению.

Особенности обслуживания

Отходы, которые претерпели переработку, становятся качественными удобрениями, которые время от времени необходимо устранять из биореактора. Их можно закладывать на поля. Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий, если вы имеете доступ к животноводческим и сельскохозяйственным предприятиям. Это указывает на то, что экономически выгодным станет производство биогаза только лишь в том случае, если есть источник поставки навоза и других органических отходов животноводческого производства.

Особенности самостоятельного строительства биореактора

Для того чтобы понять, как самостоятельно изготовить биогазовую установку, необходимо разобраться, из каких частей она состоит. Можно взять за основу самую простую схему оборудования, которое возможно соорудить своими силами. В конструкции не предусмотрен подогрев и перемешивающее устройство, однако есть одна из основных частей - реактор, который еще известен как метантенк. Эта составляющая требуется для осуществления переработки навоза. Помимо этого, есть бункер, посредством которого производится загрузка сырья. Необходимо снабдить конструкцию входным люком, а также гидрозатвором. А вот для того, чтобы была возможность выгружать отработанное сырье, нужна будет труба. Подобный элемент потребуется для того, чтобы реализовать возможность отвода биогаза.

Вот так выглядит схема биогазовой установки. Своими руками изготовить такую конструкцию несложно. Для того чтобы получать бесплатное биологическое топливо, на участке следует выбрать место, где можно произвести строительство армированной емкости, в основе которой будет бетон. Этот сосуд станет выполнять роль биореактора. В его основании необходимо предусмотреть наличие отверстия, сквозь которое станет удаляться сырье, прошедшее отработку. Это отверстие необходимо сделать таким, чтобы была возможность хорошо его закрыть. Это обусловлено тем, что функционирование системы возможно только в герметичных условиях.

Габариты бетонного отсека можно определить, учитывая количество используемых единовременно органических отходов. Нужно выяснить, какое количество сырья каждый день будет появляться в фермерском хозяйстве или частном подворье. Но не стоит экономить, так как обеспечить полноценную работу биореактора можно будет только в том случае, если заполнить резервуар на 2/3 от имеющегося объема. Если вами будет изготавливаться биогазовая установка своими руками из бочки, то работать она будет по следующему принципу: как только в хорошо закрытую емкость биореактора, которая находится на глубине в почве, попадают органические отходы, они начинают бродить, что и приводит к выделению биогаза.

Особенности изготовления емкости

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена с учетом каждодневного использования незначительного количества отходов. В этом случае железобетонный резервуар допустимо заменить стальной емкостью, в качестве которой может выступить даже бочка. Если вы решили прибегнуть именно к такому решению, то выбирать металлический сосуд необходимо, руководствуясь некоторыми правилами.

В первую очередь необходимо обратить внимание на сварные швы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными. При использовании маленькой емкости не стоит рассчитывать на то, что удастся получить значительное количество биогаза. Выход будет зависеть от массы органических отходов, которые единовременно перерабатываются в реакторе. Таким образом, для того чтобы образовалось 100 м 3 биогаза, необходимо подвергнуть переработке тонну отходов.

Оборудование реактора подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть изготовлена таким образом, что при ее работе удастся получить большую эффективность. Это обеспечивается за счет подогрева. Такие манипуляции позволят ускорить процесс брожения биологической массы. Если оборудование установлено в южных районах, то такой необходимости не возникает. Температура внешней среды обеспечивает естественную активацию брожения. Однако если установка работает в регионах с холодным климатом, то в зимний период подогрев выступает в качестве необходимого условия работы оборудования по выработке биогаза. Необходимо помнить, что процесс брожения начинается при температуре, которая превышает 38 о С.

Способы оборудования биогазовой установки подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть оборудована подогревом несколькими методами. Первый предполагает необходимость подключения установки к системе отопления по типу змеевика. Его нужно монтировать под реактором. Второй способ предусматривает установку в основание резервуара электрического нагревательного элемента. Третий способ характеризуется обеспечением непосредственного нагрева резервуара методом применения электрических отопительных систем.газового оборудования. Активацию выработки биологического газа в домашних условиях можно дополнить функцией перемешивания массы в отсеке. Для этого следует сконструировать устройство, которое походит на бытовой миксер. В движение оно будет приводиться с помощью вала, выведенного сквозь отверстие в крышке, в качестве альтернативного решения можно расположить его в стенках резервуара.

Оборудование установки системой вывода

Мини-биогазовая установка, своими руками сконструированная, не может работать без системы отвода газа. Для этого установка должна обладать специальным отверстием, которое необходимо монтировать в верхней части крышки, последняя должна хорошо закрывать резервуар. Для исключения вероятности смешивания газа с воздухом необходимо обеспечить его отвод сквозь гидрозатвор.

Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50 o C).

Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.

Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.

Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30 o C. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:

Термофильные установки с температурой от +43 o C до +52 o C являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50 o C требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.

Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.

Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.

Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.

Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок

Схемы самодельных биогазовых установок

Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.

Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.

Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.

Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.

Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.

Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.

Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.

В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.

Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.

С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.

Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.

Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.

Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.

Расчет объема бункера для переработки

Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.

Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны

Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.

Юридическое оформление

Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:

• Технологическая схема установки.
• План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
• Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.

Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.

Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м 3 навозной жижи дадут в сутки 80 м 3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м 3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м 3 . В чистом остатке у вас 46 м 3 в день. И это при небольшой установке.

Итоги

Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.