Фермерские хозяйства раз в год сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть метод, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.
Заботливые хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать итог в качестве топлива.
Поэтому в нашем материале речь пойдет о технологии получения биогаза, также мы поведаем о том, как соорудить биоэнергетическую установку.
Плюсы использования биотехнологий
Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в данной области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе 1-ая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.
Биотехнологии давно используются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планетке и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.
Разработка переработки навоза в биогаз позволяет уменьшить количество вредных выбросов метана в атмосферу и получить дополнительный первоисточник тепловой энергии
Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две скотины, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с наибольшим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.
Чтобы навоз перевоплотился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие крестьяне складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.
В зависимости от объема сырья, образующегося в сутки, следует подбирать габариты установки и степень ее автоматизации
При несоблюдении критерий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его высококачественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планетки.
Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и вынудить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки Переработка (лат. specificatio) — основание приобретения права собственности на вещь навоза появляется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собою очень ценное анаэробное удобрение вещества для питания растений и повышения плодородия почв.
Механизм образования газа из органического сырья
Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-нибудь запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду горючего – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько выходит при сгорании полутора килограмм угля.
Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые энергично трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы всех растений.
В самостоятельном производстве биогаза может использоваться птичий помет и продукты жизнедеятельности маленького и крупного домашнего скота. Сырье может применяться в чистом виде и в форме может означать: Форма предмета — взаимное расположение границ (контуров) предмета, объекта, а также взаимное расположение точек линии смеси с включением травки, листвы, старой бумаги
Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности микробов. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород.
Фактически, это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически незапятнанное топливо и ценные удобрения.
Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс брожения навоза и разложения его на составляющие:
- метан (до 70%);
- углекислый газ (приблизительно 30%);
- другие газообразные вещества (1-2%).
Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем откачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе органическое удобрение, состоящее из экскрементов сельскохозяйственных животных – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микробов.
Реактор для получения биогаза должен иметь полностью герметичную конструкцию, в которой отсутствует кислород, в неприятном случае процесс разложения навоза будет проходить крайне медленно
Второе важное условие для действенного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов.
При этом в навозе содержится два вида бактерий:
- мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
- термофильные. Для их размножения нужно соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.
Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава консистенции и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива. При использовании установок второго типа время выработки конечного товара сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.
Эффективность термофильных установок видна невооруженным глазом, но и цена их обслуживания очень высока, поэтому прежде чем выбрать тот или иной способ получения биогаза, нужно очень тщательно все просчитать
Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они еще реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами.
Обслуживание и содержание установок мезофильного типа гораздо дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.
Биогаз газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы по критериям энергетического потенциала немногим уступает обычному газовому топливу. Однако в его составе есть сернокислые испарения, наличие которых следует учитывать при выборе материалов для сооружения установки
Расчеты эффективности применения биогаза
Оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива посодействуют несложные расчеты. Одна корова весом 500 кг производит в сутки примерно 35-40 кг навоза. Этого кол-ва хватит для получения около 1.5 м3 биогаза, из которого в свою очередь можно выработать 3 кВт/ч электроэнергии.
Используя данные из таблицы, несложно рассчитать, сколько м3 биогаза можно получить на выходе в соответствии с имеющимся в фермерском хозяйстве поголовьем скота
Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и консистенции из нескольких компонентов, имеющих влажность 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонние химические примеси, негативно влияющие на процесс переработки.
Самый простой рецепт смеси придумал еще в 2000 году один российский мужик из Липецкой области, который построил своими руками простейшую установку для получения биогаза. Он соединял 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавлял воду коммуна во Франции, находится в регионе Шампань — Арденны (примерно 65% от веса всех ингредиентов) и разогревал смесь до 35 градусов.
Буквально через две недели бесплатное топливо готово. Эта небольшая установка вырабатывала 40 м3 газа в день, что полностью хватало для обогрева дома и хозпостроек в течение полугода.
Варианты установок для получения биотоплива
После проведения расчетов нужно определиться, как изготовить установку, чтобы получить биогаз в соответствии с потребностями своего хозяйства. Если поголовье скота маленькое, то подойдет простейший вариант, который нетрудно изготовить из подручных средств своими руками.
Большим фермерским хозяйствам совокупность средств производства, используемых владельцем (или обществом) для обеспечения своих потребностей, у которых есть постоянный источник большого количества сырья, целесообразно выстроить промышленную автоматизированную биогазовую систему. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения профессионалов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.
На схеме наглядно показано, как работает промышленный автоматизированный спецкомплекс по получению биогаза. Строительство создание (возведение) зданий, строений и сооружений таких масштабов можно организовать сразу нескольким фермерским хозяйствам, размещенным поблизости
Сегодня существуют десятки компаний, которые могут предложить множество вариантов: от готовых решений, до разработки личного проекта. Для удешевления строительства можно скооперироваться с соседними хозяйствами (если такие имеются вблизи) и построить одну на всех установку для получения биогаза.
Следует учесть, что для постройки даже маленькой установки необходимо оформить соответствующие документы, сделать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается в помещении), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.
Мини-завод по производству газа на покрытие нужд маленького частного хозяйства можно сделать собственноручно, ориентируясь на конструкцию составление, построение и специфику устройства установок, выпускаемых в промышленном масштабе.
Конструкции установок для переработки навоза и растительной органики в биогаз не отличаются сложностью. Выпущенный индустрией оригинал вполне подойдет в качестве Качество — философская категория шаблона для сооружения собственного мини-завода
Самостоятельным мастерам, решившим заняться сооружением своей установки, надо запастись емкостью для воды, водопроводными или канализационными пластиковыми трубами, угловыми отводами, уплотнителями и баллоном для хранения приобретенного в установке газа или газообразное состояние.
Характерности биогазовой системы
Полноценная биогазовая установка представляет собой сложную систему, состоящую из:
- Биореактора, где протекает процесс разложения навоза;
- Автоматизированной системы подачи органических отходов;
- Устройства для смешивания биомассы;
- Оборудования для поддержания оптимального температурного режима;
- Газгольдера – емкости для хранения газа;
- Приемника отработанных жестких отходов.
Все вышеперечисленные элементы устанавливаются в промышленные установки, работающие в автоматическом режиме. Бытовые реакторы, как правило, имеют более облегченную конструкцию.
На схеме представлены основные составляющие автоматизированной биогазовой системы. Объем реактора зависит от дневного поступления органического сырья. Для полноценного функционирования установки реактор должен быть заполнен на две трети объема
Принцип работы установки
Главным элементом системы является биореактор. Существует несколько вариантов его исполнения, главное – обеспечить плотность конструкции и исключить попадание кислорода. Он может быть выполнен в виде металлической емкости различной формы (почаще цилиндрической), расположенной на поверхности. Нередко для этих целей используются 50-ти кубовые пустые топливные цистерны.
Можно приобрести готовые емкости разборной конструкции. Их преимущество – вероятность быстрой разборки, и при необходимости – перевозки в другое место. Промышленные поверхностные установки целесообразно использовать в крупных хозяйствах, где есть постоянный приток большого количества органического сырья.
Для небольших подворий больше подходит альтернат подземного размещения резервуара. Поземный бункер строится из кирпича или бетона. Можно закопать в землю готовые емкости, к примеру, бочки из металла, нержавеющей стали или ПВХ. Возможно также их поверхностное размещение на улице или в специально отведенном помещении с неплохой вентиляцией.
Для изготовления установки по производству биогаза можно приобрести готовые емкости из ПВХ и установить их в помещении, оборудованном системой множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определённую целостность, единство вентиляции
Независимо от того, где и как располагается реактор, он снабжается бункером для загрузки навоза. Прежде чем загрузить сырье, оно должно пройти подготовительную подготовку: его измельчают на фракции не больше 0,7 мм и разбавляют водой. В идеале влажность субстрата должна быть около 90%.
Автоматизированные установки промышленного типа оснащаются системой подачи сырья или сырой материал — предмет труда, претерпевший незначительное воздействие человека и предназначенный для дальнейшей обработки, включающей приемник, в котором смесь Смесь — в химии, продукт смешения, механического соединения каких-либо веществ, характеризующийся содержанием примесей выше определенного предела доводится до нужного увлажнения, трубопровод для подачи воды и насосную установку для перекачки массы в биореактор.
В домашних установках для подготовки субстрата употребляются отдельные емкости, где отходы измельчаются и перемешиваются с водой. Затем масса загружается в приемный отсек. В реакторах, расположенных под землей, бункер для приема субстрата выводится наружу, приготовленная смесь самотеком по трубопроводу поступает в камеру для брожения.
Если реактор размещен на земле или в помещении, входная труба с приемным устройством могут размещаться в нижней боковой части емкости. Возможно также трубу вывести в верхнюю часть, а на ее горловину надеть раструб. В этом случае биомассу придется подавать при помощи насоса.
В биореакторе прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза также нужно предусмотреть выходное отверстие, которое делают практически на дне емкости с противоположной стороны от входного бункера. При подземном размещении выходная труба устанавливается косо ввысь и ведет в приемник для отходов, по форме напоминающий ящик прямоугольной формы. Его верхний край должен находиться ниже уровня входного отверстия.
Входная и выходные трубы размещаются косо вверх на разных сторонах емкости, при этом компенсирующая емкость, в которую поступают отходы, должна быть ниже приемного бункера
Процесс протекает последующим образом: входной бункер принимает новую партию субстрата, которая стекает в реактор, сразу такое же количество отработанной массы по трубе поднимается в приемник для отходов, откуда он в дальнейшем вычерпывается и употребляется в качестве высококачественного биоудобрения.
Хранение биогаза осуществляется в газгольдере. Чаще всего он находится прямо на крыше реактора и имеет форму купола или конуса. Он делается из кровельного железа, а затем, чтобы предотвратить коррозийные процессы, окрашивается несколькими слоями масляной краски.
В промышленных установках, рассчитанных на получение грандиозного количества газа, газгольдер нередко выполняется в виде отдельно стоящего резервуара, соединенного с реактором трубопроводом.
Газ, приобретенный в результате брожения, не подходит для использования, поскольку в нем содержится большое количество водяных паров, и в таком виде он не будет пылать. Чтобы очистить его от фракций воды, газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера выводится труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а уже оттуда он по пластмассовой или металлической трубе подается потребителям.
Схема установки, расположенной под землей. Входное и выходное отверстия многозначный термин, применяемый во многих областях знаний и обозначающий внутреннюю сквозную пустоту либо прерывность поверхности, либо нарушение сплошности поверхности обязаны располагаться на противоположных сторонах емкости. Над реактором находится водяной затвор, через который для осушения пропускается приобретенный газ
В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и равномерно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее кол-во конечного продукта.
Условия категория философии, обозначающая отношение предмета к окружающей действительности, явлениям объективной реальности, а также относительно себя и своего внутреннего мира эффективной работы биореактора
Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза нужно равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней появляется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.
Чтобы обеспечить интенсивное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида ВИД: В прямом смысле: То, что доступно взгляду смешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.
При вертикальном расположении реактора ручка мешалки выводится в верхнюю часть установки. Если емкость установлена горизонтально, шнек также размещается в горизонтальной плоскости, и ручка находится сбоку биореактора
Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе нужного температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы обогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе нужного температурного режима.
Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электро отопительными приборами или встроить в основание емкости нагревательный элемент.
Чтобы уменьшить потери тепла, рекомендуется вокруг реактора сконструировать небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол и остальные его разновидности.
Чтобы обустроить систему обогрева биомассы, можно провести трубопровод от домового отопления, которое питается от реактора
Определение требующегося объема
Объем реактора определяется исходя из дневного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка всеполноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов продолжается от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Так как перед отправкой в реактор отходы многозначное слово: Отход — термин военного дела в России, вид манёвра разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также надо учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному кол-ву подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения разрушение, распад сложного объекта на составляющие: В химии — реакции разложения В биологии, биохимии — разложение отмерших животных и растительных остатков под действием бактерий и грибов, см. «Биодеградация» Разложение человеческого тела изучает также судебная медицина, см. «Посмертные изменения»Разложение — разделение, представление сложного объекта в виде совокупности более простых составляющих: В оптике — разложение света, дисперсия В математике: Разложение целого числа на простые биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземного сооружения
Сейчас поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Разглядим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.
С обратных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.
Выходная труба поперечником примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата размещается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть Часть — собственное подмножество; доля чего-либо трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор устройство, действующее на основе различных типов реакций (физических, химических, биологических и т. п.) Виды реакторов: Биореактор — прибор, осуществляющий перемешивание культуральной среды в процессе микробиологического синтеза должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить вероятность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхняя часть бункера хорошо укреплённое защитное или оборонительное сооружение, чаще всего подземное – газгольдер резервуар для хранения газообразных веществ, таких, например, как природный газ, биогаз, сжиженный нефтяной газ, воздух и т. д. Существуют газгольдеры переменного и постоянного объёма, имеющий купольную или конусную форму. Он делается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая потом оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую буквально через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.
Для перемешивания субстрата многозначный термин: Субстрат (философия) — в широком смысле, основа всего существующего; при этом часто отождествляется с материей, субстанцией можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого снутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них огромное количество категория, выражающая внешнее, формальное взаимоотношение предметов или их частей, а также свойств, связей: их величину, число, степень проявления того или иного свойства отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут размешивать находящуюся в емкости биомассу.
Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно приобрести готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превосходит 3 м3.
Выводы и полезное видео по теме
Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если поглядите видео:
Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в видеосюжете:
Как происходит загрузка Загрузка файлов — скачивание (англ навоза в подземную установку показано в последующем ролике:
Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический спец материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все кропотливо просчитать и подготовить.
Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство большое, то лучше всего купить готовую установку Установка (психология) — психологический термин или обратиться к специалистам.
