Технология изготовления подземного реактора
Для производства биогаза можно установить самую простую установку, углубив ее в грунт. Технология изготовления такого резервуара выглядит следующим образом:
- Выкапывают котлован нужного размера. Его стенки заливают керамзитобетоном, который дополнительно армируют.
- С противоположных стенок бункера оставляют отверстия. В них устанавливают трубы с некоторым наклоном, чтобы производить закачку сырья и извлечение отработанного материала.
- Выходной трубопровод диаметром 70 мм устанавливается практически около самого дна. Другой его конец устанавливается в резервуар, в который будет происходить выкачка отработанного шлама. Рекомендуется делать его прямоугольным.
- Трубопровод для подачи сырья размещают на высоте 0,5 м относительно дна. Его рекомендуемый диаметр – 30-35 мм. Верх трубы заводят в отдельный резервуар для приема подготовленного сырья.
- Верхняя часть биореактора должна иметь купольную или конусную форму. Ее можно изготовить из обычного кровельного железа или других металлических листов. Разрешается сделать крышку резервуара при помощи кирпичной кадки. Для усиления ее конструкции поверхность дополнительно оштукатуривают с установкой арматурной сетки.
- Сверху крышки резервуара делаю люк, который должен герметически закрываться. Через нее также выводят газоотводный трубопровод. Дополнительно устанавливают клапан для сброса давления.
- Для перемешивания субстрата в резервуаре устанавливают несколько пластиковых труб. Они должны быть погружены в биомассу. В трубах делают множество отверстий, что позволяет перемешивать сырье при помощи движущихся пузырьков 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
Биогаз своими руками
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.
Хотя для работы устройства не требуется электричества, для эффективного процесса разложения биомассы нужна определённая температура. Лучше всего бактерии «работают» при температуре свыше 25 °C. При снижении температуры ниже 20 °C требуется обеспечить подогрев реактора и его монтаж в утеплённом помещении.
Установки, производящие биогаз в промышленных масштабах, оборудованы системой подогрева субстрата и специальной мешалкой. Перемешивание препятствует образованию на поверхности биомассы твёрдой корочки, сокращающей объём выделения биогаза.
Яир Теллер
Это уже наша вторая и более совершенная установка. Первая модель успешно прошла испытания в 2021 году. Теперь она используется более чем в 76 странах мира. Хотя систему по производству биогаза покупают разные люди, всех их объединяет одно — желание уменьшить загрязнение планеты отходами, а также стремление получать более дешевую энергию из альтернативных источников.
В теме — реальный опыт получения биогаза из куриного помёта. На FORUMHOUSE есть статьи, где рассказывается о выгоде эксплуатации самодельного солнечного коллектора в Подмосковье и нюансах выбора источника альтернативной энергии. В видеосюжете — реновация устаревшей котельной в загородном доме.
Эффективный метод получения биогаза из навоза
Используя современные технологии можно производить в домашних условиях биотопливо (газ) из навоза. Биотопливо является идеальным вариантом завершения биологического цикла переработки продуктов жизнедеятельности животных. Такой способ позволяет не только получить энергию для использования в домашних нуждах, но и решает вопрос переработки навоза в удобрения. Готовую станцию по производству биогаза могут позволить себе приобрести лишь крупные фермеры, из-за довольной высокой стоимости данного оборудования. Однако можно сделать собственноручно установку, работающую по такому же принципу. Ее мощность будет немного меньше, но собрать ее реально своими силами из максимально доступных деталей и материалов. В нашей статье мы рассмотрим более детально: процесс переработки навоза и как получить биогаз из навоза.
Что такое биогаз?
Про биогаз можно с уверенностью сказать, что он считается экологически чистым видом топлива. Его основные характеристики очень схожи с природным газом, который добывают в промышленных масштабах. Технология получения газа из навоза такова: В специальную емкость (биореактор) помещают навоз, далее в этой емкости происходит безвоздушный процесс брожения биомассы с присутствием анаэробных бактерий. Длительность данного процесса напрямую зависит от объемов сырья. Результатом такого брожения является выделение смеси газов: метан -60%, углекислый газ – 35%, другие газы -5%, в том числе небольшого количества сероводорода. Выделившийся газ постоянно отводится из емкости, после процесса очищения подается на использование по назначению. В процессе переработки навоз превращается в высококачественное удобрение, которое следует периодически удалять из биореактора. Следует сказать, что наиболее целесообразно производить переработку навоза в биогаз лишь в том случае, если есть прямой источник значительного количества навоза или других органических отходов животноводства. Если вы все же задумались над вопросом: Как сделать из навоза газ? Как своими руками получить биотопливо из навоза? Далее, статья именно для вас.
Строим биореактор собственноручно
В первую очередь нужно выбрать подходящее место для строительства биореактора. Емкость должна быть армированной бетонной, у основания – отверстие, через которое будет извлекаться отработанное сырье. Строение емкости должно быть тщательно продумано, основное требование – герметичность, поэтому отверстие должно плотно закрываться. Размер бетонной емкости рассчитывают исходя из количества поступающих органических отходов ежесуточного. Для полноценной работы, биореактор следует заполнять на 2/3 от имеющегося объема. Если количество отходов небольшое, резервуар можно сделать из металлической бочки. При выборе металлической емкости проведите осмотр сварных швов и проверьте их прочность. Учтите, размер емкости и масса перерабатываемых отходов напрямую влияет на количество получаемого биогаза (1 т навоза = 100 м.куб. биогаза).
Ускоряем процесс
Для ускорения процесса брожения биомассы следует обеспечить ее подогрев. В летний период такая проблема не возникает, так как окружающей температуры воздуха достаточно для естественного процесса брожения. В зимний период не обойтись без подогрева, ведь для активного процесса брожения требуется температура от 38 °С. Для этого можно воспользоваться такими способами подогрева: электрические нагревательные элементы, подключение к системе отопления змеевик и расположить его под емкостью, обогревать реактор напрямую различными электрическими отопительными приборами.
Как сделать правильный отвод газа
Реактор с ручной загрузкой без перемешивания
Это наиболее простая установка для дома, объем которой может составлять от 1 до 10 кубических метров. Она способна переработать до 200 кг навоза в сутки.
Вариант с ручной загрузкой
Состоит она из минимального количества частей:
- Бункер для свежего сырья.
- Реактор.
- Устройство отбора биогаза.
- Емкость выгрузки сбродившего сырья.
Такая установка может быть использована для южных районов, поскольку она работает без перемешивания и подогрева, а также предназначена для функционирования в психофильном режиме. Использованное сырье удаляется из реактора через трубу выгрузки в период загрузки очередной порции навоза. Это происходит за счет давления биогаза в реакторе.
При изготовлении подобной конструкции своими руками рекомендуется соблюдать следующую последовательность:
- После расчета суточного объема навоза и выбора реактора нужного размера необходимо определить расположение будущей конструкции, а также заготовить материалы для установки.
- Затем нужно соорудить загрузочную и выгрузочную трубу, а также сделать котлован для установки.
- После монтажа реактора в котлован необходимо установить загрузочный бункер и газоотвод, а также крышку люка.
- Проверить конструкцию на герметичность, покрасить ее и теплоизолировать.
- Запустить в эксплуатацию.
Конструкция с ручной загрузкой, подогревом и перемешиванием
Биогазовую установку можно соорудить с ручной загрузкой сырья и его периодическим перемешиванием. При этом она не потребует от владельца больших финансовых вложений. Конструкция подойдет для небольшого фермерского хозяйства, так как ее мощность — это переработка до 200 кг навоза в сутки. Чертежи такой установки сходны с чертежами предыдущего варианта, а сделать их можно, обратившись к специалисту.
Данная установка может работать в мезофильном и термофильном режимах
Для стабильного и максимально интенсивного процесса сбраживания монтируется специальная система подогрева реактора. Биогазовая установка может работать в двух режимах. Реактор подогревается с помощью водогрейного котла, работающего на получаемом биогазе. Остальной биогаз может применяться для работы бытовых приборов.
Переработанное сырье хранится в специальной емкости до внесения в почву или используется в качестве питательной среды для калифорнийских червей.
Установка с газгольдером, пневматической загрузкой, подогревом и перемешиванием сырья
Подобная установка предназначена для небольших и средних хозяйств с переработкой в биогаз до 1,5 тонн навоза в сутки. Подогрев сырья происходит за счет теплообменника с водонагревательным котлом, который работает на полученном газе. Трубопровод выгрузки массы оснащен специальным разветвлением для сбора биоудобрения в хранилище и для погрузки в транспортные средства с последующим вывозом на поля.
Конструкция такой самодельной установки подразумевает пневматическую загрузку навоза в реактор, а также перемешивание биогазом, отбор которого осуществляется автоматически. Биогаз хранится в специальном отсеке — газгольдере.
Факторы, влияющие на производство биогаза
Объем продуцируемого дружной командой микробов биогаза при различных условиях может меняться и зависит от ряда факторов.
Вид сырья
Больше всего биогаза можно получить из отходов пищевой промышленности, содержащих сахарный жом и большое количество жиров. Наименее выгодным видом сырья является навоз крупного рогатого скота.
Навоз — сырье для биогаза
Температура
С ростом температуры производительность бактерий увеличивается. По температурному режиму газогенераторы делятся на три типа.
Психрофильные
Это установки без подогрева, в которых температура поддерживается в пределах от 18 до 25 градусов. В настоящий момент почти не применяются.
Мезофильные
Благодаря подогреву температурный режим выдерживается в пределах от 25 до 40 градусов.
Достоинства:
- низкие энергозатраты;
- аминокислотный состав удобрений является максимально полезным.
Недостатки:
- относительно низкая производительность по биогазу;
- отсутствие обеззараживающего эффекта (в сырье содержатся болезнетворные бактерии, от которых следовало бы избавиться).
Газогенераторы, применяемые раньше для автомобилей, вполне подходят и для домашнего использования. Как сделать газовый генератор своими руками по шагам, читайте в статье.
О плюсах использования электрогенератора на дровах читайте тут.
Если вы живете в частном доме, то у вас есть уникальный шанс испробовать различные варианты альтернативных источников энергии. Здесь https://microklimat.pro/sistemy-otopleniya/alternativnoe-otoplenie/alternativnye-istochniki-energii-dlya-chastnogo-doma.html вы найдете обзор вариантов установок для получения бесплатной энергии.
Термофильный
Применяется интенсивный подогрев, температура превышает 40 градусов.
Достоинства:
- высокая производительность;
- гибнут болезнетворные бактерии.
Недостатки:
- высокие энергозатраты;
- низкое качество удобрений.
Термофильный биореактор на навозе
Для каждого вида сырья существует оптимальный температурный режим. Почему нельзя просто разогреть реактор до максимально возможной температуры? По двум причинам:
- из-за роста энергозатрат понизится рентабельность установки;
- с ростом температуры увеличивается и количество свободного аммиака.
Последняя зависимость приводит к торможению газогенерации (этот газ является токсичным для бактерий).
Обмен веществ и свобода перемещения
Сырье должно быть достаточно разжиженным, чтобы микробы и пузырьки газа могли в нем двигаться. Для этого в установку доливают горячую воду, доводя влажность загрузки до 85% зимой и до 92% летом.
Чтобы в реакторе лучше происходили обменные процессы, его содержимое нужно время от времени (примерно каждые 4 – 6 часов) перемешивать.
Время брожения
Если сырье выгружать раньше положенного срока, бактерии не будут успевать компенсировать потери в численности и производительность их колоний упадет.
При чрезмерно длительной выдержке производительность также снижается из-за недостатка питательных веществ.
В среднем оптимальное время брожения составляет:
- для психрофильного режима: 30 – 40 суток или более;
- для мезофильного: 10 – 20 суток;
- для термофильного: 5 – 10 суток.
Оптимальное значение опять же зависит от сырья. Углерода должно быть раз в 10 – 20 больше, чем азота.
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 биогаза
- Сначала идет подготовка исходного субстрата (смешивание, измельчение, добавление химических и биологических добавок) и подача в герметичные резервуары.
- Переработку жидкой субстанции проводят метановые бактерии, способные обходится без поступления воздуха и кислорода. Для продуктивной работы микроорганизмов необходимо обеспечить нужный температурный режим. Главным продуктом их жизнедеятельности в приготовленной среде будет горючий газ метан. Он поднимается вверх и отводится по специальным трубам, не допускающим попадания воздуха в емкости с биомассой.
- Для сбора выходящего газа используются газгольдеры из эластичного материала, способного растягиваться без потери прочности. Отработанный субстрат навоза (дигестат) периодически извлекается из реактора и применяется как удобрение на полях.
Крупное производство биогаза в Германии
Технологии производства биогаза отличаются друг от друга видом и качеством перерабатываемого сырья, одно- или двухступенчатым процессом сбраживания, составом продуктов на выходе, применением различных инноваций и другими факторами.
Необходимый температурный режим
Производство биогаза из навоза требует поддержания внутри реактора постоянной температуры 41-43 градуса и создания мезофильного процесса ферментации биомассы. Внутри метантанка монтируются трубчатые нагреватели. Для предотвращения температурных потерь стены и трубопроводы укрываются эффективными теплоизолирующими материалами.
Подготовка сырья
Переработка навоза в биогаз начинается с подготовки исходного субстрата. Это позволяет ускорить разложение сырья и увеличить скорость генерации газа. Нужные бактерии и микроорганизмы уже содержатся в экскрементах и обогащение ими биомассы не требуется. При наличии нескольких субстанций их предварительная обработка (измельчение, гомогенизация, подогрев) проходит раздельно. Затем они смешиваются перед отправкой в биореакторы или подаются в рабочую зону отдельными потоками.
Исходная смесь должна содержать нужное количество сухих органических веществ и в то же время быть достаточно текучей, чтобы транспортироваться по трубам с помощью насосов.
Норматив влажности раствора не менее 90%, поэтому перед заполнением емкостей сухие фекалии животных смешивают с водой. Консистенция навоза должна быть однородной, для этого смесь гомогенизируют. Постоянно размешивают внутри ферментера, предотвращая образование сухих корок.
Создание кислой среды для активности анаэробных бактерий лучше всего обеспечивает навоз КРС или свиней.
Загрузка и обслуживание реактора
Обогащенным навозным раствором заполняют резервуары, устанавливаемые поблизости от метантанков. В них готовая смесь подогревается и перемешивается для равномерного распределения тепла по всему объему. В устройствах для подачи твердого сырья могут накапливаться твердые компоненты. Подача компоста в ферментатор проходит по определенному регламенту.
Биогазовая установка предусматривает два способа загрузки реактора:
- включается насос для перекачки жидкой субстанции и одновременно подается твердая масса;
- жидкая фракция добавляется к твердой субстанции, обе перемешиваются и одним потоком отправляются в биореактор.
Время подачи контролируется и не бывает продолжительным.
Излишек органики в резервуаре может нарушить равновесие процесса брожения.
Очистка газа от примесей
Каждая примесь удаляется с помощью присущего только ей способа и оборудования. Сероводородные включения адсорбируются изоляционными материалами на отводящих трубах. Удаление углекислого газа основано на его способности вступать в реакцию с водой, образуя угольную кислоту. Биогаз под высоким давлением пропускают через емкости с водой. Параллельно с влагой уходят и другие сопутствующие соединения. Правильная технология очистки увеличивает концентрацию метана до показателя 90- 98 процентов. Получаемый газ становится конкурентоспособным топливом. Высокая степень очистки биогаза требуется только для использования в газопоршневых агрегатах небольших ТЭЦ по выработке тепла и электроэнергии.
Уменьшение содержания влаги
Для удаления избытка влаги применяют конденсационный метод. Полученный горячий газ пропускают через холодный трубопровод. Пары воды оседают каплями на его стенках и отводятся по трубкам в предусмотренные для этого места.
В технологии получения биогаза используется гидравлический затвор для избавления не только от примесей, но и от излишка влаги.
