Самостоятельное производство биогаза

Получение биогаза

После того, как установка будет готова, в нее загружают биомассу, разведенную водой в соотношении примерно 2:3. Крупные отходы при этом должны быть измельчены – максимальный размер фракции не должен превышать 10 мм. Далее крышка закрывается – остается ждать, когда смесь начнет «бродить» и выделять биогаз. При оптимальных условиях первое поступление горючего наблюдается спустя несколько дней после загрузки.

О том, что газ «пошел», можно судить по характерному бульканью в водяном затворе. В это же время бочку стоит проверить на герметичность. Делается это с помощью обычного мыльного раствора – его наносят на все стыки и наблюдают, не появились ли пузыри.

Первое обновление биосырья нужно провести примерно через две недели. После того, как в воронку будет залита биомасса, из отводной трубы выльется такой же объем отработанной органики. Далее такую процедуру выполняют ежедневно или раз в два дня.

Что такое газ с приставкой «био»?

Биогаз — продукт, получаемый в результате разложения органических веществ (например, навоза). Когда происходит процесс брожения (гниения), выделяются газы. Их нерационально «пускать на самотек»: их можно собрать, а потом понемногу расходовать на собственные нужды. То оборудование, в котором этот естественный процесс осуществляется, и называют «биогазовой установкой».

Если биологического газа получается слишком много, то его хранят в газгольдерах, чтобы использовать по мере необходимости. Другая возможность — продажа топлива. Побочным продуктом такого производства является безопасное, эффективное удобрение — перебродившие остатки. Ими хозяева пользуются для удобрения своих участков, или, если его количество слишком большое, продают.

Образование биогаза происходит благодаря жизнедеятельности разнообразных бактерий, присутствующих в органических отходах. Чтобы их работа была максимально эффективной, микроорганизмам необходимо обеспечить идеальные «условия труда» — определенную температуру и влажность. Их гарантирует создание биогазовой установки. Это оборудование включает комплекс устройств, главное из них — биореактор. В нем происходит разложение массы, оно сопровождается газообразованием.

Конструкция простейшего биореактора

Простейшее устройство 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 м3 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.

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.

Автоматизированная установка

Если биогазовые установки своими руками для отопления дома расходуют газ сразу же при его выработке, то автоматизированные варианты снабжаются дополнительным элементом, который называется газгольдер. Это деталь, которая выступает в роли временного хранилища вещества, что дает возможность накопления. Кроме того, в данном случае для эффективного брожения можно использовать практически любой температурный диапазон. Производительность такой установки намного больше. При аналогичных размерах реактора в сутки она способна переработать до 1,3 тонны биомассы. За загрузку и перемешивание будет отвечать пневматика. Кроме того, в таких установках канал для отвода отработанного сырья соединяется с двумя разными отделами. Один из них служит для временного хранения, а другой, мобильный, для немедленного вывоза. Собирать биогазовую установку своими руками для отопления такого типа не совсем разумно, так как монтаж достаточно сложный, а производительность слишком большая. Чаще всего подобные конструкции устанавливаются в частных фермерских хозяйствах.

Установка с газгольдером, ручной подготовкой, пневматической загрузкой, перемешиванием сырья и его подогревом в реакторе

Отлично подойдет такое устройство, как для малого, так и для среднего производства. За сутки оно сможет переработать до 1,5 тонн навоза (минимальное количество 0,3 т.). Предлагаемый объем реактора составляет 5-25 м. куб.

Пневмоническая система задействована для загрузки и перемешивания сырья. Но подготовка осуществляется в ручной способ. Подогрев, осуществляемый в реакторе, происходит благодаря теплообмену с водонагревательным котлом. Последний также работает на получаемом биогазе. Выгрузка отходов происходит двумя путями: через один трубопровод сырье подается в хранилище для сбора, а через второй – для погрузки на транспорт и вывоза непосредственно в поле.

Добытый биогаз отбирается автоматически, для хранения предусмотрен газгольдер. По температурному режиму установка не имеет ограничений.

Механическая подготовка сырья (что является особенностью данной модели) осуществляется с помощью компрессора, который подает материал в бункер загрузки из специальной емкости. Подача в реактор происходит с использованием сжатого биогаза, который также идет и на обогрев. Отбор газа происходит автоматически в газгольдер. Такая биогазовая установка своими руками, может использоваться в крупных и средних хозяйствах при различных температурных режимах сбраживания.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Она должна быть непроницаемой для воды и газов. Водонепроницаемость должна действовать в обе стороны: жидкость из биореактора не должна загрязнять почву, а подземные воды не должны изменять состояние сбраживаемой массы.
Биореактор должен обладать высокой прочностью. Он должен выдерживать массу полужидкого субстрата, давление газа внутри емкости, действующее снаружи давление грунта

В общем, при строительстве биореактора необходимо уделить особое внимание его прочности.

Удобство обслуживания. Более удобные в использовании цилиндрические емкости — горизонтальные или вертикальные

В них перемешивание можно организовать по всему объему, в них не образуется застойных зон. Прямоугольные емкости проще в реализации при строительстве своими руками, но в них в углах часто образуются трещины, там же застаивается субстрат. Перемешивать его по углам очень проблематично. 

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.

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

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.

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.

Два способа подогрева биореактора

Микроорганизмы, перерабатывающие субстрат, есть в биомассе постоянно, однако для их интенсивного размножения нужна температура 38 градусов и выше. Для подогрева в холодный период можно использовать змеевик, подсоединенный к системе отопления дома, или электрические нагреватели. Первый способ экономически выгоднее, поэтому чаще используют именно его.

Проще всего обустроить подогрев снизу, проложив трубу от системы отопления, но эффективность работы такого теплообменника относительно низка. Лучше обустроить внешний обогрев, в идеале – паром, чтобы биомасса не перегревалась

Биогазовую установку необязательно заглублять в землю, есть и другие варианты обустройства. Пример работы системы, собранной из бочек, приведен в видеоролике ниже.

Делаем биогаз в домашних условиях

Существует стереотип, что получить биогаз можно только на специализированных производствах и хозяйств. Однако, это не так. Сегодня можно делать биогаз в домашних условиях.

Биогаз – это совокупность различных газов, которые создаются путём разложения органических веществ. Стоит знать, что биогаз огнеопасен. Он легко загорается чистым пламенем.

Отметим преимущества биогазовой установки дома:

1. Получение биогаза без дорого оборудования;
2. Использование своей альтернативной энергии;
3. Природное и бесплатное сырье в виде навоза или растений;
4. Забота об экологии.

Иметь биогазовую установку дома – это выгодное дело для хозяина дачного участка. Чтобы сделать такую установку необходимо малое количество средств: две бочки по 200 литров, бочка на 50 литров, трубы канализации, газовый шланг и кран.

Как видите, чтобы сделать установку своими руками, даже не требуется покупать дополнительные инструменты. Бочки, кран, шланги и трубы практически всегда можно найти в хозяйстве владельцев дач. Газогенератор – это забота об экологии, а также ваша возможность использовать альтернативный источник энергии и топлива.

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

• в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
• в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
• смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
• газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
• разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Как обеспечить активность биомассы

Ускорить процесс брожения биомассы можно с помощью ее подогрева. Как правило, в южных регионах такой проблемы не возникает. Температуры окружающего воздуха хватает для естественной активации процессов брожения. В регионах с суровыми климатическими условиями в зимнее время без подогрева вообще невозможна эксплуатация установки по производству биогаза. Ведь процесс брожения запускается при температуре, превышающей отметку в 38 градусов по Цельсию.

Организовать подогрев резервуара с биомассой можно несколькими способами:

• подключить к системе отопления змеевик, расположенный под реактором;
• установить в основании емкости электрические нагревательные элементы;
• обеспечить прямой нагрев резервуара путем использования электрических отопительных приборов.

Бактерии, влияющие на выработку метана, находятся в спящем состоянии в самом сырье. Их активность повышается при определенном уровне температуры. Обеспечить нормальное течение процесса позволит установка автоматизированной системы подогрева. Автоматика включит обогревательное оборудование при поступлении в биореактор очередной холодной партии, а затем выключит, когда биомасса прогреется до заданного уровня температуры.

Подобные системы контроля температуры устанавливаются в водогрейных котлах, поэтому их можно приобрести в магазинах, специализирующихся на продаже газового оборудования.

На схеме показан весь цикл, начиная от загрузки твердого и жидкого сырья, и заканчивая отводом биогаза к потребителям

Важно заметить, что активизировать выработку биогаза в домашних условиях можно с помощью перемешивания биомассы в реакторе. Для этого изготавливают устройство, конструктивно похожее на бытовой миксер

Привести устройство в движение может вал, который выводят через отверстие, расположенное в крышке или стенках резервуара.

Определение биогаза

Биогазовая установка выделяет газ путем сбраживания отходов

Биогаз стандартного типа – это натуральное топливо, образуемое в результате процессов сбраживания биологических субстратов. Он разлагается под воздействием гидролизных, а также кислото- и метанообразующих бактериальных организмов. Полученная смесь обладает горючими свойствами из-за высокого содержания метана, благодаря своим характеристикам она почти не отличается от привычного природного сырья, применяемого для бытовых и промышленных целей. Биогаз представляет собой экологически чистое вещество, технология его производства также не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. В качестве сырьевого компонента для него применяются отходы жизнедеятельности, которые необходимо утилизировать.

Принцип работы биореактора

Принципиальная схема биогазовой установки 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.

Для фермерского хозяйства

При наличии у фермерского хозяйства, или иного не крупного предприятия, среднее количество органических отходов (пилорама, тепличное хозяйство, птицеферма и т.д.), появляется возможность смонтировать более крупную установку, позволяющую обеспечить собственные потребности в тепловой и электрической энергиях. В этом случае процесс производства топлива аналогичен процессу, при использовании в частном порядке, отличие лишь в мощности агрегатов и соответственно, объемах перерабатываемого сырья.

Конструктивно, это может выглядеть следующим образом:

На данной схеме представлены:

• 1 – емкость накопитель продуктов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз);
• 2 – фекальный насос, обеспечивающий подачу навоза для переработки;
• 3 – котел (реактор), агрегат в котором происходит процесс разложения и брожения сырья;
• 4 – элемент, обеспечивающий отвод переработанного сырья;
• 5 – отводящий трубопровод;
• 6 – газгольдер, накопитель биогаза;
• 7 – устройство по преобразовании газа в тепловую энергию (газовая горелка);
• 8 – получаемая тепловая энергия;
• 9 – устройство по преобразованию газа в электрическую энергию (газогенератор);
• 10 и 11 – электрическая и тепловая энергии, получаемые при работе газогенератора.

Конструкция типичной биогазовой установки

Биогазовая установка

Основными компонентами полноценной биогазовой системы являются:

• реактор;
• система подачи перегноя;
• мешалки;
• автоматизированная система подогрева биомассы;
• газгольдер;
• сепаратор;
• защитная часть.

Бытовая установка будет иметь несколько упрощенную конструкцию, однако, для полноты восприятия вам предлагается ознакомиться с описанием всех перечисленных элементов.

Биогазовые установки

Реактор

Данная часть установки обычно собирается из нержавейки либо бетона. Внешне реактор похож на большую герметичную емкость, сверху которой установлен купол, обычно имеющий шаровидную форму.

В настоящее время наибольшей популярностью пользуются реакторы с разборной конструкции, выполненные с применением инновационных технологий. Такой реактор можно с легкостью собрать своими руками с минимальными временными затратами. В случае необходимости он настолько же легко разбирается и перевозится в другое место.

Сталь удобна тем, что в ней можно без лишних усилий создавать отверстия для подключения других элементов системы. Бетон же превосходит сталь по показателям прочности и долговечности.

Система подачи биомассы

Эта часть установки включает в свой состав бункер для приема отходов, подводящий трубопровод для подачи воды и шнековый насос, предназначенный для отправки перегноя в реактор.

Для загрузки сухого компонента в бункер используется фронтальный погрузчик. В домашних условиях с этой задачей можно справиться без погрузчика, используя различные подручные средства, к примеру, лопаты.

В бункере происходит увлажнение смеси до полужидкого состояния. После достижения нужного уровня увлажнения шнек переводит полужидкую массу в нижний отсек реактора.

Мешалки

Брожение перегноя в реакторе должно происходить равномерно. Это одно из главнейших условий обеспечения интенсивного выделения биогаза из смеси. Именно для достижения максимально равномерного процесса брожения смеси конструкция типичной биогазовой установки включает в свой состав мешалки с электроприводами.

Существуют мешалки погружного и наклонного типа. Погружные механизмы могут опускаться в биомассу на требуемую глубину для обеспечения интенсивного и равномерного перемешивания субстрата. Обычно такие мешалки размещаются на мачте.

Монтаж наклонных мешалок выполняется на боковых поверхностях реактора. За вращение винта в ферментаторе отвечает электродвигатель.

Автоматизированная система подогрева

Для успешного получения биогаза температура внутри системы должна поддерживаться на уровне +35-+40 градусов. Для этого в конструкцию включаются автоматизированные системы подогрева.

Источником тепла в данном случае выступает водогрейный котел, в отдельных ситуациях применяются электрические отопительные агрегаты.

Газгольдер

Газгольдер

В этом элементе конструкции собирается биогаз. Чаще всего газгольдер размещают на крыше реактора.

Производство современных газгольдеров обычно выполняется с применением поливинилхлорида – материала, устойчивого к солнечному свету и разнообразным неблагоприятным природным явлениям.

Газгольдер

В некоторых ситуациях вместо обычного газгольдера применяют специальные мешки. Также эти приспособления позволяют временно увеличить объем запаса полученного биогаза.

Для изготовления газгольдер-мешков применяется специальный поливинилхлорид с эластичными свойствами, способный раздуваться по мере увеличения объема биогаза.

Сепаратор

Сепаратор

Эта часть системы отвечает за сушку отработанного перегноя и получение при необходимости высококачественных удобрений.

Простейший сепаратор состоит из шнека и сепараторной камеры. Камера выполнена в форме сита. Это позволяет разделять биомассу на твердый компонент и жидкую часть.

Прессо-шнековый сепаратор

Осушенный перегной отправляется в отгрузочный отсек. Жидкую часть система направляет обратно в приемную камеру. Здесь жидкость применяется для увлажнения нового исходного сырья.