Биогазовые установки для фермерских хозяйств: цена, комплектация. Биогаз из навоза – способы получения, преимущества технологии Биогаз для отопления дома своими руками

Типичная конструкция

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

Принцип работы установки

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

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

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

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

Разновидности биогазовых установок

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

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

По типу загрузки

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

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

По внешнему виду

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

Создание установки своими руками

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

Что нужно знать?

Обобщенная схема

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

Вот несколько важных требований, которым должен соответствовать реактор:

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

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

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

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

Для получения биогаза понадобится:

Принцип отопления дома

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

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

Варианты оборудования

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

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

Реактор с ручной загрузкой без перемешивания

Это наиболее простая установка для дома, объем которой может составлять от 1 до 10 кубических метров. Она способна переработать до 200 кг навоза в сутки.

Вариант с ручной загрузкой

Состоит она из минимального количества частей:

Бункер для свежего сырья.
Реактор.
Устройство отбора биогаза.
Емкость выгрузки сбродившего сырья.

Такая установка может быть использована для южных районов, поскольку она работает без перемешивания и подогрева, а также предназначена для функционирования в психофильном режиме. Использованное сырье удаляется из реактора через трубу выгрузки в период загрузки очередной порции навоза. Это происходит за счет давления биогаза в реакторе.

При изготовлении подобной конструкции своими руками рекомендуется соблюдать следующую последовательность:

После расчета суточного объема навоза и выбора реактора нужного размера необходимо определить расположение будущей конструкции, а также заготовить материалы для установки.
Затем нужно соорудить загрузочную и выгрузочную трубу, а также сделать котлован для установки.
После монтажа реактора в котлован необходимо установить загрузочный бункер и газоотвод, а также крышку люка.
Проверить конструкцию на герметичность, покрасить ее и теплоизолировать.
Запустить в эксплуатацию.

Конструкция с ручной загрузкой, подогревом и перемешиванием

Биогазовую установку можно соорудить с ручной загрузкой сырья и его периодическим перемешиванием. При этом она не потребует от владельца больших финансовых вложений. Конструкция подойдет для небольшого фермерского хозяйства, так как ее мощность - это переработка до 200 кг навоза в сутки. Чертежи такой установки сходны с чертежами предыдущего варианта, а сделать их можно, обратившись к специалисту.

Данная установка может работать в мезофильном и термофильном режимах

Для стабильного и максимально интенсивного процесса сбраживания монтируется специальная система подогрева реактора. Биогазовая установка может работать в двух режимах. Реактор подогревается с помощью водогрейного котла, работающего на получаемом биогазе. Остальной биогаз может применяться для работы бытовых приборов.

Переработанное сырье хранится в специальной емкости до внесения в почву или используется в качестве питательной среды для калифорнийских червей.

Установка с газгольдером, пневматической загрузкой, подогревом и перемешиванием сырья

Подобная установка предназначена для небольших и средних хозяйств с переработкой в биогаз до 1,5 тонн навоза в сутки. Подогрев сырья происходит за счет теплообменника с водонагревательным котлом, который работает на полученном газе. Трубопровод выгрузки массы оснащен специальным разветвлением для сбора биоудобрения в хранилище и для погрузки в транспортные средства с последующим вывозом на поля.

Конструкция такой самодельной установки подразумевает пневматическую загрузку навоза в реактор, а также перемешивание биогазом, отбор которого осуществляется автоматически. Биогаз хранится в специальном отсеке - газгольдере.

Заключение

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

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Схема биогазовой установки

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

Надземной.
Полузаглубленной.
Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

Люки загрузки и разгрузки ведут непосредственно в емкость биореактора. Для того чтобы субстрат равномерно распределялся по всей площади, делают их в противоположных концах емкости.

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Сбор и отвод биогаза

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Очищение от примесей

Примерный состав получаемого биогаза такой:

метан — до 60%;
углекислый газ — 35%;
другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Газгольдер и компрессор

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
способствует высвобождению выработанного газа;
выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже +5°C они практически замирают.

Чем греть и где расположить

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — +60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

Способы водяного обогрева

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.

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

Общие сведения о биогазе

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

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

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

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

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

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

Технология получения биогаза

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

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

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

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

Схема биогазовой установки

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

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

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

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

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

Как получить биогаз в домашних условиях?

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

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

Заключение

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

Современное общество все чаще старается применять альтернативные источники электрической энергии, это помогает справляться с проблемой ресурсосбережения в мире, а также позволяет минимизировать издержки на тот или иной вид работ. Для достижения своих целей человек приноровился применять энергию природных стихий: воды, ветра, почвы, солнца, и в дополнение использовать нестандартные виды топлива, которые с легкостью заменяют традиционные.

Биогазовая установка для дома позволит вам своими силами получать источник производимой энергии – биогаз. Данное топливо найдет свое применение в обычной жизни любого человека. Разберемся, в чем основные преимущества такой конструкции, в каких целях она может эксплуатироваться, и как сделать простейшую биогазовую установку своими руками.

Область применения

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

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

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

Как работает

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

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

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

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

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

Основные этапы процессов, протекающих в устройстве:

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

Как сделать самостоятельно

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

Последовательность осуществляемых действий будет такова:

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

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

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

Фото биогазовой установки

Конечно же, биогаз своими руками – это не для всех. Во-первых, надо быть владельцем частного дома. Самодельная установка имеет размеры и варианты установки, при которых условия квартиры категорически не подходят. Во-вторых, в домашних условиях возможно только при наличии органических отходов в большом количестве. И в-третьих, пожалуй, самое главное, нужны знания.

Придумывать установку нет смысла – все уже давным-давно придумано. Но чтобы реализовать уже готовую идею по готовым чертежам – это надо понимать. Инструмент, смекалка, понимание и осознание схемы устройства и еще и желание, которое позволит не отступиться от намеченной цели – это все очень важно.

Подытожим:

Место. Только частные дворы, где расположены свободные от застроек и деревьев участки площадью до 10 м2. Рассматривать также стоит такие варианты, когда над самой установкой в перспективе возможно сооружение здания хозяйственного или даже жилого типа.
Материал. Нержавеющая сталь, кирпич, бетон, трубы (металлические и/или пластиковые) – это самое основное. Добавим в этот список инструменты: сварочное оборудование, бетономешалки, металлорежущий инструмент.
Сырье. Основным источником биогаза может быть только органика – навоз, отходы растительного происхождения, отходы забойного цеха. Каждый вид сырья дает свое количество биогаза определенного качества. В любом случае, сырья должно быть достаточно, чтобы повысить рентабельность.
Понимание и осознание идеи. Можно и без этого: пригласил, заплатил, получил – зачем понимание? Но только даже самая примитивная и рассчитанная на малое производство биогаза установка стоит дорого, а вся суть – получить все необходимое, основываясь на собственные силы. Так что тут надо быть носителем негласного звания «народный умелец».

Многие европейские фермеры давно перешли на этот альтернативный вид топлива. Окупаемость биогенератора – 3-5 лет, все зависит от масштабов потребления. К примеру, датские владельцы миниферм, с поголовьем скота всего до 50-100 голов, ухитряются собственными установками получать биогаз, который полностью удовлетворяет потребности как жилого дома, так и самой фермы. Уют дома и на ферме благодаря биогазу собственного производства у них воспринимается как уже что-то обычное.

Как это работает

Во всей биоустановке главным является практически каждый элемент:

Резервуар – емкость, в которой происходит брожение биомассы за счет действия бактерий. Разных размеров и из разного материала резервуар служит своеобразной кастрюлей. Правильней его будет назвать биореактор. Это сложнейшая конструкция должна не только вмещать биомассу для брожения, но и обладать такими качествами как надежность и долговечность. Установка по производству биогаза – не многоразовое построение. Нужно сделать один раз и только совершенствовать конструкцию, иначе рентабельность упадет ниже нуля.
Соединительные элементы, которые должны не травить газ. Метан – взрывоопасный газ и случайная искра может привести к плачевным последствиям.
Система перемешивания массы сырья. В кустарных условиях изготовить довольно сложно, но крайне желательно. Регулярное перемешивание повышает производительность.
Система утепления реактора. Надежное и качественное утепление позволяет поддерживать необходимую температуру внутри реактора. Бактерии способны выживать при низких температурах, но при этом они не жизнеспособны. И хотя температура внутри будет всегда выше нуля, ее необходимо уметь поддерживать и контролировать.
Газгольдер – емкость для временного (до потребления) хранения газа. В кустарных условиях представлен резервуаром из стали.
Фильтровальная система или система фильтрации. Полученный в результате брожения газ желательно очистить от СО2.

Сырье, поступая в биореактор, начинает бродить. Выделяемый газ не чистый. В нем присутствует доля метана (до 80-90%), углекислого газа (до 20-30%), водорода (до 5-10%). Периодическое перемешивание способствует частоте выделения газа. Газ попадает в газгольдер, далее с систему фильтрации, а потом к потребляемому агрегату (котел, печь и т.п.).

Основные моменты

Биогаз в домашних условиях получать можно в разных объемах и разного качества. На это влияют некоторые факторы:

Количество сырья. Для непрерывной работы биореактора биомасса должна периодически подаваться внутрь. Частота подачи зависит от размеров реактора. Высокая производительность достигается заполнением емкости на 75%. Меньший показатель снижает эффективность производства, как и загрузка свыше 75%.
Происхождение сырья. Навоз или кукурузная масса – разница существенна. Обычно отталкиваются от наличия того или иного вида сырья. К примеру, огромное количество высокого качества метана можно получить из животных жиров – до 1500 м3 из тонны сырья. При этом содержание метана также будет максимально возможным – до 90%. Меньшие показатели имеет производство биогаза из водорослей – до 250-300 м3 из тонны.
Частота подачи сырья. Брожение должно завершиться практически полностью, выделяемая вода должна быть спущена, неперебродившие остатки утилизированы и только тогда возможна новая подача определенного количества. В кустарных условиях этот процесс довольно сложно контролировать. Промышленные установки более прогрессивны и весь процесс контролируется автоматикой.
Комбинирование сырья. Некоторые виды биомасс могут дополнять друг друга, выступая катализаторами химических процессов внутри реактора. Некоторые, наоборот, способны замедлить ход реакции. К примеру, зерновая барда в сочетании с навозом дает в результате соединения неплохие результаты. Тогда как жиры не сочетаются с практически любым другим видом сырья.

Таблица показывает объем получаемого газа (в м3) из одной тонны сырья:

Как использовать

Биогаз в домашних условиях можно использовать исходя из его количества и качества. Обычно это отопление хозяйственных построек или жилого дома. При небольших объемах газа может хватать только на подогрев воды, но в таком случае нужно пересмотреть рентабельность установки. Некоторые мастера довели свои конструкции до огромных значений производительности и полностью забыли о потреблении государственной электроэнергии и природного газа.

В любом случае, посредством установки для получения биогаза, реализуется несколько положительных моментов как для потребителя газа, так и для всего человечества в целом:

переход на не затратное производство,
экономия средств,
частичная утилизация отходов,
предотвращение глобального потепления.

Человечество сделало гигантский скачок вперед, научившись управлять природой и бытом. Биогаз, как альтернативное топливо и вид энергии, теперь стало возможным получать в домашних условиях. Конечно, несколько отпугивает дороговизна оборудования, но расчеты по окупаемости показывают, что биореактор дома является выгодным и целесообразным решением.