Вопросами, как сократить расходы на отопление жилища, приготовление пищи и электроснабжение, озабочены многие владельцы домохозяйств. Некоторые из них уже соорудили своими руками биогазовые установки и частично или полностью обособились от поставщиков энергоресурсов. Оказывается, получить почти дармовое топливо в условиях частного домохозяйства не представляет большой сложности.
Что такое биогаз и как его можно использовать?
Владельцам приусадебных хозяйств известно: сложив в кучу любое растительное сырье, птичий помет и навоз, через время можно получить ценное органическое удобрение. Но немногие из них знают, что биомасса разлагается не сама по себе, а под воздействием различных бактерий.
Перерабатывая биологический субстрат, эти крошечные микроорганизмы выделяют продукты жизнедеятельности, в том числе – газовую смесь. Большую часть ее (около 70%) составляет метан – тот самый газ, что горит в горелках бытовых плит и обогревательных котлов.
Идея использовать такое экотопливо для различных хозяйственных нужд не нова. Устройства по его добыче использовали еще в древнем Китае. Возможностью использовать биогаз занимались и советские новаторы в 60-х годах прошлого столетия. Но настоящее возрождение технология пережила в начале двухтысячных. На данный момент биогазовые установки активно используют в Европе и США для отопления домов и прочих нужд.
Как работает биогазовая установка?
Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:
- в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
- содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
- скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.
Схема биогазовой установки.
Какое сырье подходит для биореактора?
Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).
Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.
Использование биосырья для отопления дома.
Что нельзя использовать в биогазовой установке?
Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:
- антибиотиков;
- плесени;
- синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
- смол (в том числе опилки хвойных деревьев).
Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим. Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.
Биогазовая установка для дома
Сегодня промышленность уже выпускает установки для получения биогаза в промышленных масштабах. Их приобретение и монтаж обходится дорого, окупается такое оборудование в частных домохозяйствах не раньше, чем через 7-10 лет при условии, что для переработки будут использоваться большие объемы органики. Опыт показывает, что при желании небольшую биогазовую установку для частного дома мастеровитый хозяин может соорудить своими руками, причем из самых доступных материалов.
Готовим перерабатывающий бункер
В первую очередь понадобится герметично закрывающаяся емкость цилиндрической формы. Можно, конечно, использовать большие кастрюли или выварки, но их малый объем не позволить добиться достаточной выработки газа. Поэтому в этих целях используют чаще всего пластиковые бочки объемом от 1 м³ до 10 м³.
Изготовить такую можно самостоятельно. В продаже имеются листы из ПВХ, при достаточной прочности и стойкости к агрессивным средам они легко свариваются в конструкции нужной конфигурации. В качестве бункера можно использовать и металлическую бочку достаточного объема. Правда, придется провести антикоррозийные мероприятия – покрыть ее изнутри и снаружи устойчивой к воздействию влаги краской. Если резервуар сделан из нержавейки, этого делать не нужно.
Система отвода газа
Патрубок для отвода газа монтируют в верхней части бочки (как правило, в крышке) – именно там он скапливается, согласно законам физики. По подключенной трубе биогаз подается на гидрозатвор, далее – на накопитель (как вариант – с помощью компрессора в баллон) и к бытовым приборам. Рядом с газоотводом рекомендуется также вмонтировать спусковой клапан – если давление внутри резервуара станет слишком высоким, он выпустит лишний газ.
Система подачи и выгрузки сырья
Чтобы обеспечить непрерывное производство газовой смеси, бактерий в субстрате нужно постоянно (ежедневно) «подкармливать», то есть добавлять свежий навоз или другую органику. В свою очередь, уже переработанное сырье из бункера необходимо удалять, чтобы оно не занимало полезное место в биореакторе.
Для этого в бочке проделываются два отверстия – одно (для выгрузки) практически около дна, другое (для загрузки) повыше. В них ввариваются (впаиваются, вклеиваются) трубы диаметром не менее 300 мм. Загрузочный трубопровод направляют вверх и оборудуют воронкой, а слив обустраивают так, чтобы удобно было собирать переработанную жижу (ее впоследствии можно использовать как удобрение). Места стыков герметизируют.
Система подогрева
Теплоизоляция бункера.
Если биореактор будет установлен на улице или в неотапливаемом помещении (что необходимо по технике безопасности), то ему необходимо обеспечить теплоизоляцию и подогрев субстрата. Первое условие достигается путем «укутывания» бочки любым утепляющим материалом или углублением в землю.
Что же касается подогрева, то здесь можно рассматривать самые разные варианты. Одни умельцы заводят внутрь трубы, по которым циркулирует вода из отопительной системы и монтируют их вдоль стенок бочки в виде змеевика. Другие помещают реактор в больший по объему резервуар с водой внутри, подогреваемой электротенами. Первый вариант удобнее и гораздо экономичнее.
Для оптимизации работы реактора необходимо поддерживать температуру его содержимого на определенном уровне (не менее 38⁰C). Но если она поднимется выше 55⁰C, то газообразующие бактерии просто-напросто «сварятся», и процесс ферментации остановится.
Система перемешивания
Как показывает практика, в конструкциях ручная мешалка любой конфигурации значительно повышает эффективность биореактора. Ось, к которой приварены (прикручены) лопасти «миксера», выводится через крышку бочки. На нее в дальнейшем надевается ручка-ворот, отверстие тщательно герметизируется. Впрочем, такими приспособлениями домашние мастера обустраивают ферментаторы не всегда.
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.
На сколько хватает полученного биогаза?
В условиях небольшого хозяйства биогазовая установка не станет абсолютной альтернативой природному газу и прочим доступным источникам энергии. Например, с помощью устройства емкостью 1 м³ можно получить топлива только на пару часов приготовления пищи для небольшой семьи.
А вот биореактором в 5 м³ уже можно отопить помещение площадью 50 м², но его работу нужно будет поддерживать ежедневной загрузкой сырья массой не менее 300 кг. Для этого необходимо иметь в хозяйстве примерно десять свиней, пять коров и пару десятков кур.
Мастера, у которых получилось самостоятельно смастерить действующие биогазовые установки, делятся видео с мастер-классами на просторах интернета:
Создать биогаз самостоятельно может каждый. Для этого не требуется особых знаний и специальных умений в области возобновляемых источников энергии. Если каждый человек будет думать об окружающем мире, ситуация с экологией на Земле значительно улучшится.
Газ из навоза – это реальность. Его действительно можно получить из навоза, который так или иначе удобряет землю. Но можно пустить его в оборот и получить самый настоящий газ.
Чтобы получить газ из навоза своими руками в домашних условиях применяется биогазовая установка фермерского хозяйства. Добывать природный газ, используя метантенк, можно прямо на ферме. Так добывают многие фермеры. Для этого не надо приобретать особое топливо. Достаточно природного сырья.
В биореактор должно входить от 1 до 8-10 м.куб. отходов частного производства, куриного помета. Производство и переработка сырья на устройстве с таким объёмом будет способна переработать более 50 кг навоза. Чтобы сделать биогазовую установку, следует найти чертежи, по которым делают оборудование, а также нужна схема.
Работа установки осуществляется в несколько этапов:
Самодельная установка позволит получить газ из навоза за считаное время. Её можно собрать самостоятельно, имея схемы и чертежи. Для теплогенератора можно выбирать котлы для нагрева воды. Для сбора газа на участке нужен газгольдер. Он осуществляет сбор и хранение газа.
Помните, что время от времени должна осуществляться очистка примесей и мусора в резервуаре.
Получить газ из навоза можно с помощью биогазовой установки. Её можно сконструировать своими руками. Определите объём перерабатываемого сырья, выберете подходящую ёмкость, в которой будет перерабатываться и перемешиваться сырьё – так и происходит добыча газа, насыщенного метаном в биотопливе.
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:
- Получение биогаза без дорого оборудования;
- Использование своей ;
- Природное и бесплатное сырье в виде навоза или растений;
- 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.
Зачем нужна биогазовая установка для фермерского хозяйства
Некоторые фермеры, дачники, хозяева частных домов, не видят необходимости делать биогазовую установку. На первый взгляд так и есть. Но потом, когда хозяева видят все выгоды, вопрос о необходимости такой установки отпадает.
Первая явная причина сделать биогазовую установку на ферме – это получение электроэнергии, отопления, что позволит меньше платить за электричество.
Использование своей энергии обходится дешевле, чем оплата за её поставку на ферму.
Другая главная причина необходимости создания установки – это организация законченного цикла безотходного производства. В качестве сырья для устройства мы используем навоз или помет. После переработки мы получаем новый газ.
Третья причина в пользу биогазовой установки – это эффективная переработки и влияние на экологию.
3 преимущества биогазовой установки:
- Получение энергии для поддержания работы семейной фермы;
- Организация законченного цикла;
- Эффективное использование сырья.
Наличие установки на ферме – это показатель вашей эффективности и заботы об окружающем мире. Биогенераторы экономят огромное количество денег, осуществляя безотходное производство, эффективное распределение ресурсов и сырья, но также вашу полную самообеспеченность.
Тепловой насос легко собрать своими руками из старого домашнего оборудования. Весь процесс описан в следующей статье:
Вопрос для эффективного хозяйства: как получить метан правильно
Метан – это основной компонент биогаза. Сам биогаз представляет собой смесь различных газов. Среди них метан самый главный.
Выделим факторы, которые влияют на получение метана:
- Окружающая среда;
- Качественное сырьё;
- Частота перемешивания сырья в резервуаре установки.
Перемешивать сырье в ёмкости следует вилами и минимум один раз в день, идеально – шесть раз.
Получение метана напрямую связано с получением биогаза. Чем лучше вы будете относиться к процессу получения биогаза, тем качественнее вы получите на выходе биогаз. Для этого надо использовать только качественное сырьё, следить за местом, где стоит установка, и перемешивать содержимое резервуара. Тогда вы получите метан правильно.
Биогазовая установка своими руками (видео)
Сторонников сохранения окружающей среды в её первозданном виде становится больше. Без выбросов и загрязнения окружающей среды. Установки для получения биогаза решают эту проблему. К тому же, лично хозяин биогазовой установки получает прямую денежную выгоду от её использования.
Приводились теоретические основы производства газа метана из биомассы путем анаэробного сбраживания.
Была объяснена роль бактерий в поэтапном преобразовании органических веществ с описанием необходимых условий для наиболее интенсивного получения биогаза. В данной статье будут приведены практические реализации биогазовых установок, с описанием некоторых самодельных конструкций.
Поскольку цены на энергоносители растут, и у многих собственников животноводческих ферм и малых хозяйств существуют проблемы с утилизацией отходов, появились в продаже промышленные комплексы по производству биогаза и небольшие биогазовые установки для частного дома. Пользуясь поисковиками, пользователь сети Интернет сможет легко найти доступное готовое решение, чтобы биогазовая установка и цена на нее соответствовали запросам, выйти на связь с поставщиками оборудования и договориться о постройке биогазового генератора у себя дома или на хозяйстве.
Промышленный комплекс по производству биогаза
Биореактор – основа биогазовой установки
Емкость, в которой происходит анаэробное разложение биомассы, называют биореактором , ферментатором, или метантанком. Биореакторы бывают полностью герметичными, с фиксированным или плавающим куполом, имеющие конструкцию водолазного колокола. Колокольные психрофильные (не требующие подогрева) биореакторы имеют вид открытого резервуара с жидкой биомассой, в которую погружена емкость в виде цилиндра или колокола, где собирается биогаз.
Собравшийся биогаз оказывает давление на цилиндр, из-за чего тот приподнимается над резервуаром. Таким образом, колокол также выполняет функцию газгольдера – временного хранилища образовавшегося газа.
Биореактор с плавающим куполом
Недостатком колокольной конструкции биогазового реактора является невозможность перемешивания субстрата и его подогрева в холодные периоды года. Также негативным фактором является сильный запах, и антисанитария из-за открытой поверхности части субстрата.
К тому же, часть образовавшегося газа улетучится в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Поэтому данные биореакторы используются лишь в кустарных биогазовых установках в бедных странах с жарким климатом.
Еще один пример биореактора с плавающим куполом
Ради предотвращения загрязнения окружающей среды и исключения неприятного запаха реакторы биогазовых установок для дома и больших производств имеют конструкцию с фиксированным куполом. Форма конструкции в процессе газообразования большого значения не имеет, но при использовании цилиндра с крышей в виде купола достигается значительная экономия строительных материалов. Биореакторы с фиксированным куполом снабжаются патрубками для добавления новых порций биомассы и отбора отработанного субстрата.
Разновидность биореактора с фиксированным куполом
Основные типы биогазовых установок
Поскольку наиболее приемлемой является конструкция с фиксированным куполом, то большинство готовых решений биореакторов имеют данный тип. В зависимости от способа загрузки биореакторы имеют различную конструкцию и подразделяются на:
- Порционные, с разовой загрузкой всей биомассы, и с последующей полной выгрузкой после отработки сырья. Основным недостатком данного типа биореакторов является неравномерность выделения газа в течение переработки субстрата;
- непрерывной загрузкой и выгрузкой сырья, благодаря чему достигается равномерное выделение биогаза. Благодаря конструкции биореактора во время загрузки и выгрузки не прекращается производство биогаза и не происходит утечек, так как патрубки, по которым осуществляется добавление и удаление биомассы, выполнены в виде гидрозатвора, предотвращающего вытекание газа.
Пример порционного биореактора
Порционные биогазовые реакторы могут иметь любую конструкцию, предотвращающую утечку газа. Так, например, в свое время в Австралии были популярны канальные метантанки с эластичным надувающимся сводом, где небольшое избыточное давление внутри биореактора надувало пузырь из прочного полипропилена. При достижении определенного уровня давления внутри биореактора, включался компрессор, откачивающий выработанный биогаз.
Канальные биореакторы с эластичным газгольдером
Тип брожения в данной биогазовой установке может быть мезофильным (со слабым подогревом). Из-за большой площади раздувающегося купола, канальные биореакторы могут устанавливаться только в отапливаемых помещениях, или в регионах с жарким климатом. Достоинством конструкции является отсутствие необходимости в промежуточном ресивере, но большим недостатком является уязвимость эластичного купола к механическим повреждениям.
Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером
В последнее время набирают популярности порционные биореакторы с сухой ферментацией навоза без добавления воды в субстрат. Поскольку в навозе имеется своя влажность, ее будет достаточно для жизнедеятельности организмов, хотя интенсивность реакций уменьшится.
Биореакторы сухого типа имеют вид герметичного гаража с плотно закрывающимися дверьми. Биомасса загружается в реактор при помощи фронтального погрузчика и остается в таком состоянии до завершения полного цикла газообразования (примерно полгода), при этом не требуется добавления субстрата и его перемешивания.
Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь
Биогазовая установка своими руками
Следует заметить, что у большинства биореакторов, как правило, герметичной является только зона газообразования, а жидкая биомасса на входе и выходе пребывает под атмосферным давлением. Избыточное давление внутри биореактора вытесняет часть жидкого субстрата в патрубки, из-за чего уровень биомассы в них несколько выше, чем внутри емкости.
Красными линиями на схеме указана разница уровней в биореакторе и патрубках
Данные конструкции самодельных биореакторов являются популярными среди народных мастеров, которые самостоятельно изготавливают биогазовые установки своими руками для дома, допускающие многоразовую ручную загрузку и выгрузку субстрата. При изготовлении биореакторов своими руками многие мастера ставят эксперименты с полностью герметичными емкостями, применяя в качестве газгольдера несколько резиновых камер от шин колес крупной автотехники.
Рисунок газгольдера, сделанного из тракторных камер
На видео ниже энтузиаст самодельного производства биогаза на примере бочек, заполненных птичьим пометом, доказывает возможность реального получения горючего газа в домашних условиях, перерабатывая в полезное удобрение отходы из птичника. Единственное, что можно добавить к конструкции, описанной в данном видеоролике, так это то, что нужно поставить манометр и предохранительный клапан на самодельный биореактор.
Расчеты продуктивности биореактора
Количество биогаза определяется массой и качеством используемого сырья. В сети интернет можно найти таблицы, где указано количество отходов, производимых различными животными, но хозяевам, которым приходится каждый день убирать навоз, данная теория ни к чему, так как они благодаря собственной практике знают количество и массу будущего субстрата. Исходя из наличия возобновляемых каждый день запасов сырья, можно рассчитать требуемый объем биореактора и ежедневное производство биогаза .
Таблица получения количества навоза от некоторых животным с приблизительным расчетом выхода биогаза
После произведенных расчетов и утвержденной конструкции биореактора можно приступить к его постройке. Материалом может служить железобетонная емкость, залитая в земле, или кирпичная кладка, герметизированная специальным покрытием, которым обрабатывают бассейны.
Также возможна постройка основной емкости домашней биогазовой установки из железа, покрытого антикоррозионным материалом. Малые промышленные биореакторы часто делают из химически стойких пластиковых резервуаров большого объема.
Строительство биореактора из кирпичной кладки
В промышленных биогазовых установках применяются электронные системы контроля и различные реактивы для коррекции химического состава субстрата и его уровня кислотности, а также добавляются в биомассу специальные вещества – энзимы и витамины, стимулирующие размножение и жизнедеятельность микроорганизмов внутри биореактора. В процессе развития микробиологии создаются все более устойчивые и эффективные штаммы бактерий метаногенов, которые можно приобрести у занимающихся производством биогаза фирм.
Из графика видно, что с применением энзимов максимальный выход биогаза наступает в два раза быстрее
Необходимость в откачивании и очистке биогаза
Постоянная выработка газа в биореакторе любой конструкции приводит к необходимости откачивания биогаза. Некоторые примитивные биогазовые установки могут сжигать полученный газ прямо в горелке, установленной неподалеку, но нестабильность избыточного давления в биореакторе может привести к исчезновению пламени с последующим выбросом ядовитого газа . Применение такой примитивной биогазовой установки, подключенной к плите категорически недопустимо из-за возможности отравления ядовитыми компонентами неочищенного биогаза.
Пламя горелки при горении биогаза должно быть чистым, ровным и стабильным
Поэтому практически любая схема биогазовой установки включает в себя емкости для хранения газа и систему его очистки. В качестве самодельного комплекса очистки можно применить водяной фильтр, и самодельную емкость, наполненную металлической стружкой, или приобрести профессиональные системы фильтрации. Емкость для временного хранения биогаза может быть выполнена из камер от автошин, из которых газ время от времени откачивается компрессором в стандартные пропановые баллоны для хранения и последующего употребления.
В некоторых африканских странах для хранения и транспортировки биогаза используют надувные газгольдеры в виде подушки
Как альтернативу обязательному применению газгольдера можно воспринимать усовершенствованный биореактор с плавающим куполом. Усовершенствование состоит в добавлении концентрической перегородки, которая образует водяной карман, действующий наподобие гидрозатвора и не допускающий соприкосновения биомассы с воздухом. Давление внутри плавающего купола будет зависеть от его веса. Пропуская газ через систему очистки и редуктор, его можно использовать в бытовой плите, периодически стравливая из биореактора.
Биореактор с плавающим куполом и водяным карманом
Измельчение и перемешивание субстрата в биореакторе
Перемешивание биомассы является важной составляющей процесса образования биогаза, обеспечивая бактериям доступ к питательным веществам, которые могут сбиться в ком на дне биореактора. Чтобы частицы биомассы лучше перемешивались в биореакторе, их нужно измельчить механическим или ручным способом до загрузки в метантанк. В настоящий момент в промышленных и самодельных биогазовых установках применяются три способа перемешивания субстрата:
- механические мешалки, приводимые в действие электродвигателем или вручную;
- циркуляционное перемешивание при помощи насоса или гребного винта, перекачивающего субстрат внутри биореактора;
- барботажное перемешивание при помощи продувки уже имеющимся биогазом жидкой биомассы. Недостатком данного способа является образование пены на поверхности субстрата.
Стрелкой указан перемешивающий циркуляционный винт в самодельном биореакторе
Механическое перемешивание субстрата внутри биореактора может осуществляться вручную, или автоматически, путем включения электродвигателя при помощи электронного таймера. Водоструйное или барботажное перемешивание биомассы может осуществляться только при помощи электродвигателей, управляемых вручную или при помощи программного алгоритма.
В данном биореакторе установлено механическое перемешивающее устройство
Подогрев субстрата в мезофильных и термофильных биогазовых установках
Оптимальной для газообразования является температура субстрата в пределах 35-50ºC. Для поддержания данной температуры в биореактор могут устанавливаться различные системы обогрева – водяные, паровые, электрические. Контроль температуры должен производиться при помощи термореле или термопар, подключенных к исполнительному механизму, регулирующему отопление биореактора.
Также нужно помнить, что открытое пламя будет перегревать стенки биореактора, и внутри его биомасса будет пригорать. Пригоревший субстрат понизит теплоотдачу и качество подогрева, а раскаленная стенка биореактора будет быстро разрушаться. Одним из лучших вариантов является водяной подогрев из обратной трубы системы отопления дома. Нужно установить систему электрических вентилей для возможности отключения подогрева биореактора или подключения обогрева субстрата напрямую от котла, если будет слишком холодно.
Электрическая и водяная система обогрева биореактора
Подогрев субстрата в биореакторе при помощи ТЭНов будет выгоден лишь в случае наличия альтернативного электричества, получаемого от ветрогенератора или солнечных батарей. В данном случае ТЭНы могут быть подключены напрямую к генератору или батарее, что исключит из схемы дорогие преобразователи напряжения. Чтобы снизить потери тепла и уменьшить расходы на подогрев субстрата в биореакторе нужно его максимально утеплить с помощью различных утеплителей.
Утепление биореактора термоизоляционным материалом
Практические опыты, неизбежные при постройке биогазовых установок своими руками
Сколько бы литературы не прочитал начинающий энтузиаст самостоятельного производства биогаза, и сколько бы видеороликов не пересмотрел, на практике многое придется познавать самому, и результаты, как правило, будут далеки от расчетных.
Поэтому, многие начинающие мастера идут по пути самостоятельных экспериментов по получению биогаза, начиная с малых емкостей, определяя, сколько газа из имеющегося сырья дает его небольшая экспериментальная биогазовая установка. Цены на комплектующие, выход метана и будущие расходы на постройку полноценной рабочей биогазовой установки будут определять ее рентабельность и целесообразность.
В приведенном выше видеоролике мастер демонстрирует возможности своей биогазовой установки, засекая, сколько биогаза получится за одни сутки. В его случае, при закачке в ресивер компрессора восьми атмосфер, объем получившегося газа после перерасчетов с учетом объема емкости 24л будет около 0,2 м².
Данный объем биогаза, полученный из двухсотлитровой бочки, не является значительным, но, как показано в следующем видео этого мастера, такого количества газа хватит на час горения одной конфорки плиты (15 мин умножить на четыре атмосферы баллона, который в два раза больше ресивера).
В другом видеоролике ниже мастер рассказывает о получении биогаза и биологически чистых удобрений путем переработки в биогазовой установке органических отходов. Нужно иметь в виду, что ценность экологических удобрений может превысить стоимость полученного газа, и тогда биогаз станет полезным побочным продутом процесса изготовления качественных удобрений. Еще одним полезным свойством органического сырья является возможность его хранения некоторый период для использования в нужное время.
Постоянное повышение стоимости традиционных энергоносителей подталкивает домашних мастеров на создание самодельного оборудования, позволяющего получать из отходов биогаз своими руками. При таком подходе к ведению хозяйства удается не только получить дешевую энергию для отопления дома и других нужд, но и наладить процесс утилизации органических отходов и получения бесплатных удобрений для последующего внесения в почву.
Излишки произведенного биогаза, как и удобрений, можно реализовать по рыночной стоимости заинтересованным потребителям, превратив в деньги то, что буквально «валяется под ногами». Крупные фермеры могут позволить себе купить готовые станции по выработке биогаза, собранные в заводских условиях. Стоимость такого оборудования довольно высока. Однако и отдача от его эксплуатации соответствует сделанным вложениям. Менее мощные установки, работающие по тому же принципу, можно собрать своими силами из доступных материалов и деталей.
Что такое биогаз и как он образуется
В результате переработки биомассы получается биогаз
Биогаз относят к экологически чистым видам топлива. По своим характеристикам биогах во многом сходится с природным газом, добываемым в промышленных масштабах. Представить технологию получения биогаза можно следующим образом:
- в специальной емкости, называемой биореактором, происходит процесс переработки биомассы с участием анаэробных бактерий в условиях безвоздушного брожения в течение определенного периода, длительность которого зависит от объема загруженного сырья;
- в результате происходит выделение смеси газов, состоящей на 60 % из метана, на 35 % - из углекислого газа, на 5 % - из других газообразных веществ, среди которых есть и сероводород в небольшом количестве;
- получаемый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки отправляется на использование по назначению;
- переработанные отходы, ставшие высококачественными удобрениями, периодически удаляются из биореактора и вывозятся на поля.
Наглядная схема процесса выработки биотоплива
Чтобы производство биогаза наладить в домашних условиях в непрерывном режиме, надо владеть или иметь доступ к сельскохозяйственным и животноводческим предприятиям. Экономически выгодно заниматься получением биогаза только в том случае, если есть источник бесплатной поставки навоза и иных органических отходов животноводства.
Отопление газом по прежнему остаётся самым надёжным способом обогрева. Подробнее узнать об автономной газификации можно в следующем материале:
Типы биореакторов
Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.
По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.
В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.
Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.
- баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
- Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
- При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.
Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.
Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом
Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:
- производство дешевой энергии;
- выработка легкоусваиваемых удобрений;
- экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
- переработка отходов хозяйства;
- возможная прибыль от продажи газа;
- снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.
График рентабельности выработки и использования биогаза
Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:
- затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
- самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
- для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
- для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
- для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.
Как построить биореактор своими силами
Решение о строительстве принято, теперь нужно спроектировать установку и рассчитать необходимые материалы, инструменты и оборудование.
Важно! Стойкость к агрессивным кислым и щелочным средам – основное требование к материалу биореактора.
Если в наличии есть металлическая цистерна – ее можно использовать при условии защитного покрытия от коррозии. При выборе емкости из металла обратите внимание на наличие сварных швов и их прочность.
Прочный и удобный вариант – емкость из полимера. Этот материал не гниет и не ржавеет. Прекрасно выдержит нагрузку бочка с толстыми жесткими стенками или армированная.
Самый дешевый способ – выкладка емкости из кирпича или камня, бетонных блоков. Для увеличения прочности стены армируют и покрывают внутри и снаружи многослойным гидроизоляционным и газонепроницаемым покрытием. Штукатурка должна содержать присадки, обеспечивающие заданные свойства. Наилучшая форма, которая позволит выдержать все нагрузки давления – овальная или цилиндрическая.
В основании этой емкости предусматривают наличие отверстия, через которое будет удаляться отработанное сырье. Данное отверстие должно плотно закрываться, ведь система эффективно работает лишь в герметичных условиях.
Расчёт необходимых инструментов и материалов
Для выкладки кирпичной емкости и устройства всей системы понадобятся следующие инструменты и материалы:
- ёмкость для замешивания цементного раствора или бетономешалка;
- дрель с насадкой миксер;
- щебень и песок для устройства дренажной подушки;
- лопата, рулетка, мастерок, шпатель;
- кирпич, цемент, вода, мелкофракционный песок, арматура, пластификатор и другие необходимые присадки;
- сварочный аппарат и крепеж для монтажа металлических труб и комплектующих;
- водяной фильтр и ёмкость с металлической стружкой для очистки газа;
- баллоны от шин или стандартные пропановые баллоны для хранения газа.
Размер бетонного резервуара определяется из количества органических отходов, появляющихся ежесуточно в частном подворье или фермерском хозяйстве. Полноценная работа биореактора возможно в случае его заполнения на две трети от имеющегося объема.
Определим объем реактора для небольшого частного хозяйства: если в наличии есть 5 коров, 10 свиней и 40 кур, то за сутки их жизнедеятельности образуется помета 5 х 55 кг + 10 х 4,5 кг + 40 х 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы довести куриный помет до необходимой влажности 85% необходимо долить 5 литров воды. Общая масса = 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг х 20 = 6636 кг - около 7 кубов только под субстрат. Это две трети нужного объема. Чтобы получить результат, нужно 7х1,5= 10,5 куб. Полученная величина и есть необходимый объём биореактора.
Помните, что добыть большое количество биогаза в маленьких емкостях не получится. Выход напрямую зависит от массы перерабатываемых в реакторе органических отходов. Так, чтобы получить 100 кубических метров биогаза, надо переработать тонну органических отходов.
Подготовка места для устройства биореактора
Органическая смесь, загружаемая в реактор не должна содержать антисептиков, моющих средств, химических веществ, вредных для жизнедеятельности бактерий и замедляющих выработку биогаза.
Важно! Биогаз является воспламеняющимся и взрывоопасным.
Для правильной работы биореактора необходимо соблюдать те же правила, что и для любых газовых установок. Если оборудование герметично, биогаз своевременно отводится в газгольдер, то проблем не возникнет.
Если же давление газа превысит норму или будет травить при нарушении герметичности, возникает риск взрыва, поэтому рекомендуется установить датчики температуры и давления в реакторе. Вдыхание биогаза также опасно для здоровья человека.
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.
Какие специальные разрешения требуются на установку и использование биогаза
Чтобы построить и эксплуатировать биореактор, а также использовать полученный газ, нужно еще на стадии проектирования озаботиться получением необходимых разрешений. Согласование нужно пройти с газовой службой, пожарниками и Ростехнадзором. В целом правила установки и эксплуатации аналогичны правилам пользования обычным газовым оборудованием. Строительство должно производиться строго по СНИПам, все трубопроводы должны быть желтого цвета и иметь соответствующую маркировку. Готовые системы, изготовленные на заводе, стоят в разы дороже, но имеют все сопроводительные документы, соответствуют всем техническим требованиям. Производители дают на оборудование гарантию и производят обслуживание и ремонт своей продукции.
Самодельная установка для получения биогаза может позволить экономить на оплате энергоносителей, занимающих большую долю в определении себестоимости сельскохозяйственной продукции. Снижение расходов на выпуск продукции скажется на увеличении рентабельности фермерского хозяйства или частного подворья. Теперь, когда вы знаете, как получить из имеющихся отходов биогаз, остается лишь реализовать идею на практике. Многие фермеры уже давно научились из навоза делать деньги.
С повышением мировых цен на энергоресурсы многие жители сельских районов задумываются об альтернативных методах их замены. Некоторые изобретатели для обеспечения своих домов электроэнергией установили ветрогенераторы. А как же быть с газом? Ведь львиная доля затрат на отопление идет на оплату потребляемого газа. Люди начали задумываться о том, как получить газ самостоятельно. Для этой цели был создан биореактор, работающий на отходах сельского хозяйства. Для простого сельского жителя это очень дорогая установка. Но некоторые изобретатели утверждают, что биореактор своими руками может сделать почти каждый хозяин своего двора.
Принцип работы биореактора
Биореактор работает на органических отходах, поэтому для непрерывной его работы необходимо постоянное наличие навоза и других отходов сельского хозяйства. Вырабатываемый установкой биогаз является биологически чистым топливом, а по своим показателям он похож на природный газ.
Работа биореактора состоит в переработке органических отходов на газ и удобрение. Для этого они загружаются в резервуар биореактора, где анаэробные бактерии перерабатывают биомассу. Для получения правильного брожения недопустимо попадания воздуха в резервуар. Время переработки зависит от объема загруженных отходов. Выделяемый газ состоит из метана 60%, и углекислого газа – 35%. Другие примеси составляют 5%. Полученный газ идет на очистку и после этого готов к использованию в бытовых приборах.
Обратите внимание! Переработанное сырье извлекается из резервуара и используется как удобрение в сельском хозяйстве, а на его место загружаются новые отходы.
Конструкция простейшего биореактора
Простейшее устройство, которое можно построить своими руками состоит из реактора для переработки, загрузочной емкости, люка для входа, люка для отбора отработанных отходов, гидрозатвора, газоотводящей трубы. Для лучшего представления есть схема биореактора в несложном исполнении.
Биореактор изготавливают из железобетона или металлической емкости и устанавливают на выбранной территории двора. Самое главное, чтобы была полная герметичность установки. Размер резервуара зависит от постоянного количества наличия отходов для переработки, которые загружаются на 2/3 от его размера. Для справки: из 1 т отходов при переработке получается 100 м 3 газа. Исходя из этих расчетов, маленькую емкость устанавливать нецелесообразно. Ведь количество полученного газа зависит от количества загружаемых отходов для переработки. Одно из главных устройств на емкости – люк отбора отходов, который должен быть герметичным.
Обратите внимание! Отработанные отходы постоянно надо выгружать. Чтобы люк не деформировался от частого открывания, и не было утечки газа, необходимо предусмотреть его надежную конструкцию.
Особое внимание надо уделить строительству резервуара. Стены и дно должны иметь прочное бетонное основание. Во время заливки необходимо выполнять армирование. После застывания раствора, поверхность обрабатывают средствами гидроизоляции . Верх резервуара изготавливают из огнеупорного кирпича, уложенного на металлический каркас.
Подогрев биомассы
Постоянная работа реактора зависит от жизнедеятельности бактерий вызывающих брожение биомассы. В холодной массе они находятся в спящем режиме. Стоит подогреть ее до нужной температуры и бактерии возобновят свою работу. Оптимальная температура брожения составляет от +38 º С. В теплых регионах наружной температуры воздуха достаточно для работы реактора без подогрева. А для холодных регионов придется установить систему подогрева. С этой проблемой может справиться установленный под емкость нагревающий змеевик. Его подключают к отопительной системе и кранами (или терморегулятором) регулируют циркуляцию горячей воды для поддержания нужной температуры.
Обратите внимание! Так же, как вариант, можно установить змеевик с электрическими тэнами. Они подключаются к системе автоматики, которая регулирует температуру нагрева. Для этого можно применить обычную автоматику от водогрейных котлов.
Миксер для биореактора
Во время работы реактора, для лучшей активности бактерий, сырье необходимо периодически перемешивать. Эту роль может выполнить устройство в виде миксера. Его лопасти находятся внутри емкости, а вал выходит наружу. Миксер приводится в движение электромотором. В месте выхода вала должны стоять сальники, поддерживающие герметичность камеры.
Обратите внимание! В некоторых случаях герметичный электродвигатель устанавливается прямо в емкости.
Получение газа
Выработанный во время реакции газ выходит через газоотводящую трубу, подсоединенную к верхней крышке. По трубе он подается в гидрозатвор, который исключит попадание воздуха в газ. Очищенный в гидрозатворе водой газ, направляется в газгольдер для дальнейшей транспортировки к потребителю. Для улучшения системы можно установить два газгольдера. В этой системе в первой емкости будет оседать конденсат, а во вторую емкость закачивают газ под давлением. Для контроля давления газа необходимо установить манометр и спусковой клапан. Превышающее давление газа будет открывать клапан, и стравливать излишки наружу.