Технология это не новая. Она начала развиваться еще в 18 веке, когда Ян Гельмонт – химик – обнаружил, что навоз выделяет газы, которые способны к воспламенению.

Его исследования продолжил Алессандро Вольта и Хэмфри Деви, которые нашли в газовой смеси метан. В конце 19 века в Англии биогаз из навоза использовали в уличных фонарях. В середина 20 столетия были обнаружены бактерии, которые производят метан и его предшественников.

Дело в том, что в навозе поочередно работают три группы микроорганизмов, которые питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих бактерий. Первыми начинают работу ацетогенные бактерии, которые растворяют углеводы, белки и жиры в навозной жиже.

Далее происходит гидролизное окисление под действием гетероацетогенных микроорганизмов, в результате чего появляются вещества, которые являются питательной средой для метанобразующих бактерий.

После переработки анаэробными микроорганизмами питательного запаса образуется метан, вода и диоксид углерода. Из-за наличия воды биогаз на данной стадии не способен гореть – ему нужна очистка, поэтому его пропускают через очистные сооружения.

Принцип работы

Когда биореактор загружают в первый раз или после долгого простоя, то после загрузки первой партии субстрата количество бактерий в нем недостаточно для того, чтобы все процессы шли с необходимой скоростью.

Поэтому первые 5–15 дней (зависит от режима работы) происходит накопление субстрата и размножение населяющих его бактерий, которые постепенно приступают к переработке содержимого биореактора.

Переработка происходит в три этапа:

  • разложение помета/навоза, а также растительности на моносахариды и другие простые органические вещества (гидролиз);
  • образование кислот и кетонов (кислотообразование);
  • переработка уксусной кислоты и углекислого газа в метан (метанообразование).

Все процессы происходят благодаря определенным бактериям. Гидролизные выделяют определенные энзимы, расщепляющие органику и делающие ее пригодной для всасывания через клеточные стенки. Кислотообразующие бактерии впитывают результаты гидролиза и выделяют соответствующие вещества, которые, в свою очередь, служат питанием для метаногенов.

Несмотря на то, что в помете или навозе изначально содержатся все необходимые бактерии, активно размножаться и выполнять свою функцию они смогут лишь после создания подходящих условий.

Гидролизные бактерии не могут перерабатывать твердые вещества, а кислотообразующие начинают активно размножаться и функционировать только после того, как гидролизные бактерии обеспечат их подходящим питанием. Точно так же обстоит дело и с метанообразующими микроорганизмами.

Когда все три типа микроорганизмов размножатся, а их численность достигнет необходимого значения, метантенк перейдет в активный режим работы.

После вливания в него новой порции субстрата происходит смешивание свежих и переработанных веществ, поэтому каждый вид бактерий получает необходимое ему питание.

Метаногены, потребляя продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, выделяют вещества, которые образуют сапропель.

Возбудители болезней и яйца/личинки глистов точно так же подвержены действию энзимов, которые расщепляют их на простые органические вещества. В результате этого процесса эти вредители погибают, после чего вода становится условно безопасной.

Кроме того, гидролизные бактерии расщепляют вещества, являющиеся причиной неприятного запаха навоза или помета, поэтому переработанная вода уже не обладает запахом исходного продукта.

Выделенный метаногенами биогаз скапливается в верхней части биореактора, откуда через реагирующий на определенное давление клапан поступает в основной газгольдер, а после по трубам движется к потребителям.

Если потребители долгое время отключены и давление в газгольдере достигло определенного значения, то запасенный газ поступает к установке сжижения, а затем в газгольдер для сжиженного газа.

Как определить оптимальные размеры?

Время полного цикла переработки экскрементов в биогаз и сапропель зависит от температурного режима. Существуют 3 типа температурных режимов, которые мы поместили в таблицу.

Режимы Температура градусов Цельсия, при которой бактерии этого типа наиболее активны Время полного перегнивания субстрата (суток) и краткое описание результатов процесса перегнивания
Психрофильный 10–25 20–60, минимальная выработка метана, максимальное образование сапропеля
Мезофильный 25–40 10–20, хорошая производительность выработки метана, сапропеля немного
Термофильный 40–60 5–10, максимальная выработка метана, минимум веществ уходит в сапропель

Объем метантенка должен вмещать весь субстрат, произведенный за время полного перегнивания. Кроме того, объем биореактора необходимо увеличить на 15–30%, которые будут использованы для образования первичного газгольдера.

Несмотря на то, что термофильный процесс является наиболее эффективным, а объем метантенка для него будет минимальным, он не пользуется спросом из-за необходимости поддерживать очень высокую температуру.

Из-за этого сильно возрастают расходы газа на поддержку температуры и снижается общий объем готового продукта.

Тем не менее, при больших ежедневных объемах экскрементов и ограниченности пространства для установки метантенка термофильный режим будет наиболее предпочтительным.

Поэтому наиболее популярным является мезофильный режим, ведь он сочетает относительно малое время перегнивания (при температуре 35 градусов оно в среднем составляет 15 суток) и не слишком высокую температуру. Психрофильный процесс не получил распространения из-за слишком большого времени перегнивания.

Для наиболее популярного (мезофильного) режима полный объем метантенка должен превосходить ежедневный объем разведенного водой субстрата в 15–25 раз или превосходить объем суточного сбора навоза/помета в 20–35 раз.

Бывают ли метантенки других конструкций?

Помимо традиционного метантенка, называемого также вертикальным, встречаются устройства, получившие название горизонтальных биореакторов.

Они состоят из нескольких (обычно 2–3) вертикальных метантенков, выстроенных в одну линию или находящихся в общем корпусе.

Отработанная техническая вода поступает во второй отдел, где весь процесс метанового брожения начинается заново. Ведь вместе с водой туда поступают частички органики, в том числе не прошедшей через гидролиз.

Из-за того, что содержание органики во втором отделе гораздо меньше, чем в первом, его производительность невелика, поэтому его чаще рассматривают как систему дополнительной очистки сброшенной воды.

Третий отдел обеспечивает окончательную очистку воды, поэтому его ставят лишь там, где технологией предусмотрено частое перемешивание перегнивающей массы, из-за чего вместе со сбрасываемой водой уходит заметная часть органики.

Общая производительность по биогазу у горизонтальных устройств такая же, как у вертикальных, однако из-за слишком большого размера и сложности конструкции такие устройства не получили широкого распространения в качестве метантенков.

Зато их активно применяют для очистки бытовых и промышленных стоков, содержащих различные органические вещества. Иногда в качестве второго отдела используют открытую емкость, но это применимо лишь там, где даже зимой температура редко опускается ниже значения 10–15 градусов.

Производители и модели

Мы подготовили краткий обзор наиболее популярных моделей российских производителей, ведь они ничем не отличаются от их аналогов зарубежного производства.

Большинство производителей биореакторов и биоустановок предлагают не только модели с конкретными характеристиками, но и подгонку существующих моделей под ситуацию заказчика.

Кроме того, часть производителей предлагает полный перечень узлов, необходимых для создания полностью автономной биогазовой установки, тогда как другие производят лишь биореактор и некоторые сопутствующие устройства.

BioMash-20

Биогазовая установка от «Конструкторского бюро Климова» подходит для переработки навоза/помета влажностью ≤90% общей массой 300–700 кг в сутки с добавлением подстилочного материала (максимум 20% от массы).

Биореактор изготовлен из полиэтилена, поэтому не требует обслуживания и ремонта.

Вместе с реактором поставляют основной газгольдер и насос для его накачки (максимальное давление 2,8 Мпа). Благодаря столь высокому давлению газ можно закачивать в обычные газовые баллоны.

Также в комплект входят:

  • газовый теплогенератор, выделяющий 100 квт в сутки;
  • метановый электрогенератор мощностью 11 квт;
  • полный комплект оборудования для обогрева метантенка;
  • полный комплект газопроводов.

Серия «БИО»

Эти установки производства компании «Агробиогаз» предназначены для переработки навоза/помета весом 10–350 тонн в сутки (зависит от модели).

Корпуса изготовлены из нержавеющей стали и современных полимерных материалов, поэтому не требуют обслуживания или ремонта.

Преимуществом этой серии является относительно невысокая цена, однако в комплект поставки входит лишь минимальный набор оборудования, поэтому газгольдеры и многое другое придется приобретать отдельно.

Серия «СБГ»

Эту серию биогазовых комплексов выпускает кировская компания «СельхозБиоГаз».

Благодаря индивидуальному подходу к каждому клиенту, компания предлагает не только готовые комплекты, но и изготовление такой продукции под конкретные условия.

В модельном ряду представлены установки, способные за сутки переработать от 100 килограмм до 1000 тонн экскрементов.

В комплект поставки входит все необходимое оборудование для развертывания полноценной линии по переработке навоза в газ и очистке продукта.

Серия «БУГ»

Серию биогазовых установок «БУГ» производит ассоциация предприятий «БМП». В эту серию входят биореакторы небольшого объема (0,5–12 м3), оснащенные газгольдерами емкостью 1–2 м3.

Относительно невысокая стоимость комплекта компенсируется минимумом входящего в него оборудования, обеспечивающего лишь перегнивание материала и выделение биогаза.

Поэтому основными покупателями этой серии установок для производства биогаза из навоза и помета становятся небольшие фермерские хозяйства или домохозяйства с большим поголовьем птиц/скота.

Серия «БГР»

Серию биогазовых установок «БГР» выпускает расположенное в Яранске предприятие «BioGasRussia». Самая маломощная установка этой серии (БГР-12) способна переработать 500 – 900 кг экскрементов в сутки, а объем ее биореактора составляет 12 м3.

Объем реактора и массу ежедневного поступления навоза для более крупных установок этой серии обговаривают индивидуально, благодаря чему заказчик получает аппарат или даже завод, максимально соответствующие его потребностям.

В составе установок большого объема могут быть как вертикальные, так и горизонтальные метантенки, это обсуждается при оформлении заказа.

Кроме того, компания BioGasRussia предлагает весь спектр необходимого оборудования, благодаря чему биогазовая установка может работать в полностью автономном режиме — без подключения к электрическим или газовым сетям.

Можно ли сделать метантенк самостоятельно?

Самодельные биогазовые установки отличаются от промышленных лишь размерами и производительностью, но общий принцип остается неизменным. Поэтому для изготовления биореактора понадобится герметично закрывающаяся емкость из кислотостойкого материала, в которую нужно будет вставить устройство для перемешивания субстрата.

Для домашних метантенков не слишком важна возможность частичного слива отработанной воды, а также периодическая доливка субстрата, поэтому их нередко делают без отверстия для слива. Однако число таких емкостей должно превосходить число дней, необходимое для полного перегнивания материала.

Основной проблемой домашних устройств является сложность очистки биогаза от примесей, поэтому чаще всего очистку проводят с помощью водяных фильтров. Проходя через воду, биогаз оставляет в ней какую-то часть примесей, из-за чего концентрация метана возрастает.

Несмотря на то, что поднять концентрацию метана до уровня промышленных установок (95–98%) невозможно, такая очистка с использованием нескольких фильтров поднимает уровень метана до значения 75–85%, что вполне достаточно для бытового применения.

В домашних условиях редко удается запустить мезофильный процесс из-за сложностей с утеплением и обогревом реактора, однако даже психрофильный процесс может дать достаточно газа для работы кухонной печи.

Тем не менее, в домах, где содержат множество живности, лучше потратиться на обогрев и утепление метантенка, что позволит сократить его объем и увеличить выход готового газа.

Для того, чтобы ежедневно доливать в него экскременты животных/птиц и кухонные отходы, устраивают естественный слив с использованием гидрозатвора.

Однако для этого установку придется поместить под землей, а сбрасываемую воду либо отводить на поле, предназначенное для ее отстоя, либо сливать в одну или несколько переходных емкостей, где проскочившие органические остатки будут догнивать, превращаясь в ил.

Причем желательно, чтобы последняя из емкостей обеспечивала аэробное (с доступом кислорода) брожение, это увеличит качество очистки жидкости и сделает ее безопасной. Однако для этого объем последней емкости, в качестве которой нередко используют бетонированные лагуны, должен быть в несколько раз больше, чем у метантенка.

Биогаз из навоза — выгодное вложение

Для тех, кто не готов мастерить такую камеру, всегда есть другой выход — можно купить готовую. Строительство установки все равно потребует от вас небольших вложений. Если вы не уверены в своих силах или не располагаете всеми материалами, целесообразно просто купить установку из ПВХ. В итоге вы все равно организуете свое домашнее производство по переработке навоза и получения биогаза.

Что такое биометан

Газ, полученный в результате разложения навозной биомассы, является аналогом природного газа. Он почти в 2 раза легче воздуха, поэтому всегда поднимается вверх. Этим объясняется технология производства искусственным методом: вверху оставляют свободное пространство, чтобы вещество могло выделяться и накапливаться, откуда его потом выкачивают насосами для использования в собственных нуждах.

Метан сильно влияет на возникновение парникового эффекта – гораздо больше, чем углекислый газ – в 21 раз. Поэтому, технология переработки навоза – не только экономичный, но и экологичный способ утилизации отходов животноводства.

Биометан используют для следующих потребностей:

  • приготовления пищи;
  • в двигателях внутреннего сгорания автомобилей;
  • для отопления частного дома.

Биогаз выделяет большое количество тепла. 1 кубический метр равноценен сгоранию 1,5 кг каменного угля.

Как получают биометан

Получить его можно не только из навоза, но и водорослей, растительной массы, жира и других животных отходов, остатков переработки сырья рыбных цехов. В зависимости от качества исходного материала, его энергетической емкости, зависит конечный выход газовой смеси.

Минимально получают от 50 кубометров газа с тонны навоза крупного рогатого скота. Максимально – 1 300 кубометров после переработки животного жира. Содержание метана при этом – до 90%.

Один из видов биологического газа – свалочный. Он образуется при разложении мусора на загородных свалках. На Западе уже есть оборудование, которое перерабатывает отходы населения и превращает их в топливо. Как вид бизнеса – это неограниченные ресурсы.

Под его сырьевую базу попадают:

  • пищевая промышленность;
  • животноводство;
  • птицеводство;
  • рыбный промысел и перерабатывающие комбинаты;
  • молокозаводы;
  • производство алкогольных и слабоалкогольных напитков.

Любая промышленность вынуждена утилизировать свои отходы – это дорого и нерентабельно. В домашних условиях при помощи небольшой самодельной установки можно решить сразу несколько проблем: бесплатное отопление дома, удобрение земельного участка высококачественным питательным веществом, оставшимся от переработки навоза, освобождение места и отсутствие запахов.

Технология получения биологического топлива

Все бактерии, которые принимают участие в образовании биогаза, являются анаэробными, то есть кислород для жизнедеятельности им не нужен. Для этого сооружают полностью герметичные емкости для брожения, отводные трубы которых также не пропускают воздух извне.

После заливки в резервуар сырьевой жидкости и повышения температуры до нужной величины бактерии начинают работу. Начинает выделяться метан, который поднимается с поверхности навозной жижи. Он направляется в специальные подушки или резервуары, после чего фильтруется и попадает в газовые баллоны.

Отработанная бактериями жидкость скапливается на дне, откуда ее периодически откачивают и также отправляют на хранение. После этого в резервуар закачивают новую порцию навоза.

Температурный режим функционирования бактерий

Для переработки навоза в биогаз необходимо создать подходящие условия для работы бактерий. некоторые из них активизируются при температуре выше 30 градусов – мезофильные. При этом процесс идет медленнее и первую продукцию можно получить через 2 недели.

Термофильные бактерии работают при температуре от 50 до 70 градусов. Сроки получения биогаза из навоза сокращаются до 3 дней. При этом отходы представляют собой ферментированный шлам, который используют на полях в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. В шламе отсутствуют патогенные микроорганизмы, гельминты и сорняки, так как они погибают при воздействии высоких температур.

Есть особый вид термофильных бактерий, которые способны выжить в среде, нагретой до 90 градусов. Их добавляют в сырье, чтобы ускорить процесс брожения.

Понижение температуры ведет к снижению активности термофильных или мезофильных бактерий. В частных хозяйствах чаще используют мезофиллы, так как для них не нужно специально подогревать жидкость и производство газа обходится дешевле. Впоследствии, когда будет получена первая партия газа, его можно использовать для подогрева реактора с термофильными микроорганизмами.

Важно! Метаногены не переносят резких скачков температур, поэтому зимой их необходимо содержать в тепле постоянно

Как подготовить сырье для заливки в реактор

Для производства биогаза из навоза не нужно специально подсаживать микроорганизмы в жидкость, потому что они уже находятся в экскрементах животных. Нужно лишь поддерживать температурный режим и вовремя подливать новый раствор навоза. Его необходимо правильно готовить.

Влажность раствора должна быть 90% (консистенция жидкой сметаны), поэтому сухие виды экскрементов для начала заливаются водой – кроличий помет, конский, овечий, козий. Свиной навоз в чистом виде не нуждается в разбавлении, так как содержит много мочи.

Следующий этап – разбить твердые частицы навоза. Чем мельче будет фракция, тем лучше бактерии переработают смесь и тем больше газа получится на выходе. Для этого в установках применяют мешалку, постоянно работающую. Она снижает риск образования твердой корки на поверхности жидкости.

Для производства биогаза подходят те виды навоза, которые имеют самую высокую кислотность. Их еще называют холодными – свиной и коровий. Снижение кислотности приостанавливает деятельность микроорганизмов, поэтому необходимо следить в начале, сколько времени необходимо, чтобы они полностью переработали объем резервуара. Затем долить следующую дозу.

Технология очистки газа

При переработке навоза в биогаз получается:

  • 70% метана;
  • 30% углекислого газа;
  • 1% примесей сероводорода и других летучих соединений.

Чтобы биогаз стал пригодным для использования в хозяйстве, его необходимо очистить от примесей. Чтобы удалить сероводород применяют специальные фильтры. Дело в том, что летучие сероводородные соединения, растворяясь в воде, образуют кислоту. Она способствует появлению ржавчины на стенках труб или резервуара, если они изготовлены из металла.

Высокое содержание углекислоты также требует очистки, но этот процесс более трудоемкий. В домашних условиях самым простым и дешевым способом очистки биогаза от примесей является вода. Процесс происходит в 2 этапа:

  • Полученный газ сжимается под давлением 9 – 11 атмосфер.
  • Подается в резервуар с водой, где примеси растворяются в жидкости.

В промышленных масштабах для очистки применяют известь или активированный уголь, а также специальные фильтры.

Как уменьшить содержание влаги

Самостоятельно избавиться от примесей воды в газе можно несколькими способами. Один из них – принцип самогонного аппарата. По холодной трубе газ направляется вверх. Жидкость при этом конденсируется и стекает вниз. Для этого трубу проводят под землей, где температура естественным образом снижается. По мере подъема, температура также поднимается, и осушенный газ попадает в хранилище.

Второй вариант – гидрозатвор. После выхода газ поступает в емкость с водой и там очищается от примесей. Такой метод называется одноэтапным, когда с помощью воды биогаз чистят сразу от всех летучих веществ и влаги.

Принцип гидрозатвора

Биогаз производят в специальных емкостях природные бактерии, которым человек только помогает, поддерживая высокую температуру. Собранный газ хранится в специальных емкостях, а потом по мере надобности сжигается в двигателях-генераторах, давая тепло для отопления и электричество.

Германия — абсолютный мировой лидер по производству биогаза. Вырабатываемое из него электричество производители могут продавать в общую сеть по очень высокому тарифу, гарантированному на годы вперед. А еще им дают кредит по невероятно низкой ставке. Программу поддержки альтернативной энергетики пробили «зеленые», страстно ненавидящие атомную энергетику.

А в соседней Франции общественное мнение не боится атомной энергетики, ничего страшного не происходит, и электричество там дешевле немецкого. Но в том, что биогазовые станции помогают избавиться от излишков навоза и решить таким образом хотя бы одну экологическую проблему, сомнений нет.

В России над этим только начинают задумываться. Программе «Чудо техники» удалось найти лишь один пример региона, где смогли узаконить сдачу электричества государству частниками и даже установили повышенный «зеленый» тариф. Это Белгородская область, где производится 30% всей российской свинины, и недостатка в сырье для биогаза не наблюдается. Прибыли пока нет, но энергоотдача уже солидная.

Потенциальных применений у биогаза масса. Например, его можно перерабатывать и в водород, чем активно занимаются японцы. А в Британии уже курсируют скоростные автобусы, которые заправляют сжатым биометаном, тоже сделанным из коровьего навоза.

Расчет выхода газа в годовой период

  • Одна корова дает 20 тн жидкого навоза – выход биогаза 500 куб.м.
  • 1 свинья производит 1,5-6 тн жидкого навоза – количество газа 42-168 куб.м.
  • 1 бычок поставляет 3-11 тн твердого сырья – 240- 880 куб.м. газового продукта.
  • 1 лошадь сделает 8 тн твердого навоза – 504 куб. м. биотоплива.
  • 100 кур обеспечат 1, 8 тн сухого помета – 252 куб.м. биогаза.

Использование полученного при переработке шлама

Побочный продукт при производстве биогаза из навоза – дигестат или шлам. Полученное удобрение не имеет запаха, семян сорняков, вредных токсинов и микроорганизмов. Само удобрение обогащают фосфором, калием и прочими элементами в зависимости от потребности растений. Однако шлам не является чистым удобрением, применимым для сельского хозяйства.

Преимущества и недостатки данного метода переработки отходов

Плюсы:

  • Исходный материал является дешевым побочным продуктом сельскохозяйственных предприятий и ферм. Массы навоза постоянно восполняются и практически неисчерпаемы.
  • Биогазовые агрегаты можно монтировать в непосредственной близости от источников сырья.
  • Снижается уровень безработицы – требуются водители, машинисты установок, подсобные рабочие и другой персонал.
  • Падает потребление энергии, получаемой традиционными способами. Биогаз в России используется для отопления производственных помещений, нагрева воды для хозяйственных нужд. Энергия от сжигания биогаза преобразуется в электрическую энергию. Утилизация метана как газового топлива для автомобилей.
  • Особую важность имеет природоохранная составляющая данного бизнеса. Уничтожаются огромные залежи экскрементов от коров, свиней, овец, лошадей, птиц, загрязняющие почву, атмосферу, подземные и надземные источники воды.

Минусы:

  • Для промышленного производства биогаза в больших объемах недостаточно одного поставщика исходного материала, нужно договариваться с целым рядом заготовителей и налаживать транспортные потоки.
  • Статистические данные свидетельствуют об убыточности подобных производств. Они окупаются только с помощью государственной поддержки через «зеленые тарифы».
  • Выработка горючего газа и его хранение в емкостях, транспортировка по газопроводам является взрывоопасным и пожароопасным процессом. Метан характеризуется высокой токсичностью. На предприятиях требуется усиленный контроль соблюдения техники безопасности и правил обращения с опасными продуктами.

Лучше использовать биореакторы заводского изготовления, а установку доверить специалистам, имеющим достаточный опыт их монтажа.

Сферы применения биогаза

Экономический эффект работы станции по выработке газа оценивается комплексным использованием всех получаемых продуктов. Промышленный комплекс или биогазовая установка для частного дома решает актуальную задачу утилизации биологических отходов, загрязняющих природу и среду обитания человека.

Области использования газа:

  • получение электрической энергии: сгорание 1 кубометра газа дает 2 кВт электричества;
  • отопление и обеспечение горячей водой производственных сельскохозяйственных помещений – ферм, теплиц, птицефабрик;
  • заправка автомобильного транспорта и другой техники;
  • топливо для работы газопоршневых агрегатов мини-ТЭЦ.

Второй по важности продукт, получаемый при помощи биореакторов – это экологически чистое натуральное удобрение. Его внесение в почву повышает урожайность культур до 30-35%.

Мобильные сборно-разборные линии переработки животноводческих отходов используются как очистные сооружения на соответствующих предприятиях.

Какие условия должна создавать биоустановка?

Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:

  • отсутствие притока кислорода (герметичность);
  • постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
  • регулируемый приток свежего материала;
  • регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
  • регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.

Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.

Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.

Благодаря тому, что биореактор работает на измельченной жиже, разведенной водой до влажности выше 97%, свежий материал подводят по трубам, оснащенным гидрозатвором или клапаном. Это исключает попадание внутрь воздуха и бесконтрольный выход выработанных газов.

Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.

Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.

Что представляет собой установка для производства биогаза?

Наиболее эффективной формой для этой установки является цилиндр с конусной нижней и конусной или округлой верхней частью, причем нет особой разницы между соотношением диаметра и высоты.

В такой конструкции проще всего реализовать перемешивание расслаивающегося материала, а для повышения температуры важна не форма сосуда, а достаточное количество тепловой энергии и минимум излучения тепла в атмосферу.

Корпус и крышка, в которой расположен первичный газгольдер, могут быть выполнены из бетона или нержавеющей стали. Основное преимущество бетонных корпусов в том, что их не приходится целиком или по частям везти издалека, а опалубку для заливки собирают на месте из досок.

Главным недостатком является сложность создания и поддержания в биореакторе достаточной температуры, ведь необходимо прогревать не только содержимое метантенка, но и бетонные стенки устройства. Устройства небольшого объема (1–20 м3) нередко изготавливают из полипропилена, полиэтилена и других полимеров.

Для обогрева содержимого внутри стенок прокладывают трубы для движения теплоносителя или формируют «водяную рубашку», то есть полость между утепляющим слоем и внутренней стенкой.

Первый способ используют в бетонных конструкциях, а второй в сделанных из нержавеющей стали. Внутреннюю поверхность стен из любых материалов нередко покрывают химически инертными по отношению к навозу материалами, благодаря чему многократно возрастает срок службы метантенка.

Входное отверстие, через которое в емкость попадает исходный материал, и отверстие для слива технической воды располагают там, где перед перемешиванием оказывается участок воды. В большинстве случаев расположение этого отверстия соответствует половине уровня максимального заполнения.

В самой нижней части днища делают отверстие для отвода сапропеля. В нижней части крышки делают эластичный мешок, выполняющий функцию первичного газгольдера и соединенный через клапан с газопроводом.

Существуют модели и без мешка, там местом для накапливания газа служит свободное пространство между крышкой и стеной.

Однако у такой схемы есть недостаток – высокая вероятность утечки газа через плохо заделанные щели.

В большинстве биореакторов система перемешивания состоит из вертикального вала и установленных на нем лопастей. При вращении они создают направленное вверх или вниз движение большей части содержимого, благодаря чему и происходит перемешивание слоев.

Однако встречаются устройства с гидравлическим перемешиванием, в которых готовый субстрат подают через днище под большим давлением, благодаря чему возникают вихревые возмущения, перемешивающие содержимое.

Но такая система перемешивания уместна лишь там, где соотношение объемов суточной порции субстрата и всего содержимого метантенка не превышает 1:10.

Какие установки применяют для получения биогаза

Если установку планируется разместить вблизи фермы, то лучшим вариантом будет разборная конструкция, которую легко перевезти в другое место. Основной элемент установки – биореактор, в который заливается сырье и происходит процесс брожения. На крупных предприятиях используют цистерны объемом 50 кубических метров.

В частных хозяйствах строят подземные резервуары в качестве биореактора. Их выкладывают из кирпича в подготовленную яму и обмазывают цементом. Бетон повышает степень безопасности конструкции и препятствует попаданию воздуха. Объем зависит от того, сколько сырья в день получают с домашних животных.

Поверхностные системы также популярны в домашних условиях. При желании установку можно разобрать и перенести в другое место, в отличие от стационарного подземного реактора. В качестве цистерны используют пластиковые, металлические или поливинилхлоридные бочки.

По типу управления имеются:

  • автоматические станции, в которых долив и откачка отработанного сырья осуществляется без участия человека;
  • механические, где весь процесс контролируется вручную.

В домашних условиях рекомендуется использовать электрические измельчители навоза, а также мешалки, которые будут контролировать процесс образования корки.

С помощью насоса можно облегчить освобождение резервуара, в который попадают отходы после брожения. Некоторые народные умельцы применяют насосы для откачки газа из подушек (например, автомобильных камер) в очистное сооружение.

Схема самодельной установки для получения биогаза из навоза

Перед сооружением биогазовой установки на своем участке необходимо ознакомиться с потенциальной опасностью, которая может взорвать реактор. Главное условие – отсутствие кислорода.

Метан – это взрывоопасный газ и он способен воспламеняться, но для этого его необходимо нагреть выше 500 градусов. Если биогаз смешается с воздухом, возникнет избыточное давление, которое разорвет реактор. Бетонный может треснуть и будет не пригоден для дальнейшего использования.

Видео: Биогаз из птичьего помета

Чтобы давление не сорвало крышку, применяют противовес, защитную прокладку между крышкой и резервуаром. Емкость заполняют не до конца – должно оставаться как минимум 10% объема для выхода газа. Лучше – 20%.

Итак, чтобы сделать у себя на участке биореактор со всеми приспособлениями, необходимо:

  • Удачно выбрать место, чтобы оно находилось подальше от жилья (мало ли что).
  • Рассчитать предположительное количество навоза, которое ежедневно выдают животные. Как считать – читать ниже.
  • Определиться, где проложить загрузочную и отгрузочную трубу, а также трубу для конденсации влаги в полученном газе.
  • Определиться с местом расположения резервуара для отходов (по умолчанию удобрения).
  • Вырыть котлован, исходя из расчетов количества сырья.
  • Выбрать емкость, которая будет служить резервуаром для навоза и установить ее в котлован. Если планируется бетонный реактор, тогда дно котлована заливается бетоном, стенки выкладываются кирпичом и штукатурятся бетонным раствором. После этого необходимо дать время просохнуть.
  • Стыковки между реактором и трубами также герметизируются на этапе закладки резервуара.
  • Обустроить люк для осмотра реактора. Между ним ставится герметичная прокладка.

Если климат холодный, то перед бетонированием или установкой пластикового резервуара продумывают способы его обогрева. Это могут быть нагревательные приборы или лента, используемая в технологии «теплый пол».

В конце работ проверить реактор на герметичность.

Расчет количества газа

Из одной тонны навоза можно получить примерно 100 кубических метров газа. Вопрос – сколько помета дают домашние животные в сутки:

  • курица – 165 г в сутки;
  • корова – 35 кг;
  • коза – 1 кг;
  • конь – 15 кг;
  • овца – 1 кг;
  • свинья – 5 кг.

Умножить эти показатели на количество голов и получится суточная доза экскрементов, подлежащих переработке.

Больше газа получают от коров и свиней. Если добавить в смесь такие энергетически мощные растения как кукуруза, свекольная ботва, просо, то количество биогаза увеличится. Большой потенциал у болотных растений и водорослей.

Самый высокий – у отходов мясоперабатывающих комбинатов. Если такие хозяйства есть поблизости, то можно скооперироваться и установить один реактор на всех. Сроки окупаемости биореактора 1 – 2 года.

Отходы биомассы после получения газа

После переработки навоза в реакторе побочным продуктом является биошлам. При анаэробной переработке отходов бактерии растворяют около 30% органического вещества. Остальное выделяется в неизменном виде.

Жидкая субстанция также является побочным продуктом метанового брожения и также используется в сельском хозяйстве для корневых подкормок.

Углекислый газ – ненужная фракция, которую производители биогаза стремятся удалить. Но если растворить ее в воде, то эта жидкость также может приносить пользу.

Полное использование продуктов биогазовой установки

Чтобы полностью утилизировать продукты, получаемые после переработки навоза, необходимо содержать теплицу. Во-первых – органическое удобрение можно использовать для круглогодичного выращивания овощей, урожайность которых будет стабильной.

Во-вторых – углекислый газ используется как подкормка – корневая или внекорневая, а его на выходе получается около 30%. Растения поглощают углекислоту из воздуха и при этом лучше растут и набирают зеленую массу. Если проконсультироваться со специалистами данной области, то они помогут установить оборудование, которое переводит углекислый газ из жидкой формы в летучее вещество.

Видео: Биогаз за 2 дня

Дело в том, что для содержания животноводческой фермы полученных энергоресурсов может быть много, особенно летом, когда не нужен подогрев коровника или свинарника.

Поэтому рекомендуется заняться еще одним прибыльным видом деятельности – экологически чистая теплица. Остатки продукции можно хранить в охлаждаемых помещениях – за счет все той же энергии. Холодильное или любое другое оборудование может работать на электричестве, которое вырабатывает газовая аккумуляторная батарея.

Использование в качестве удобрения

Кроме выработки газа биореактор полезен тем, что отходы используются в качестве ценного удобрения, которое сохраняет почти весь азот и фосфаты. При внесении в почву навоза 30 – 40% азота безвозвратно теряется.

Чтобы уменьшить потери азотных веществ, в грунт вносят свежие экскременты, но тогда выделяющийся метан повреждает корневую систему растений. После переработки навоза метан идет на собственные нужды, а все питательные вещества сохраняются.

Калий и фосфор после ферментации переходят в хелатную форму, которая усваивается растениями на 90%. Если смотреть в общем, то 1 тонна ферментированного навоза способна заменить 70 – 80 тонн обычных животных экскрементов.

Анаэробная переработка сохраняет весь имеющийся в навозе азот, переводя его в аммонийную форму, что на 20% увеличивает урожаи любых культур.

Такое вещество не опасно для корневой системы и может вноситься за 2 недели до высадки культур в открытый грунт, чтобы органика успела переработаться на этот раз почвенными аэробными микроорганизмами.

Перед использованием биоудобрение разводят водой в соотношении 1:60. Для этого подходит как сухая , так и жидкая фракция, которая после сбраживания также поступает в резервуар для отработанного сырья.

На гектар нужно от 700 до 1 000 кг/л неразбавленного удобрения. Учитывая, что с одного кубического метра площади реактора в день получается до 40 кг удобрений, то за месяц можно обеспечить не только свой участок, но и соседский, продавая органику.

Какие питательные вещества можно получить после отработки навоза

Основная ценность ферментированного навоза как удобрения – в наличии гуминовых кислот, которые как оболочка сохраняют ионы калия и фосфора. Окисляясь на воздухе при длительном хранении, микроэлементы утрачивают свои полезные качества, но при анаэробной переработке, наоборот, приобретают.

Гуматы положительно влияют на физико-химический состав грунта. В результате внесения органики, даже самые тяжелые почвы становятся более проницаемыми для влаги. Вдобавок, органические вещества являются пищей почвенных бактерий. Они дальше перерабатывают остатки, которые «недоели» анаэробы и выделяют гуминовые кислоты. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, которые полностью усваивают.

Кроме основных – азота, калия и фосфора – в составе биоудобрения есть микроэлементы. Но их количество зависит от исходного сырья – растительного или животного происхождения.

Способы хранения шлама

Лучше всего хранить ферментированный навоз в сухом виде. Так его удобнее фасовать и транспортировать. Сухое вещество меньше теряет полезных свойств и его можно хранить в закрытом виде. Хотя в течение года такое удобрение вообще не портится, но дальше его нужно закрыть в мешок или емкость.

Жидкие формы необходимо сохранять в закрытых емкостях с плотно закручивающейся крышкой, чтобы не выветривался азот.

Основная проблема производителей биоудобрений – сбыт в зимнее время, когда растения находятся в состоянии покоя. На мировом рынке стоимость удобрений такого качества колеблется в пределах 130$ за тонну. Если наладить линию по расфасовке концентратов, то окупить свой реактор можно в течение двух лет.

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

Здравия, дорогие читатели! Я — создатель проекта «Удобрения.NET». Рад видеть каждого из вас на его страницах. Надеюсь, информация из статьи была полезна. Всегда открыт для общения — замечания, предложения, что ещё хотите видеть на сайте, и даже критику, можно написать мне ВКонтакте, Instagram или Facebook (круглые иконки ниже). Всем мира и счастья! 🙂

Вам также будет интересно почитать:

Плюсы и минусы по сравнению с другими видами топлива

Для того, чтобы сравнивать между собой различные виды топлива и тем более разные виды энергий, необходимо определить, какие именно параметры подлежат сравнению. При этом сравнивать стоимость некорректно, ведь нормальной цена биогаза станет только после периода окупаемости.

Сравнивать по теплотворной способности также некорректно, потому что далеко не всегда топливо с меньшей теплотворной способностью оказывается хуже более теплотворного.

К примеру, дрова обладают меньшей теплотворной способностью, чем солярка, но во многих случаях они оказываются более подходящим видом топлива.

Поэтому сравнивать разные виды топлива и энергии можно по таким параметрам, как:

  1. Пригодность для использования в автомобилях, электрогенераторах и системах отопления (в баллах, 1 балл – подходит для всех, 2 балла – для некоторых, 3 балла – для любого одного).
  2. Необходимость создавать специальные условия для хранения (1 балл – можно в любых условиях, 2 балла – нужны специальные емкости, 3 балла – помимо специальных емкостей необходимо дополнительное оборудование, 4 балла – хранение невозможно).
  3. Сложность переделки оборудования под другое топливо или энергию (1 балл – минимальные переделки, которые сможет сделать даже человек без опыта; 2 – переделки, доступные более-менее разбирающемуся в вопросе любителю и не требующие какого-то узкоспециализированного оборудования, 3 балла – необходима капитальная переделка).
  4. Негативное влияние на экологию (в баллах, 1 – наименьшее, 2 балла – среднее, 3 балла – максимальное);
  5. Является ли топливо или энергия возобновляемым (в баллах, 1 балл – полностью (к примеру, ветер или солнечный свет); 2 балла – условно, то есть в определенных условиях, или после каких-то действий, 3 балла – нет).
  6. Зависит ли от рельефа местности, времени года и погоды (в баллах, 1 балл – нет, 2 балла – частично, 3 балла – зависит от всего).
Название топлива или энергии Параметры для сравнения
Возможности использования Хранение Оборудование Влияние на экологию Возобновляемость Зависимость от внешних факторов
Биогаз очищенный (содержание метана 95-99%) 1 3 1–2 1 1 1
Пропан 1 2–3 1–2 2 3 1
Бензин 1 2 2 3 3 1
Мазут 3 2 3 3 3 1
Солярка 2 2 3 3 3 1
Дрова 3 1 3 2 1 2
Каменный уголь 3 1 3 2 3 2
Электричество 1 4 3 1 2 1
Энергия ветра 2 4 3 1–2 1 3
Энергия солнца 2 4 3 1 1 3
Энергия движения воды (реки) 2 4 3 1–2 1 3

Получение разрешения

Несмотря на то, что навоз относится к третьему классу опасности, то есть умеренно опасным отходам, для утилизации необходимо получать лицензию.

Но это относится лишь к тем случаям, когда биогаз или полученную из него электроэнергию собираются продавать.

Кроме того, лицензирование необходимо, если метантенк будет работать на покупном сырье. Если же полученный биогаз будет использован только для нужд того, кто его производит, то нет необходимости получать лицензию.

Кроме того, необходимо получить разрешение на строительство, а также согласовать проект со следующими ведомствами:

  • Ростехнадзором;
  • Пожарной Инспекцией;
  • СЭС;
  • Газовой службой.

Иногда владельцы мелких и не очень мелких подсобных хозяйств пренебрегают согласованиями и разрешениями, ведь они строят все на своей земле и никому не продают продукты переработки.

Такая позиция чревата серьезным штрафом, ведь биогазовые установки относят к опасным производствам, поэтому они должны быть внесены в государственный реестр опасных производственных объектов Ростехнадзора.

Кроме того, подобные объекты нужно застраховать на случай аварии, а перед запуском их должны проверить специалисты соответствующих ведомств.

Тем не менее, владельцы небольших домашних установок пренебрегают регистрацией, потому что стоимость разрешений сводит на нет все преимущества такого способа утилизации навоза.

Однако делают они это на свой страх и риск, потому что в случае любых чрезвычайных происшествий им придется не только заплатить штрафы за отсутствие сведений в реестре, но и отвечать за все последствия.

Форумы

Мы подготовили список интернет-форумов, где пользователи обсуждают различные вопросы, связанные с получением биогаза из навоза и необходимым для этого оборудованием:

  • Фермер RU;
  • Фермер BY;
  • Abok;
  • ИМХО Дом;
  • Технический форум на ykt.ru;
  • Агрофорум;
  • Веселое подворье;
  • Бизнес форум Выгодное Дело;
  • РМНТ.

Видео по теме

На видео показаны все этапы процесса переработки навоза в биогаз:

Рубрики: Статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *