Биогаз. Получение метана в домашних условиях. Устройство для получения биогаза своими руками Как самому изготовить компрессор для биогазовой установки

Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.

Оставшаяся доля веществ (25-45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Технология получения биогаза

Суть эффективного производства - ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе - генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.

Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.

Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.

Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.

Схема биогазовой установки

Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.

Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:

герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.

Как получить биогаз в домашних условиях?

Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.

Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:

Заключение

Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.

Типичная конструкция

В последние годы стало модным использовать для собственных нужд различные биогазовые установки, которые позволяют получить энергию из отходов. Как правило, подобная конструкция представляет собой герметичную емкость, где при заданной температуре происходит брожение органических составляющих сточных вод, различных отходов и т.д. Биогазовая установка своими руками - это трудно, но реально. Главное - знать разновидности этих устройств и принцип их работы, а также разобраться с чертежами.

Принцип работы установки

Процесс получения биогаза из навоза или другого сырья называется ферментацией, а сбраживание осуществляется за счет жизнедеятельности специальных бактерий. При этом на поверхности сырья образуется корка, которую необходимо постоянно разрушать. Делать это нужно, тщательно перемешивая содержимое вручную или с использованием специальных приборов внутри реактора. В результате подобных манипуляций и высвобождается биогаз.

Полученный биогаз после очистки собирается в специальную емкость - газгольдер, из которой он проводится по газовым трубам к месту использования. Переработанное сырье превращается в биоудобрение. Оно выгружается через специальное отверстие, а затем может вноситься в почву или использоваться в качестве кормовой добавки для животных, что зависит от исходного сырья.

Чтобы получить биогаз своими руками, кроме соблюдения режима отсутствия кислорода следует еще выполнить несколько условий:

Доступность питательных веществ для бактерий.
Соблюдение температурного режима.
Выбор правильного времени для сбраживания.
Соблюдение кислотного и щелочного баланса.
Соблюдение пропорций твердых частиц в сырье и своевременное перемешивание.

Разновидности биогазовых установок

Обратите внимание! Сегодня существует большое количество конструкций биогазовых установок, чтобы получение биогаза было не только удобным, но и эффективным.

Их различают по внешнему виду, а также по составным элементам конструкции и используемым при создании материалам.

По типу загрузки

По типу загрузки сырья существует две разновидности установки - беспрерывной загрузки и порционной.

Они отличаются друг от друга временем сбраживания сырья и регулярностью загрузки. Самой эффективной с точки зрения получения биогаза является установка непрерывной загрузки.

По внешнему виду

Внешний вид устройства зависит от метода накопления и хранения биогаза. Он может собираться в специальном газгольдере, в верхней части реактора или под гибким куполом, плавающим или стоящим отдельно от реактора.

Создание установки своими руками

Построение биогазовой конструкции своими руками - довольно сложный и трудоемкий процесс. Подобная установка делает получение биогаза альтернативным вариантом, позволяющим экономить средства на приобретении топлива и электроэнергии.

Что нужно знать?

Обобщенная схема

Сделать конструкцию можно из тех средств, которые имеются в хозяйстве, но при этом не используются. Например, реактор такой установки легко соорудить из старых кастрюль, выварок, тазов, но лучше использовать предметы цилиндрической формы.

Вот несколько важных требований, которым должен соответствовать реактор:

Хорошая теплоизоляция.
Воздухо- и гидропроницаемость. Ведь когда биогаз и кислород смешиваются, происходит реакция, и ее разрушительная сила может не только сломать реактор, но еще и взорвать его.
Надежность и прочность, поскольку в ходе реакции выделяется огромное количество энергии.

Чтобы соорудить качественную и эффективную биоустановку, необходимо придерживаться такой очередности:

Выберите место для монтажа будущего реактора. И обязательно рассчитайте количество отходов, необходимых на 1 сутки. Это нужно для определения размеров конструкции.
Подготовьте котловину, затем установите выгрузочную и загрузочную трубу.
Установите и максимально прочно закрепите загрузочный бункер и трубу газоотвода.
Для использования, а также последующего обслуживания и ремонта биогазовой установки следует смонтировать крышку люка.
Тщательно проверьте реактор на теплоизоляцию и герметичность.

Стенки будущей установки в идеале нужно сделать из бетона, поскольку прочность конструкции - это залог вашей безопасности. Кроме того, очень важно, чтобы расстояние от реактора до ближайшего строения было не менее 500 метров. Ведь при брожении выделяется ядовитый газ, губительно действующий на человека и способный убить его в считанные минуты.

Для получения биогаза понадобится:

Принцип отопления дома

Смешать 2 тонны коровьего навоза и около 4,5 тонн перегноя из сгнивших отходов, ботвы и листьев.
Добавить в смесь воды, чтобы влажность в реакторе составляла 70%.
Выгрузить полученную массу в яму и разогреть при помощи нагревательной установки до +40 градусов. После того как смесь начнет бродить, ее температура достигнет +70 градусов.
Прикрепить к куполу противовес, который должен быть в 2 раза тяжелее смеси, чтобы купол из-за выделяющегося газа не слетел с ямы.

Следует помнить, что в массе, загружаемой в реактор, не должно быть антибиотиков, растворителей и прочих синтетических веществ. Они не только помешают реакции, но и вовсе остановят ее, а также станут причиной разрушения стенок реактора.

Варианты оборудования

Самодельная установка сегодня является редким видом альтернативного источника энергии на фермерских хозяйствах. Но, учитывая эффективность и окупаемость такой конструкции, многие фермеры стали задумываться о сооружении биогазовой установки собственными усилиями, чтобы таким способом обеспечить себя электроэнергией и теплом.

Сегодня имеется много вариантов оборудования этого типа для получения биогаза. Учитывая климатические условия России, рекомендуется создавать следующие разновидности установок.

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.

Заключение

Биогаз представляет собой сравнительно новый источник энергии. Используя его, можно навсегда забыть о тарифах за электроэнергию и даже решить такой вопрос, как производство метана. Правильно разработанные чертежи и приложенные усилия при изготовлении установки существенно сэкономят средства не одного фермера, что особенно актуально в наши дни.

Область применения

Для чего же применяется такое устройство? Для производства экологического топлива, биогаза, которое может применяться и в фермерском хозяйстве, и в быту, и на предприятиях.

Биогаз может применяться для выработки тепла, электроэнергии, в качестве автомобильного топлива. Комплектация и наполнение установки имеет множество вариаций исполнения, в зависимости от необходимой для каждого конкретного случая мощности, вида используемого первичного сырья и получаемого конечного продукта. В сети интернет можно изучить различные фото биогазовых установок, отличающихся друг от друга теми или иными параметрами.

Принцип работы биогазовой установки предельно понятен, поэтому её применение допустимо всегда и везде. Главный фактор, оказывающий влияние на необходимость и целесообразность обустройства агрегата на определенном месте – обеспеченность достаточным для работы объемом органического сырья, которое понадобится в процессе.

Как работает

Для того чтобы понять принцип действия, необходимо разобраться с устройством биогазовой установки. Стандартный агрегат включает в себя такие узлы, части и детали:

ёмкость для первичного органического сырья;
размельчители слишком крупного материала (различные миксеры, мельницы), позволяющие получить более мелкие фракции сырья;
газгольдер – ёмкость, в которой накапливается вырабатываемый биогаз;
резервуар, ёмкость, реактор, где осуществляется процесс выработки топлива;
трубки, по которым первичное сырье доставляется в резервуар производства биотоплива;
система, позволяющая передать биогаз из резервуара в газгольдер и на следующие этапы переработки;
автоматизированные системы, система безопасности и контроля над осуществляемым процессом.

Чтобы более подробно ознакомиться с устройством агрегата, можно изучить схемы и чертежи биогазовых установок, на которых будет наглядно отображены все составляющие и комплектующие оборудования.

Принцип действия базируется на брожении и последующем разложении начального сырья (в виде которого могут выступать различные сельскохозяйственные или производственные отходы, например, навоз, продукты лесопереработки) в биореакторе установки. Этот процесс происходит под воздействием специальных бактерий.

По итогу осуществляемых в резервуаре процессов вырабатывается биогаз, состоящий из метана, сероводорода, CO2, аммиака, N и т.д.

Основные этапы процессов, протекающих в устройстве:

поступление органического сырья в ёмкости;
измельчение и дальнейшая транспортировка загруженных отходов в реактор, одновременный подогрев биомассы;
начало процесса разложения в герметичном биореакторе, идеальная температура для его работы: + 40 градусов по Цельсию;
образование биогаза (в газгольдере) и биоудобрения (в специальной отдельной емкости реактора);
поступление биогаза в систему очистки и дальнейшее его целевое использование человеком (для потребления в быту, получения тепловой или электроэнергии);
использование биоудобрения из реактора по его прямому назначению.

Как сделать самостоятельно

Биогазовую установку для фермерского хозяйства или бытового использования по силам смастерить человеку, имеющему необходимый инструмент, знания сантехники и начальные навыки в работе со сваркой.

Последовательность осуществляемых действий будет такова:

изготовление корпуса биореактора, который используется для осуществления брожения (ёмкость может быть выполнена из металла либо бетона);
монтаж крышек сверху резервуара, отверстий в боковых стенах, необходимых для загрузки и, соответственно, выгрузки сырья;
установка газгольдера;
сооружение трубопровода от газгольдера к месту потребления конечного продукта (эта конструкция должна включать в себя вентили и защитные элементы – различные задвижки, клапаны и т.д.).

Обустройство биогазовой установки на даче, в загородном доме, фермерском хозяйстве, на производстве позволит получить не только экономическую выгоду, но и добиться других положительных результатов деятельности, а именно в экологическом и энергетическом аспектах.

Используя такое устройство, потребитель не только получит экологически чистое топливо, несколько видов энергии и биологического удобрения, но и существенно снизит альтернативные издержки, которые могли бы быть понесены при отсутствии такого агрегата.

Фото биогазовой установки

Газ широко применяется как для промышленности, в том числе и химической (например, сырье для получения пластмасс) так и в быту. В бытовых условиях газ используют для отопления жилых частных и многоквартирных домов, приготовления пищи, нагревания воды, как топливо для машин и т.д.

В экологическом отношении газ один из самых чистых видов топлива. Если сравнить с другими видами топлива наименьшее количество выбросов вредных веществ.

Но если мы говорим о газе то автоматически подразумеваем природный газ добываемый из земных недр.

Как то однажды я на ткнулся в газете на статью в которой рассказывалось как один дед собрал не хитрую установку и получает газ из навоза. Меня эта тема очень заинтересовала. И я хотел бы рассказать об этой альтернативе природному газу – это биогаз. Я считаю, что эта тема довольно интересна и полезна простым людям и особенно фермерам.

На подворье любого крестьянского хозяйства можно использовать не только энергию ветра, солнца, но и биогаза.

Биогаз — газообразное топливо, продукт анаэробного микробиологического разложения органических веществ. Технология получения газа экологически чистый, безотходный способ переработки, утилизации и обеззараживания разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения.

Сырьем для получения биогаза является обыкновенный навоз, листья, трава, в общем, любой органический мусор: ботва, пищевые отходы, опавшие листья.

Получаемый газ — метан это результат жизнедеятельности метановых бактерий. Из метана — его еще называют болотным или рудничным газом на 90-98 % состоит природный газ, который используется в быту.

Установка для получения газа очень проста в изготовлении. Нам нужна основная емкость, ее можно сварить самому либо использовать какую — то уже готовую это может быть все что угодно. По бокам емкости нужно установить теплоизоляцию, для использования установки в холодное время года. Сверху делаем пару люков. От одного из них присоединяем трубки для отвода газа. Для интенсивного процесса брожения и выделения газа, смесь нужно периодически перемешивать. Поэтому нужно установить приспособление для перемешивания. Далее газ нужно собрать и складировать либо использовать по назначению. Для сбора газа можно использовать обычную автомобильную камеру, а далее если имеется компрессор сжимать и закачивать в баллоны.

Принцип работы довольно прост: через один люк загружается навоз. Внутри происходит разложение этой биомассы специальными метановыми бактериями. Чтобы процесс проходил интенсивнее, содержимое нужно перемешивать и желательно подогревать. Для обогрева можно установить внутри трубки по которым должна циркулировать горячая вода. Метан выделившийся в результатом жизнедеятельности бактерий по трубкам попадает в автомобильные камеры, а когда его накапливается достаточное количество, при помощи компрессора сжимаем и закачиваем в баллоны.

В теплую погоду или при использовании искусственного подогрева установка может давать достаточно большое количество газа, около 8 м 3 /сут.

Так же газ возможно получать из бытовых отходов со свалок, но проблемой являются химикаты используемые в быту.

Метановые бактерии находятся в кишечники животных и, следовательно, в навозе. Но для того чтобы они начали работать нужно ограничить их взаимодействие с кислородом, так как он угнетает их жизнедеятельность. Именно поэтому нужно создавать специальные установки, чтобы бактерии не контактировали с воздухом.

В получаемом биогазе концентрация метана немногониже чем вприродном, следовательно при е го сжигании он будет давать немного меньше тепла. При сжигании 1 м 3 природного газа выделяется 7-7,5 Гкал, то при биогаза — 6-6.5 Гкал.

Этот газ подходит как для отопления (у нас еще есть общие сведения об отоплении ) так и для использования в бытовых плитах. Себестоимость биогаза низкая, а в некоторых случаях вообще практически равна нулю, если все сделано из подручных материалов и вы держите, например корову.

Отходы от производства газа- это биогумус — органическое удобрении в котором в процессе гниения без доступа кислорода перегнивает все от семян сорняков, а остаются только полезные микроэлементы необходимые растениям.

За границей даже есть методы создания искусственных месторождений газа. Выглядит это следующим образом. Поскольку большая доля в выбрасываемом бытовом мусоре это органика, которая может гнить и давать биогаз. Чтобы газ начал выделятся нужно лишить органику взаимодействия своздухом. Поэтому отходы закатывают слоями, а верхний слой делают из газоводонепроницаемого материала, например глины. Потом бурят скважины и добывают газ как из природных месторождений. И одновременно решается несколько проблем, это утилизация отходов и получение энергии.

При каких условиях получается биогаз?

Условия получения и энергетическая ценность биогаза

Для того что бы собрать малогабаритную установку необходимо знать из какого сырья и по какой технологии можно получить биогаз.

Газ получается в процессе разложения (ферментации) органических веществ без доступа воздуха (анаэробный процесс): помет домашних животных, солома, ботва, опавшие листья и др. органические отходы, образующиеся в индивидуальном хозяйстве. Отсюда следует, что биогаз можно получать из любых хозяйственно бытовых отходов которые могут разлагаться и бродить в жидком или влажном состоянии.

Процесс разложения (ферментации) проходит в две фазы:

Разложение биомассы (гидротация);
Газификация (выделение биогаза).

Эти процессы происходят в ферментаторе (анаэробной биогазовой установке).

Ил полученный после разложения в биогазовых установках, повышает плодородие почв и урожайность повышается 10-50%. Таким образом, получается ценнейшее удобрение.

Биогаз состоит из смеси газов:

метан-55-75%;
углекислый газ-23-33%;
сероводород-7%.

Метановое брожение — это сложный процесс брожения органических веществ — бактериальный процесс. Главное условие протекания этого процесса, наличие тепла.

В процессе разложения биомассы образуется тепло, которого достаточно для протекания процесса, что бы сохранить это тепло ферментатор необходимо теплоизолировать. При понижении температуры в ферментаторе снижается интенсивность газовыделения, так как микробиологические процессы в органической массе замедляются. Поэтому надежная теплоизоляция биогазовой установки (биоферментатора) одно из наиболее важных условий ее нормальной работы. При загрузке навоза в ферменттатор необходимо смешивать с горячей водой с температурой 35-40 о С. Это поможет обеспечить необходимый режим его работы.

При догрузке потери тепла нужно сводить к минимуму Инженерная помощь по биогазу

Для лучшего обогрева ферментатора можно использовать «тепличный эффекта». Для этого над куполом устанавливают деревянный или легкий металлический каркас и покрывают полиэтиленовой пленкой. Наилучшие результаты достигаются при температуре сырья, которое сбраживается 30-32°С и влажности 90-95 %. В районах средней и северной полосы часть получаемого газа необходимо расходовать в холодные периоды года на дополнительный подогрев сбраживаемой массы, что усложняет конструкцию биогазовых установок.

Установки несложно соорудить в индивидуальных хозяйствах в виде специальных ферментаторов для сбраживания биомассы. Основным органическим сырьем для загрузки в ферментатор является навоз.

При первой загрузке навоза КРС процесс ферментации должен быть не менее 20 сут, свиного не менее 30 сут. Газа получить можно больше при загрузке смеси из различных компонентов по сравнению с загрузкой, например навоза КРС.

Например, смесь навоза КРС и птичьего помета при переработке дает до 70% метана в биогазе.

После того как процесс сбраживания стабилизировался, нужно загружать сырье каждый день не более 10% от количества перерабатываемой в ферментаторе массы.

При ферментации помимо производства газа происходит обеззараживание органических веществ. Органические отходы избавляются от патогенной микрофлоры, дезодорация выделяемых неприятных запахов.

Образующийся ил нужно периодически выгружать из ферментатора, его используют как удобрение.

При первом наполнении биогазовой установки отбираемый газ не горит, это происходит, потому что первый полученный газ содержит большое количество углекислого газа, около 60%. Поэтому его необходимо выпустить в атмосферу, и через 1-3 дня работа биогазовой установки стабилизируется.

Таблица №1- количество газа получаемого получаемого за сутки при ферментации экскриментов одного животного

По количеству выделяемой энергии 1 м 3 биогаза эквивалентен:

1,5 кг каменного угля;
0,6 кг керосина;
2 кВт/ч электроэнергии;
3,5 кг дров;
12 кг навозных брикетов.

Конструкция малогабаритных биогазовых установок

Рисунок 1 — Схема простейшей биогазовой установоки с пирамидальным куполом: 1 — яма для навоза; 2 — канавка — гидрозатвор; 3 — колокол для сбора газа; 4, 5 — патрубок для отвода газа; 6 — манометр.

Согласно приведенным на рисунке 1, размерам оборудуют яму 1 и купол 3. Яму облицовывают железобетонными плитами толщиной 10 см, которые штукатурят цементным раствором и для герметичности покрывают смолой. Из кровельного железа сваривают колокол высотой 3 м, в верхней части которого будет скапливаться биогаз. Для зашиты от коррозии колокол периодически красят двумя слоями масляной краски. Еще лучше предварительно покрыть колокол изнутри свинцовым суриком. В верхней части колокола устанавливают патруоок 4 для отвода биогаза и манометр 5 для измерения его давления. Газа отводящий патрубок 6 можно изготовить из резинового шланга, пластмассовой или металлической трубы.

Вокруг ямы — ферментатора устраивают бетонную канавку — гидрозатвор 2. наполненную водой, в которую погружают нижний бортик колокола на 0.5 м.

Рисунок 2 — Устройство для отвода конденсата: 1 — трубопровод для отвода газа; 2 — U-образная труба для конденсата; 3 — конденсат.

Подавать газ, например к кухонной плите можно по металлическим, пластмассовым или резиновым трубкам. Чтобы зимой из-за замерзания конденсирующейся воды трубки не размерзались, применяют несложное устройство показанное на рисунке 2: U — образную трубку 2 присоединяют к трубопроводу 1 в самой нижней точке. Высота ее свободной части должна быть больше давления биогаза (в мм. вод. ст.). Конденсат 3 сливается через свободный конец трубки, при этом не будет утечки газа.

Рисунок 3 — Схема простейшей биогазовой установоки с коническим куполом: 1 — яма для навоза; 2 — купол (колокол); 3 — расширенная часть патрубка; 4 — труба для отвода газа; 5 — канавка — гидрозатвор.

В установке приведенной на рисунке 3 яму 1 диаметром 4 мм глубиной 2 м обкладывают внутри кровельным железом, листы которого плотно сваривают. Внутреннюю поверхность сварного резервуара покрывают смолой для антикоррозионной зашиты. С наружной стороны верхней кромки резервуара из бетона устраивают кольцевую канавку 5 глубиной до 1 м, которую заливают водой. В нее свободно устанавливают вертикальную часть купола 2, закрывающую резервуар. Таким образом, канавка с залитой в нее водой служит гидрозатвором. Биогаз собирается в верхней части купола, откуда через выпускной патрубок 3 и далее по трубопроводу 4 (или шлангу) подается к месту использования.

В круглый резервуар 1 загружается около 12 куб.м органической массы (желательно свежего навоза), которая заливается жидкой фракцией навоза (мочой) без добавления воды. Через неделю после заполнения ферментатор начинает работать. В данной установке емкость ферментатора составляет 12 куб,м, что дает возможность сооружать ее для 2-3 семей, дома которых расположены недалеко. Такую установку можно построить на подворье, если семья выращивает, например бычков или содержит несколько коров.

Рисунок 4 — Схемы вариантов простейших установок: 1 — подача органических отходов; 2 — емкость для органических отходов; 3 — место сбора газа под куполом; 4 — патрубок для отвода газа; 5 — отвод ила; 6 — манометр; 7 — купол из полиэтиленовой пленки; 8 — водяной затвор и ; 9 — груз; 10 — цельносклеенный полиэтиленовый мешок.

Конструктивно-технологические схемы простейших малогабаритных установок приведены на рисунке 4. Стрелками обозначены технологические перемещения исходной органической массы, газа, ила. Конструктивно купол может быть жестким или изготовленным из полиэтиленовой пленки. Жесткий купол можно выполнить с длинной цилиндрической частью для глубокого погружения в перерабатываемую массу плавающимрисунок 4, г, или вставленным в гидравлический затвор рисунок 4, д. Купол из пленки можно вставить в гидрозатвор рисунок 4, е, или изготовить в виде цельносклеенного большого мешка рисунок 4, ж. В последнем исполнении на мешок из пленки укладывают груз 9 чтобы мешок не очень раздувался, а также для образования под пленкой достаточного давления.

Газ, который собирается под куполом или пленкой, поступает по газопроводу к месту использования. Чтобы избежать взрыва газа на выпускном патрубке можно установить отрегулированный на определенное давление клапан. Однако, опасность взрыва газа маловероятна, поскольку при значительном повышении давления газа под куполом последний будет приподнятый в гидравлическом затворе на критическую высоту и опрокинется, выпустив при этом газ.

Выработка биогаза может быть снижена из-за того, что на поверхности органического сырья в ферментаторе при ее брожении образуется корка. Для того, чтобы она не препятствовала выходу газа, ее разбивают, перемешивая массу в ферментаторе. Перемешивать можно не вручную, а путем присоединения снизу к куполу металлической вилки. Купол поднимается в гидравлическом затворе на определенную высоту при накоплении газа и опускается по мере его использования.

Благодаря систематическо.му движению купола сверху-вниз, соединенные с куполом вилки будут разрушать корку.

Высокая влажность и наличие сероводорода (до 0,5 %) способствует повышенной коррозии металлических частей биогазовых установок. Поэтому состояние всех металлических элементов ферментатора регулярно контролируют и места повреждении тщательно защищают, лучше всего свинцовым суриком в один или два слоя, а затем красят в два слоя любой масляной краской.

Рисунок 5. Схема биогазовой установки с подогревом: 1 — ферментатор; 2 — деревянный щит; 3 — заливная горловина; 4 — метантанк; 5 — мешалка; 6 — патрубок для отбора биогаза; 7 — теплоизоляционная прослойка; 8 — решетка; 9 — сливной кран для переработанной массы; 10 — канал для подачи воздуха; 11 — воздуходувка.

Биогазовая установка с подогревом сбраживаемой массы теплом, выделяемым при разложении навоза, в аэробном ферментаторе, приведена на рисунке 5. включает метантанк — цилиндрическую металлическую емкость с заливной горловиной 3. сливным краном 9. механической мешалкой 5 и патрубком 6 отбора биогаза.

Ферментатор 1 можно сделать прямоугольным и3 деревянных материалов. Для выгрузки обработанного навоза соковые стенки выполнены съемными. Пол ферментатора — решетчатый, через технологический канал 10 воздух продувают из воздуходувки 11. Сверху ферментатор закрывают деревянными шитами 2. Чтобы уменьшить потери тепла, стенки и днище изготавливают с теплоизоляционной прослойкой 7.

Работает установка так. В метантанк 4 через головину 3 заливают предварительно подготовленный жидкий навоз влажностью 88-92 %, уровень жидкости определяют по нижней части заливной горловины. Аэробный ферментатор 1 через верхнюю открывающуюся часть заполняют подстилочным навозом или смесью навоза с рыхлым сухим органическим наполнителем (солома, опилки) влажностью 65-69 %. При подаче воздуха через технологический канал в ферментаторе начинает разлагаться органическая масса и выделяется тепло. Его достаточно для подогрева содержимого метантанка. В результате происходит выделение биогаза. Он накапливается в верхней части метантанка. Через патрубок 6 его используют для бытовых нужд. В процессе сбраживания навоз в метантенке перемешивается мешалкой 5.

Такая установка окупится уже за год только за счет утилизации отходов в личном хозяйстве. Приблизительные значения по расходу биогаза приведены в таблице 2.

Таблица №2 – приблизительные значения по расходу биогаза

Примечание: установка может работать в любой климатической зоне.

Рисунок 6 — Схема индивидуальной биогазовой установки ИБГУ-1: 1 — заливная горловина; 2 — .мешалка; 3 — патрубок, для отбора газа; 4 — теплоизоляционная прослойка; 5 — патрубок с краном для выгрузки переработанной массы; 6 — термометр.

Индивидуальная биогазовая установка (ИБГУ-1) для семьи, имеющей от 2 до 6 коров или 20-60 свиней, или 100-300 голов птицы (рисунок 6). Установка ежесуточно может перерабатывать от 100 до 300 кг навоза и производит 100-300 кг экологически чистых органических удобрений и 3-12 м 3 биогаза.

С повышением мировых цен на энергоресурсы многие жители сельских районов задумываются об альтернативных методах их замены. Некоторые изобретатели для обеспечения своих домов электроэнергией установили ветрогенераторы. А как же быть с газом? Ведь львиная доля затрат на отопление идет на оплату потребляемого газа. Люди начали задумываться о том, как получить газ самостоятельно. Для этой цели был создан биореактор, работающий на отходах сельского хозяйства. Для простого сельского жителя это очень дорогая установка. Но некоторые изобретатели утверждают, что биореактор своими руками может сделать почти каждый хозяин своего двора.

Принцип работы биореактора

Биореактор работает на органических отходах, поэтому для непрерывной его работы необходимо постоянное наличие навоза и других отходов сельского хозяйства. Вырабатываемый установкой биогаз является биологически чистым топливом, а по своим показателям он похож на природный газ.

Работа биореактора состоит в переработке органических отходов на газ и удобрение. Для этого они загружаются в резервуар биореактора, где анаэробные бактерии перерабатывают биомассу. Для получения правильного брожения недопустимо попадания воздуха в резервуар. Время переработки зависит от объема загруженных отходов. Выделяемый газ состоит из метана 60%, и углекислого газа – 35%. Другие примеси составляют 5%. Полученный газ идет на очистку и после этого готов к использованию в бытовых приборах.

Обратите внимание! Переработанное сырье извлекается из резервуара и используется как удобрение в сельском хозяйстве, а на его место загружаются новые отходы.

Конструкция простейшего биореактора

Простейшее устройство, которое можно построить своими руками состоит из реактора для переработки, загрузочной емкости, люка для входа, люка для отбора отработанных отходов, гидрозатвора, газоотводящей трубы. Для лучшего представления есть схема биореактора в несложном исполнении.

Биореактор изготавливают из железобетона или металлической емкости и устанавливают на выбранной территории двора. Самое главное, чтобы была полная герметичность установки. Размер резервуара зависит от постоянного количества наличия отходов для переработки, которые загружаются на 2/3 от его размера. Для справки: из 1 т отходов при переработке получается 100 м 3 газа. Исходя из этих расчетов, маленькую емкость устанавливать нецелесообразно. Ведь количество полученного газа зависит от количества загружаемых отходов для переработки. Одно из главных устройств на емкости – люк отбора отходов, который должен быть герметичным.

Обратите внимание! Отработанные отходы постоянно надо выгружать. Чтобы люк не деформировался от частого открывания, и не было утечки газа, необходимо предусмотреть его надежную конструкцию.

Особое внимание надо уделить строительству резервуара. Стены и дно должны иметь прочное бетонное основание. Во время заливки необходимо выполнять армирование. После застывания раствора, поверхность обрабатывают средствами гидроизоляции . Верх резервуара изготавливают из огнеупорного кирпича, уложенного на металлический каркас.

Подогрев биомассы

Постоянная работа реактора зависит от жизнедеятельности бактерий вызывающих брожение биомассы. В холодной массе они находятся в спящем режиме. Стоит подогреть ее до нужной температуры и бактерии возобновят свою работу. Оптимальная температура брожения составляет от +38 º С. В теплых регионах наружной температуры воздуха достаточно для работы реактора без подогрева. А для холодных регионов придется установить систему подогрева. С этой проблемой может справиться установленный под емкость нагревающий змеевик. Его подключают к отопительной системе и кранами (или терморегулятором) регулируют циркуляцию горячей воды для поддержания нужной температуры.

Обратите внимание! Так же, как вариант, можно установить змеевик с электрическими тэнами. Они подключаются к системе автоматики, которая регулирует температуру нагрева. Для этого можно применить обычную автоматику от водогрейных котлов.

Миксер для биореактора

Во время работы реактора, для лучшей активности бактерий, сырье необходимо периодически перемешивать. Эту роль может выполнить устройство в виде миксера. Его лопасти находятся внутри емкости, а вал выходит наружу. Миксер приводится в движение электромотором. В месте выхода вала должны стоять сальники, поддерживающие герметичность камеры.

Обратите внимание! В некоторых случаях герметичный электродвигатель устанавливается прямо в емкости.

Получение газа

Выработанный во время реакции газ выходит через газоотводящую трубу, подсоединенную к верхней крышке. По трубе он подается в гидрозатвор, который исключит попадание воздуха в газ. Очищенный в гидрозатворе водой газ, направляется в газгольдер для дальнейшей транспортировки к потребителю. Для улучшения системы можно установить два газгольдера. В этой системе в первой емкости будет оседать конденсат, а во вторую емкость закачивают газ под давлением. Для контроля давления газа необходимо установить манометр и спусковой клапан. Превышающее давление газа будет открывать клапан, и стравливать излишки наружу.