Технология получения и производства биогаза из навоза. Биогаз из навоза

производство, получение и переработка, оборудование

Для того чтобы утилизировать навоз необходимо не только специально отведенное место, но и немало средств. Если частники всецело используют его на своих огородах в больших количествах, то аграрные хозяйства уже давно начали перерабатывать ценное сырье в биогаз. Процесс, как оказывается, доступен каждому. О технологии получения и производства далее наша статья.

Что представляет собой био газ

По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.

Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве. В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.

Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.

Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животных

Можно ли получить биогаз из навоза

Непременно можно. И выполнить это достаточно просто. Прежде всего, нужно оборудовать специально отведенное место и оснастить его необходимым резервуаром. Но следует помнить, что для переработки понадобится немало биомассы. Для справки, 1 тонна навоза способна превратится в 100 куб. м необходимого топлива.

Каким же способом добывают биогаз:

Промышленные масштабы выработки топлива подразумевают наличие специального биореактора. В нем при участии анаэробных бактерий происходит процесс переработки сырья. В биомассе происходит брожение и это продолжается определенное время. Важно не допускать попадание чистого воздуха. Длительность данной стадии напрямую зависит от того, сколько биомассы было помещено в реактор.
Когда данная стадия находится на пике, происходит непрерывное выделение газовой массы. Она состоит из: метана – 60% и более, углекислого газа – 35% и 5% других веществ. Часто специалисты данной области находят частицы сероводорода в составе данной смеси.
При непрерывной выработке газа, он все время отводится из биореактора на очистку.
Процесс переработки останавливается и биогаз начинают применять по его прямому назначению, производят очистку установки. Из нее извлекают отходы, которые в дальнейшем направляются на удобрение полей.

Схема биогазового реактора

Этапы получения и переработки отходов

Биотопливо можно выработать на даче или прямо у себя на участке. Для этого выбираем максимально просторное и безопасное место для постройки конструкции. Затем нужно построить специальную емкость из бетона. При правильном ее обустройстве и отсутствия трещин, она будет служить самым настоящим реактором.

Перед тем, как начинать строительство, необходимо учесть, что отработанный навоз должен беспрепятственно извлекаться после переработки. Выход прост – заранее подготовить специальное отверстие, возможно с трубой. Его необходимо оборудовать так, чтобы была соблюдена полная герметичность всей конструкции. Она будет эффективна, только если газы не будут испаряться.

Выбор размера резервуара зависит от того, сколько навоза ежедневно появляется в хозяйстве. Будь то обычный двор с небольшим количеством скота или полноценная ферма в любом случае биореактор нужно заполнять не более чем на две трети от его полного объема. Только так процесс брожения будет протекать надлежащим образом.

После постройки необходимо проверить функциональность установки. После загрузки биомассы начинается переработка. Можно немного ускорить процесс. Для этого применяется весьма эффективный способ – нагрев сырья.

Можно использовать специальные нагревательные элементы, которые устанавливаются под емкость.
Подключить небольшой змеевик к центральной системе отопления и завести его под резервуар.
Можно обогревать реактор напрямую с помощью мощных отопительных приборов электрического типа.

Варианты установок для получения топлива

Каждый из типов оборудования рассчитан на применение в определенной местности. На выбор влияют, как правило, погодные условия. Если климат теплый – можно обойтись недорогой, упрощенной установкой. При суровых условиях понадобятся дополнительные механизмы.

Схема получения биогаза в условиях сельского хозяйства

Основные виды:

Установка, рассчитанная на ручную загрузку, в которой нет функции перемешивания и подогрева. Одна из самых простых и распространенных вариаций. Может использоваться и в домашних условиях. Переработка навоза – до 200 кг в сутки.
Оборудование с ручной загрузкой и возможностью перемешивания биомассы. Более эффективное оснащение при столь же небольшой стоимости.
Обновленная система, предусматривающая ручную загрузку, подогрев навоза и его перемешивание. Более дорогостоящий вариант оснащения с реактором, подогреваемым специальным котлом. Он работает на постоянно вырабатывающемся биогазе. По карману промышленным фирмам.
Установка, в которую входит – пневматический механизм перемешивания массы, подогрев, газгольдер и ручная загрузка.
Полностью автоматизированный набор для сельскохозяйственных и животноводческих фирм. Дорогая и максимально продуктивная.

Принцип работы оборудования

Задействование всего оборудования происходит следующим образом:

Загружаются отходы;
Плотно закрывается резервуар;
Начинается нагрев массы;
Выделяется газовая смесь;
Биогаз очищается и отводится для дальнейшего применения.

Простую установку для реактора можно построить самостоятельно

Схема самодельной установки

Сделать всю перерабатывающую конструкцию достаточно просто. Необходимо сделать:

Реактор, исходя из объема навоза;
Специальную подставку под реактор, где будут обираться отходы;
Клапан;
Трубку для отвода биогаза;
Нагревающий механизм.

Максимум работоспособности самодельное устройство продемонстрирует при условии соблюдения нескольких правил. Первое – это герметичность. Второе – правильный подогрев. Третье – заполнение резервуара в пределах нормы.

Как применяют топливо в хозяйстве

С помощью данного типа топлива, которое будет постоянно производиться на участке, можно полноценно отапливать дом и некоторые другие сооружения. Если скота много, уточный объем навоза позволит производить достаточно «бесплатного» экологически чистого газа для отопления даже двухэтажного здания.

Второй способ использования – расходование углекислого газа. Это просто сделать с помощью воды.

Каждый частник, который держит хозяйство, может обзавестись продуктивным оборудованием для выработки биогаза. К тому же, его можно спроектировать самому. Нужно учитывать климатические условия и объемы сырья. В результате выгода использования данного топлива будет весьма ощутимой.

profermu.com

насколько выгодно и как сделать

Биогаз из навоза: насколько выгодно и как сделать

Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50oC).

Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.

Как можно организовать переработку навоза в биогаз

Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.

Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30oC. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:

мезофильные — они размножаются при температуре от +30oC до +40oC;
термофильные — для их активного роста необходима температура от +50oC до +60oC.
Сравнительная таблица затрат и эффективности мезофильного и термофильного разложения навоза. Как видите, денег нужно на старте в три-четрые раза больше, но на выходе получаете больше в десять раз

Термофильные установки с температурой от +43oC до +52oC являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50oC требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.

Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.

Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.

Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.

Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок

Возможно, вам будет интересно прочитать о том, как использовать солнечную энергию для отопления дома.

Схемы самодельных биогазовых установок

Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками смотрите в видео.

Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.

Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.

Биореактор не обязательно закапывать. Это очень неплохой вариант, и обслуживать его удобно. Но зимой придется еще дополнительные меры по утеплению принимать. А газ отводится в специальные мешки-газгольдеры

Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.

Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.

Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.

Для увеличения температуры субстрата подойдет любая технология обогрева. Важно добиться требуемой температуры. От этого зависит эффективность установки

Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.

Если обычный цилиндр разделить вертикальной перегородкой, получить можно две камеры для переработки

В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.

Биогазовая установка своими руками: чертежи установки траншейного типа

Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.

С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаз из навоза. Остались технологические нюансы.

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.

Количество биогаза, которое можно получить из различного сырья

Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.

Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.

В таблице указаны составы, повышающие количество выделяющегося газа

Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.

Расчет объема бункера для переработки

Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.

Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны

Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.

Юридическое оформление

Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:

Технологическая схема установки.
План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.

Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.

Имея источник энергии им грех не воспользоваться

Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м3 навозной жижи дадут в сутки 80 м3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м3. В чистом остатке у вас 46 м3 в день. И это при небольшой установке.

Итоги

Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.

Фотогалерея (13 фото):

06.05.2016

Твитнуть

Комментариев пока нет...

k-systems.ru

Установки по получения биогаза из навоза (ч.2)

Концепция централизованных биогазовых установок (заводов) предусматривает транспортировку биомассы от нескольких поставщиков - окрестных фермерских хозяйств, а также частично от муниципальных и промышленных предприятий. На таком заводе предусмотрено централизованное хранение навоза и сброженного осадка. Сброженный осадок весной и осенью забирают фермеры для использования его в качестве удобрения. Из 20 заводов только 4 работают с убытком: два из-за неудачной конструкции, которая не позволяет работать устойчиво и влечет за собой большие эксплутационные расходы, остальные - из-за больших выплат по кредитам, взятым для реконструкции. Следует отметить, что правительство Дании одобряет и финансово поддерживает строительство таких заводов (государственная субсидия в среднем составляет приблизительно 20% от сметы строительства). Помимо централизованных биогазовых заводов с 1994 г. развивается концепция строительства маломасштабных фермерских установок с объемом метантенка 150-200 мЗ.

На 1997 г. в Дании действовало 20 фермерских установок, которые вырабатывали и тепло- и электроэнергию.

В Италии с конца 80-х годов начали внедрять новое поколение биогазовых установок, ориентированных на переработку отходов свиноферм. На 1998 г. было построено 5 централизованных биогазовых установок и около 50 фермерских. С целью снижения капитальных затрат в качестве корпуса метантенков используются существующие бетонные емкости, которые накрываются пластиковым куполом. Как правило, объем такого метантенка около 600 мЗ, получаемый биогаз используется в когенерационных установках для выработки около 50 кВт/ч электричества и 120 кВт/ч тепла. В Италии в настоящее время нет государственной программы развития биогазовых установок, но Итальянская электрокомпания обязана покупать электроэнергию, выработанную из биогаза, по цене на 80% выше цены для потребителей.

В Германии работает около 400 сельскохозяйственных биогазовых установок с объемом метантенка 600-800 мЗ. С 1995 по 1998 г. было построено 8 централизованных биогазовых заводов. На начало 1998 г. суммарная емкость всех работающих метантенков составляла 190 тыс. мЗ. По оценкам экспертов, в Германии существует необходимость в строительстве по меньшей мере 220 тыс. биогазовых установок, из которых 86% должны перерабатывать навоз. При осуществлении этих планов доля биогаза может достичь 11% общего объема потребления газа в Германии.

В Австрии до 1997 г. действовали 46 преимущественно фермерского типа биогазовых установок. В 1997 г. было введено в действие 10 установок фермерского типа и 5 крупных.Предполагается увеличить количество биогазовых установок до 150.

В Австрии нет национальной программы поддержки строительства биогазовых установок, однако их строительство поддерживают Министерства сельского хозяйства и экологии. Финансовую поддержку оказывают федеральные сельскохозяйственные организации и банки.

В связи с энергетическим кризисом, который охватил Калифорнию с осени 2000 г., местные фермеры приступили к выработке электроэнергии из навоза.

Нужно учесть, что в странах ЕЭС для решения вопросов биоэнергетики ежегодно выделяются значительные средства, причем на научные проработки расходуется до 40% от общей суммы, а на демонстрацию разработок - 30%.

Широкое развитие биогазовые технологии получили в Китае, они активно внедряются в ряде стран Европы, Америки, Азии, Африки. В Западной Европе, например в Румынии, Италии, более 10 лет назад начали массово применять малогабаритные биогазовые установки с объемом перерабатываемого сырья 6-12 куб.м.

(Клуб "Автономное поселение")

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи.

Больше всего малых биогазовых установок находится в Китае — более 10 млн (на конец 1990-х). Они производят около 7 млрд м3 биогаза в год, что обеспечивает топливом примерно 60 млн крестьян. В конце 2010 года в Китае действовало уже около 40 млн биогазовых установок. В биогазовой индустрии Китая заняты 60 тысяч человек.

В Индии с 1981 года до 2006 года было установлено 3,8 млн малых биогазовых установок.

В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок.

В России.

Ежегодно в российском животноводстве и птицеводстве образуется около 150 млн. т органических отходов. До недавнего времени эти цифры характеризовали исключительно остроту экологических проблем. По данным природоохранных служб, только в водоемы, питающие столицу, могут попадать миллионы тонн токсичных стоков.

В итоге, чтобы сделать московскую воду питьевой, необходимо дорогостоящее и тоже небезвредное химическое вмешательство.Вокруг других крупных и средних городов России ситуация вряд ли намного лучше.

Еще в начале 90-х годов было подсчитано, что использование биогазовых технологий для переработки органики может не только полностью устранить ее экологическую опасность, но и ежегодно получить дополнительные 95 млн. т условного топлива (около 60 млрд. м3 метана или, сжигая биогаз, - 190 млрд. кВт.ч электроэнергии), а также более 140 млн. т высокоэффективных удобрений, что позволило бы существенно сократить чрезвычайно энергоемкое производство минеральных удобрений (около 30% от всей электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством). (источник)Замечателен (по всяком случае, экономически) второй продукт биоустановки - жидкие органические удобрения. Технологический режим подобран так, что они получаются экологически абсолютно чистыми - без малейших следов нитритов и нитратов, болезнетворной микрофлоры и даже семян сорняков (по сравнению с обычным навозом).

А в эффективность этих удобрений (1 т эквивалентна 60 т навоза, не считая указанных преимуществ), показанную в трехгодичных испытаниях на самых разных культурах (помидоры, огурцы, клубника, морковь, смородина, крыжовник и т.д.), поначалу трудно было поверить. В сравнении с обычными они увеличивают урожайность минимум в 2-4 раза.

Научное объяснение этому было дано только в прошлом году. В одном из докладов на Международном симпозиуме в Санкт-Петербурге была высказана мысль о том, что в реакторе установки при определенных условиях могут синтезироваться так называемые ауксины - вещества, способствующие ускоренному развитию и росту растений. Дальнейшие исследования этого механизма, как полагают ученые, откроют возможности для заранее программируемого получения сверхэффективных удобрений. Но пока необъясненным остается еще одни приятный факт: в биогазе неизвестно куда (к счастью!) исчезает сероводород - непременный спутник разложения органики и сильнейший ускоритель коррозии металлических конструкций.

Биоустановки, действуя попутно как фабрики удобрений, за год вырабатывают их до 70 т. При этом одной тонны вполне достаточно для обработки целого гектара земельных угодий. Заводы в Туле и Кемеровской области уже выпустили первые 65 таких установок. Соответственно в этих областях, а также на Алтае и в Подмосковье начинает складываться рынок удобрений. Как показывает опыт, за полгода оборудование окупается полностью.

Согласно маркетинговым исследованиям, потребность в биогазовых установках такого типа, способных работать в любых климатических условиях, только по России на ближайшие 5 лет составит около 50 тыс. штук.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Фактически годятся любые атропогенные и техногенные органические отходы.

Витамины-минералы

Процесс биоконверсии кроме энергетической позволяет решить еще две задачи. Во-первых, сброженный навоз по сравнению с обычным повышает на 10-20% урожайность сельскохозяйственных культур.

Объясняется это тем, что при анаэробной переработке происходит минерализация и связывание азота. При традиционных же способах приготовления органических удобрений (компостированием) потери азота составляют до 30-40%. Анаэробная переработка навоза в четыре раза - по сравнению с несброженным навозом - увеличивает содержание аммонийного азота (20-40% азота переходит в аммонийную форму). Содержание усвояемого фосфора удваивается и составляет 50% общего фосфора.

Кроме того, во время сбраживания полностью гибнут семена сорняков, которые всегда содержатся в навозе, уничтожаются микробные ассоциации, яйца гельминтов, нейтрализуется неприятный запах, т.е. достигается актуальный на сегодня экологический эффект. - "Вестник КРСУ"

В итоге получаются биологически активные удобрения.

Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз, барда и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Улучшается структура и качество почв, да и разводимые бактерии обладая антисептическими и бактерицидными свойствами защищают урожай от поражения вирусами, грибком и прочими болезнями

Автомобильный транспорт

Volvo и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна. По прогнозам Швейцарской Ассоциации Газовой Индустрии к 2010 году 10 % автотранспорта Швейцарии будет работать на биогазе.

Муниципалитет Осло в начале 2009 года перевёл на биогаз 80 городских автобусов. Стоимость биогаза составляет €0,4 — €0,5 за литр в бензиновом эквиваленте. При успешном завершении испытаний на биогаз будут переведены 400 автобусов.

Потенциал

Россия ежегодно накапливает до 300 млн т в сухом эквиваленте органических отходов: 250 млн т в сельскохозяйственном производстве, 50 млн т в виде бытового мусора. Эти отходы могут быть сырьём для производства биогаза. Потенциальный объём ежегодно получаемого биогаза может составить 90 млрд м3.

В США выращивается около 8,5 миллионов коров. Биогаза, получаемого из их навоза, будет достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей.

Потенциал биогазовой индустрии Германии оценивается в 100 миллиардов кВт·ч энергии к 2030 году, что будет составлять около 10% от потребляемой страной энергии.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м3 биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м3 биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м3 с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычно установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин).

Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

a-forester.livejournal.com

два в одном / Возобновляемые источники энергии в АПК / АгроПрактик.ру

Технология получения биогаза и переработки органических отходов в высококачественное удобрение путем анаэробного сбраживания, давно известна человечеству. Она успешно применяется в ряде стран, способна кардинально улучшить экономические, экологические и социальные условия в сельском хозяйстве.

Биогазовые установки демонстрируют рекордную для технологического оборудования окупаемость – 1-2 года, а применение сброженного остатка в качестве удобрения обещает настоящий прорыв в повышении урожайности. Биогаз — это смесь метана и углекислого газа, образующаяся в специальных реакторах — биогазовых установках, устроенных и управляемых таким образом, чтобы обеспечить максимальное выделение метана. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании — биогаз занимает до 18% в её общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия — 10000 шт.

В Западной Европе не менее половины всех птицеферм отапливаются биогазом. В Индии с 1981 года было установлено 3,8 млн. малых биогазовых установок. В Китае действует около 20 млн. биогазовых установок (как правило — бытовых). Их применение позволяет заменить 10,9 млн. тонн условного топлива.

Получение биогаза, возможное в установках самых разных масштабов, особенно эффективно на агропромышленных комплексах, где существует возможность полно¬го экологического цикла. Сырьем для производства биогаза служат всевозможные органические отходы: навоз животных и птиц, отходы боен, консервных заводов, мясоперерабатывающих предприятий и тд.

Альтернативной базой для производства биогаза и удобрений является растениеводство. В Европе из 15 тыс. биогазовых станций половина работают на кукурузном силосе. В Австрии кукурузу для биогазовых установок выращивают даже в горах. И с каждым годом площадей под энергетические культуры становится все больше. Если у предприятия нет отходов, но есть большие земельные площади, растениеводство может стать весьма эффективным источником сырья. С точки зрения выхода газа практически все зеленые растения в свежем или силосованном виде дают высокие результаты.

Силосная кукуруза на сегодняшний день — один из наиболее эффективных видов растительного сырья для переработки. Она дает хороший урожай с гектара и большой выход газа с 1 т (220 куб. м). Затраты на производство кукурузы относительно невелики, а техника для ее посева, уборки и дальнейшей обработки есть практически в каждом хозяйстве. Хорошая альтернатива кукурузе — свекла. Из 1 т ботвы получается 200 куб. м биогаза. Тонна разных видов трав дает 250 куб. м биогаза.

В Европе практикуются так называемые энергетические севообороты, когда одна энергетическая культура сменяется другой, что позволяет собирать зеленую массу два раза в год, подавлять рост сорняков и значительно экономить средства предприятия. Также выращивают по две культуры на одном поле одновременно, например кукурузу и подсолнечник или кукурузу и просо, что позволяет увеличить содержание питательных веществ в силосе и стабилизировать урожайность в засушливые годы. Эти технологии вполне реально применять у нас — хозяйства будут всегда обеспечены качественным высококалорийным сырьем. Причем разные культуры могут в реакторе смешиваться: во многих случаях это дает даже более эффективные результаты, чем при использовании одного вида сырья.

При анаэробном сбраживании в биогазовой установке органические вещества разлагаются в отсутствии кислорода. Этот процесс включает в себя два этапа. На первом этапе сложные органические полимеры (клетчатка, белки, жиры и др.) под действием природного сообщества разнообразных видов анаэробных бактерий, разлагаются до более простых соедине¬ний: летучих жирных кислот, низших спиртов, водорода и окиси углерода, уксусной и муравьиной кислот, метилового спирта. На втором этапе метанообраэующие бактерии превращают органические кислоты в метан, углекислый газ и воду.

Первичные анаэробы представлены разнообразными физиологическими группами бактерий: клеткоразрушающими, углеродосбраживающими (типа маслянокислых бактерий), аммонифицирующими (разлагающими белки, пептиды, аминокислоты) бактериями, разлагающими жиры и т. д. Благодаря этому составу, первичные анаэробы могут использовать разнообразные органические соединения растительного и животного происхождения, что является одной из важнейших особенностей метанового сообщества. Тесная связь между этими группами бактерий обеспечивают достаточную стабильность процесса.

Другое, и очень важное, достоинство процесса состоит в том, что метод анаэробного сбраживания наиболее приемлем для переработки животноводческих отходов с точки зрения гигиены и охраны окружающей среды, так как обеспечивает наибольшее обеззараживание остатка и устранение патогенных микроорганизмов.

В отходах переработки биомассы – биошламе, содержится значительно меньше болезнетворных микроорганизмов, чем в исходном материале. Он содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения и кормовых добавок.

Состав остатка, полученного при анаэробной переработке животноводческих отходов, зависит от химического состава исходного сырья, загружаемого в реактор. В условиях, благоприятных для анаэробного сбраживания, обычно разлагается около 70% органических веществ, а 30% содержится в остатке.

Образующиеся при сбраживании гумусные материалы улучшают физические свойства почвы: аэрацию, водоудерживающую и инфильтрационную способность почвы, а также скорость катионного обмена.

Кроме того, биошлам служит источником энергии и питательных веществ для деятельности полезных бактерий. Это способствует повышению растворимости важных химических питательных веществ, содержащихся в почве, и приводит к лучшему усвоению их высшими растениями. В ряде стран (Дания, Германия, Индия, Китай) с 90-х годов прошлого века был проведен ряд испытаний, результаты которых свидетельствует о существенном увеличении урожайности при использовании шлама в качестве удобрения.

Тогда было подсчитано, что использование биогазовых технологий для переработки органики может не только полностью устранить ее экологическую опасность, но и ежегодно получить дополнительные 95 млн. т условного топлива (около 60 млрд. м3 метана или, сжигая биогаз, — 190 млрд. кВт.ч электроэнергии), а также более 140 млн. т высокоэффективных удобрений, что позволило бы существенно сократить чрезвычайно энергоемкое производство минеральных удобрений (около 30% от всей электроэнергии, потребляемой сельским хозяйством).

Ценность биошлама еще и в том, что при перепревании навоз теряет часть нитратов и нитритов, в избытке содержащихся в навозе домашних животных и птиц. В процессе ферментации они сбраживаются в аммиак и метан. Содержащиеся в сбраживаемой массе полезные фосфор, калий и азот полностью остаются в биошламе.

Основное преимущество анаэробного сбраживания зак¬лючается в сохранении в органической или аммонийной фор¬ме практически всего азота, содержащегося в исходном сырье. При традиционных же способах приготовления органических удобрений (компостированием) потери азота составляют до 30-40%. Анаэробная переработка навоза в четыре раза — по сравнению с несброженным навозом — увеличивает содержание аммонийного азота (20-40% азота переходит в аммонийную форму).

В результате сброженный навоз по сравнению с обычным в эквивалентных дозах повышает на 10-20% урожайность сельскохозяйственных культур.

Высокая рентабельность биогазовых технологий обеспечивается одновременным производством высокоэффективных органических удобрений, 1 т которых (по эффекту «на урожай») равноценна 70-80 т естественных отходов животноводства и птицеводства. Этим объясняется быстрая (1-2 года) окупаемость биогазовых установок.

Шлам можно разделить на две фракции: жидкую и твердую. И та и другая являются удобрением. Жидкая фаза навоза после анаэробной переработки обычно отвечает требованиям, предъявляемым к качеству сточных вод органами охраны природы. Он может сразу же использоваться как удобрение для прикорневой подкормки сельскохозяйственных культур. Отработанная жид¬кая органическая масса поступает через выгрузочную камеру в резервуар сброженной массы, а оттуда перекачивается в цистерны, с помощью которых вносят на поля обычную навозную массу.

Перед использованием биоудобрение разводят водой в 20-60 раз. Нормы использования 500-1000 л неразбавленного удобрения на гектар. С одного кубометра объема реактора в день получается 40 литров удобрений. Это значит, что с самой малой установки с реактором 3 куб.м с октября по март скопится 7200 л удобрений, которые надо где-то хранить. Их хватит для удобрения 7 – 15 гектаров. Поэтому основная проблема с биоудобрениями – это их хранение и сбыт зимой.

Твердую фракцию удобнее фасовать, хранить и транспортировать. Возможны также хранение и грануляризация шлама, после чего он может использоваться в качестве подкормки для крупного рогатого скота или как удобрение.

У натуральных биоудобрений есть одно очень полезное свойство: они выравнивают кислотно-щелочной баланс почвы, способствуют меньшему истощению. В отличие от минеральных удобрений, которые усваиваются всего на 35-50%, биоудобрения усваиваются почти полностью.

Биоудобрения не увеличивают содержание нитратов в продуктах и почве, поддерживая при этом высокую урожайность.

Как показывает практика зарубежных стран, при использовании жидких или твердых биоудобрений урожаи увеличиваются на 40–50%. Причем расход составляет от одного до пяти тонн вместо 60 т свежего навоза для 1 га земли.

Полученные удобрения можно использовать как для собственных целей, так и продавать. Во многих странах это очень выгодный бизнес, поскольку себестоимость производства одного литра удобрений составляет максимум 10-15 центов при наличии линии сушки и комплектации (если не фасовать, себестоимость равна нулю), а оптовая цена на внутреннем рынке — $1-1,5. Установка, перерабатывающая 100 т навоза в сутки, позволяет производить 51 т твердых и 43 т жидких удобрений. По мнению экспертов, у России есть отличные перспективы для производства биогаза и высокоэффективных биоудобрений. Количество отходов агропромышленного комплекса России сегодня достигает 600 млн. т в год (225 млн. т сухого вещества), причём большая часть этих отходов не утилизируется. Это приводит к проблемам окисления почв, отчуждению сельскохозяйственных земель (более 2 млн. га сельскохозяйственных земель заняты под хранение навоза), загрязнению грунтовых вод и выбросам в атмосферу метана – парникового газа. Многие растениеводческие регионы страны находятся в зоне рискованного земледелия не только по климатическим условиям, но и по почвенным: для успешного растениеводства требуется постоянное внесение в почву органических удобрений. Российский показатель внесения удобрений в почву (50-60 кг на га в год ) отличается от показателей стран с наиболее развитым сельским хозяйством (например, Нидерландов – 600 кг/га в год) на порядок. Это один из факторов обуславливающих низкую конкурентоспособность российской сельскохозяйственной продукции. Поэтому в средних и северных регионах Европейской России, в земледельческих районах Сибири потребность в органических удобрениях будет постоянной и она будет определяющей в развитии биогазовых технологий.

По подсчетам экспертов, при интенсивном подъеме сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий объем производимых органических отходов может составить 675 млн т (по сухому веществу). Значение этого фактора будет возрастать по мере роста тарифов на газ и связанного с этим удорожанием минеральных удобрений (в первую очередь азотных).

Рынок биоудобрений в России еще не сформирован, но если исходить из мирового опыта и стоимости эквивалентных минеральных удобрений, то одна тонна или 1000 литров неразбавленного удобрения должны стоить около 130 USD.

Простой подсчет показывает, что минимальная установка с реактором в 3 куб.м за год на удобрениях может принести доход до 5700 USD, что с запасом перекрывает ее стоимость.

Такая минимальная установка способна за год обеспечить удобрениями 40-80 га обрабатываемой земли с минимальным повышением урожайности 20%. При выращивании, например, пшеницы, с учетом минимальной закупочной стоимости и норм внесения удобрений, дополнительная прибыль при минимальном повышении урожайности составит около 6000 USD, что тоже окупает биогазовую установку с запасом. При выращивании более дорогих культур, прибыль может быть увеличена в разы.

agropraktik.ru

Производство биогаза своими руками в домашних условиях, фото

Выделение горючих газов из разлагающихся отходов жизнедеятельности организмов и биомассы было замечено еще в 17 веке.

В 1776 году ученый Аллесандро Вольта сделал вывод о существовании взаимной зависимости между массой разлагающегося вещества и объемом выделяющегося газа, а позднее было обнаружено, что основным горючим компонентом получаемого биогаза является метан.

Поскольку метан является основным компонентом добываемого из недр природного газа, то в процессе изучения биогаза начали появляться установки для его промышленного производства в качестве альтернативы ископаемому топливу.

Первая документально подтвержденная биогазовая установка была построена в 1859 году в Индии, а впервые в Европе, в Великобритании биогаз начал применяться в уличных фонарях освещения в 1895 году.

Рисунок, показывающий поперечный разрез первой биогазовой установки

Биохимические процессы образования биогаза

Первые экспериментальные установки для получения биогаза разрабатывались методом проб и ошибок, без истинного понимания происходящих процессов. С развитием микробиологии было выявлено, что выделение газа происходит из-за водородного и метанового брожения биомассы. Поскольку данные типы брожения происходят без доступа кислорода, выделяющий метан процесс разложения биомассы еще называют анаэробным.

Анаэробное сбраживание встречается в природе при образовании болотного газа

По-другому синтез биогаза называют биодеструкцией (биологическим разрушением) органических веществ с выделением свободного газообразного метана (Ch5). Ниже дана упрощенная формула, демонстрирующая выделение химических веществ из органических соединений в процессе жизнедеятельности бактерий метаногенов, у которых в процессе метаболизма выделяется побочный газ метан:

Другими словами, микроскопические бактерии, потребляя органические вещества, содержащиеся в биомассе и биологических отходах, выделяют горючий газ. Но даже при самых благоприятных условиях выделение горючего газа происходит не сразу – вначале нужен процесс ферментации биомассы, разложение которой происходит в несколько этапов за определенные периоды времени.

Стадии синтеза биогаза

Для размножения и жизнедеятельности выделяющих метан метаногенов нужна питательная среда, которая формируется в установке для получения биогаза предыдущими поколениями других бактерий. В первой стадии белки, жиры и углеводы, имеющиеся в биомассе, под воздействием гидролитических ферментов распадаются на простые органические соединения: аминокислоты, сахар, жирные кислоты. Данная стадия протекает под действием ацетогенных бактерий и называется гидролизом.

Различные бактерии, вид под микроскопом

Во второй стадии под действием гетероацетогенных бактерий происходит гидролизное окисление части органических соединений, при этом получается углекислый газ, свободный водород и ацетат.

Не окислившаяся часть получившихся на первой стадии простых органических соединений при взаимодействии с образовавшимся на второй стадии ацетатом формирует простейшие органические кислоты, которые и являются необходимой питательной средой для бактерий, выделяющих метан на третьей стадии.

Стадии жизнедеятельности микроорганизмов при образовании метана

Именно на третьей стадии происходит производство биогаза, интенсивность которого зависит от таких основных факторов:

Состава биомассы;
Температуры питательной среды;
Давления внутри установки;
Кислотно-щелочного баланса pH;
Соотношения воды и загружаемой биомассы;
Измельчения сырья и частоты перемешивания субстрата;
Наличия стимулирующих и замедляющих компонентов в среде;
Соотношения углерода, фосфора, азота и других элементов.

Схематическое отображение основных узлов биогазовой установки

Оптимальный состав сырья для производства биогаза

Поскольку белки, жиры и углеводы содержатся в любой биомассе растительного или животного происхождения, а также в отходах жизнедеятельности и пищевой промышленности, то помимо научных лабораторий и промышленных установок, вполне реально получать биогаз в домашних условиях.

Отключаемые счетчики электроэнергии на пульте. Все с документами пломбами, гарантией и без посредников!

Но в самодельной домашней установке будет очень трудно контролировать описанные выше параметры. На видео ниже показан пример промышленной биогазовой установки для дома:

В продолжение данной темы в следующей статье будет подробно рассказано о существующих типах генераторов биогаза и самодельных биогазовых установках, которые народные умельцы делают своими руками.

На данном этапе стоит напомнить, что биогаз горюч и взрывоопасен, а чрезмерное давление может разорвать биогазовую установку с последующем взрывом газа. Поэтому первоочередным контролируемым параметром должно быть давление в установке и герметичность конструкции.

Примеры сырья для получения биогаза

Максимальное количество биогаза можно получить из животных жиров – около 1500 м3 из тонны сырья при концентрации метана 87%. Также значительный выход биогаза получается из пережаренного растительного масла – около 1200 м3 при концентрации Ch5 68%.

Значительно меньше биогаза получается из семян различных растений от 500 м3 — 54% Ch5, (овес) до 644 м3 — 65,7% Ch5 (рапс). Из силоса кукурузы, травы и других растений можно получить 450-100 м3 при средней концентрации метана 55-50%.

Возможное получение биогаза из различных семян и корнеплодов

Биогаз из отходов жизнедеятельности животных

Из навоза животных выход газа получается значительно меньшим, так как после прохождения пищевого тракта в отходах жизнедеятельности количество питательных веществ для метанобразующих микроорганизмов мало.

Поскольку у птиц пищеварительная система предназначена для быстрого отбора основной части питательных веществ из пищи, с частыми испражнениями для облегчения полета, то выход биогаза из помета будет наибольшим – около 100 м3 при 65% Ch5.

Применение биогазовой установки наиболее выгодно на птицефермах, где существует проблема утилизации птичьего помета

Тогда как навоз крупного рогатого скота обладает наименьшим выходом биогаза – в среднем 25 м3 при 55% Ch5, из-за пищеварительного тракта, предназначенного для максимального извлечения питательных веществ из корма в течение длительного времени с многократным пережевыванием пищи.

Выход биогаза из навоза увеличивается при его смешивании с подстилкой и остатками корма. Также имеет значение влажность и свежесть навоза – для более подробных данных нужно изучать специальные таблицы.

Возможное получение биогаза из навоза сельскохозяйственных животных

Большое влияние на скорость брожения и концентрацию метана в биогазе оказывает качество воды и наличие примесей. Сильно хлорированная водопроводная вода, используемая для разбавления навоза, будет угнетать процесс брожения.

Если при уборке стойл применяются бактерицидные вещества и химические моющие средства, то скорость реакций в биогазовой установке значительно замедлится. По этой же причине возникают значительные трудности при газификации отходов канализации человеческого жилья из-за малой рентабельности и большой концентрации моющих средств.

Несмотря на низкий выход биогаза из отходов жизнедеятельности организмов, в самодельных биогазовых установках необходимо добавлять навоз в другие виды сырья для размножения в субстрате всех требуемых видов бактерий, которые изначально проживают в пищеварительном тракте

Содержащий бактерии навоз необходимо добавлять в субстрат для получения биогаза

Состав биогазовой смеси

Как говорилось выше, на разных стадиях в процессе биосинтеза помимо метана выделяются углекислый газ и водород. Также в зависимости от сырья выделяются аммиак и сероводород. Водород хоть и горюч, но его летучесть не позволяет использовать этот газ в стандартных газовых установках.

Аммиак и сероводород являются ядовитыми соединениями, которые вредят как бактериям внутри биогазовой установки, так и окружающей среде. Углекислый газ является балластом, а его большое количество в смеси значительно снижает горючесть и калорийность биогаза.

Среднее процентное соотношение примесей в биогазе, получаемом из различного сырья

Очевидно, что из-за большого количества примесей использование биогаза в обычных котлах и кухонных плитах возможно только после тщательной очистки синтезированной газовой смеси. Очищают полученный биогаз в несколько этапов, но практически невозможно достичь идеально чистого метана, главное, чтобы концентрация примесей не выходила за установленные нормы.

Пламя горящего биогаза должно быть чистым, как и вся биологическая энергия

На первом этапе очистки биогаз проходит через водяной фильтр, где растворяется большая часть углекислого газа, аммиака и различных ароматических соединений. Вода с большой концентрацией растворенного углекислого газа и аммиака может использоваться для выращивания водорослей, которые, в свою очередь, пойдут на синтез биогаза в биогазовой установке.

Системы очистки биогаза на промышленной биогазовой установке

После водяной очистки биогаз поступает на фильтр очистки от сероводорода. Наиболее простым является фильтр из металлической стружки и опилок, на которых осаждается сера. В промышленных фильтрах применяются специальные катализаторы и осаждающие серу растворы. Наилучшее качество биогаза получается после прохождения мембранного фильтра, где на молекулярном уровне отсеиваются молекулы нежелательных примесей.

Очистка биогаза до чистого метана при помощи мембранного фильтра

Описание влияния некоторых факторов на выделение биогаза

Для определения скорости брожения и интенсивности выделения биогаза одним из решающих факторов является температура смеси. Нужен термометр, а лучше электрический датчик для контроля температурного режима.

В промышленных биогазовых установках температурный режим и другие параметры контролируются специальными контроллерами. Иногда теплоты реакции бывает достаточно для поддержания оптимальной температуры, но чаще всего субстрат приходится подогревать, особенно в холодный период года.

Компьютеризированный контроллер биогазовой установки с газоанализаторами

По температурному режиму различают три вида анаэробного брожения:

Психрофильные установки, работающие без обогрева, где температура самопроизвольно поддерживается на уровне 15-25ºC. Применяются в странах с теплым климатом;
Мезофильные, требуют дополнительного незначительного обогрева для поддержания температуры 25-40ºC. Обладают наиболее богатым составом образующихся после генерации экологически чистых удобрений, из-за чего оптимально подходят для небольших хозяйств;
Термофильные биогазовые установки, требующие больших затрат энергии, для поддержания температуры свыше 40ºC, максимум 90ºC. При данной температуре гибнут болезнетворные бактерии в образующихся удобрениях, и получается наибольший выход биогаза, из-за чего широко применяется при промышленном производстве биологического газа.

Термоизоляция реактора термофильной биогазовой установки

Наряду с температурой большое значение имеет размер твердых частиц навоза, отходов и биомассы. Чем меньше частицы сырья, тем больше площадь контакта бактерий с питательной средой. Поэтому самое главное при приготовлении сырья – это его измельчение.

Контакт бактерий с пищей затрудняется в процессе биосинтеза из-за накопления продуктов жизнедеятельности микроорганизмов. Поэтому своевременное перемешивание субстрата в процессе брожения также являет собой значительный фактор для газификации биомассы. Пример промышленной биогазовой установки с контролем всех параметров:

Рентабельность производства биогаза

Лидером в производстве качественного биогаза из выращиваемого сырья и отходов животноводческих ферм является Германия. Рентабельность биосинтеза газа определяется большой стоимостью энергоносителей с одной стороны и наличием стимулирующих государственных программ.

Стимулом к внедрению биогазовых технологий является как значительная субсидия при покупке экологических энергоносителей у производителей, так и внушительная сумма штрафа за загрязнение окружающей среды не переработанным навозом.

Экологически чистый биогазовый комплекс в экономически развитой стране

В бедных деревнях Индии и Китая собственники полукустарных биогазовых установок практически не очищают свой газ, тут же сжигая его в плите или газовой горелке. В данных странах производство биологического газа из бытовых отходов и специально выращиваемого растительного сырья окупается благодаря низкой стоимости ручного труда крестьян и небольшой стоимости самих установок, лишенных дорогих систем очистки и сложных автоматизированных комплексов контроля и управления.

Пример полукустарных биогазовых установок в бедных деревнях Азии

В прессе и интернете можно найти много жизнерадостных заголовков типа: «Экономия бюджета с помощью биогазовой установки», «Бесплатная энергия из навоза», «Биогаз своими руками», но на практике ожидания по окупаемости дорогостоящего оборудования и затрат расходятся с реальностью. Это происходит из-за сложности контроля всех параметров, а также необходимостью подогрева для оптимальной скорости брожения. Пример оптимистического новостного сюжета:

В следующей статье будут приведены примеры самодельных установок с демонстрацией выхода газа в реальных условиях, и каждый сможет для себя определить рентабельность самостоятельного производства биогаза, исходя из своих возможностей и тарифов на энергоносители.

Значительным достоинством самостоятельного производства биогаза является побочное получение высококачественного экологически чистого удобрения. На видео ниже мастер объясняет теоретические основы получения биогаза и получения удобрений.

Как из навоза получить биогаз и как правильно его использовать? :: Вопрос

Получение для нужд усадебного хозяйства биогаза из навоза вполне реальная задача как для сельского умельца, например кузнеца Юрия Давыдова из Липецкой области, так и для домашнего мастера из ближнего Подмосковья. Сырьем для получения биогаза может служить не только навоз, но и другие отходы, которые до того за ненадобностью вывозились в ближайший лес.

Таблица. Влияние вида исходного сырья на выход биогаза.

№ п.п.	Исходное сырье	Ед. изм.	Выход биогаза из1 кгсухого вещества	Содержание метана в газе, %
1	Трава	л/кг	630	70
2	Древесная листва	л/кг	220	59
3	Сосновая игла	л/кг	370	69
4	Ботва картофельная	л/кг	420	60
5	Стебли кукурузы	л/кг	420	53
6	Мякина	л/кг	615	62
7	Солома пшеничная	л/кг	340	58
8	Солома льняная	л/кг	360	59
9	Шелуха подсолнечника	л/кг	300	60
10	Навоз КРС	л/кг	200-300	60
11	Конский навоз с соломой	л/кг	250	56-60
12	Домашние отходы и мусор	л/кг	600	50
13	Фекальные осадки	л/кг	250..310	60
14	Твердый осадок сточных вод	л/кг	570	70

Энергетическую проблему кузнец Давыдов для своего подворья решил так:

вырыл большую яму;
уложил в нее огромные бетонные кольца;
накрыл конструкцию железным колоколом весом в тонну;
трубы в сторону от агрегата отвел;
собрал у всех соседей порядка 5 т навоза;
заполнил пахучей массой установку и стал ждать.

Уже через несколько дней купол начинает наполняться биогазом. Летом, когда жарко, дело быстрее идет, зимой чуть помедленнее. Если газ не стравливать, может сорвать купол, поэтому следует установить через тросовую систему противовес. Получение биогаза в домашних условиях по Давыдову:

смешать 1,5 тонны коровьего навоза и 3,5 тонны сгнившей листвы, ботвы и прочих отходов;
добавить в смесь воды до 60-70% влажности;
заложить смесь в яму и с помощью змеевика разогреть до 35ºC;
смесь начнет бродить и без доступа воздуха саморазогревается до 70ºC.

Время производства газа из навоза – две недели. В день установка вырабатывает до 40 м3 «голубого топлива». Пяти тонн смеси хватает для выработки биогаза в течение шести месяцев. Наиболее простым способом использования биогаза является сжигание его в газовых горелках, так как газ можно подводить к ним из газгольдеров под низким давлением. Так и поступили Давыдовы, которые сначала собственным газом баньку отапливали, еду на нем поросятам варили, а потом и в дом биогаз провели. Однако стоит заметить, что для адаптации кухонных плит к биогазу, их нужно доработать. Но все же более предпочтительно использование биогаза для получения механической и электрической энергии. Это приведет к созданию собственной энергетической базы, обеспечивающей эксплуатационные нужды хозяйств. Кроме того крупные биогазовые установки можно использовать для создания производств по получению ценных химических продуктов для народного хозяйства. На биогазе могут работать газосжигающие устройства, вырабатывающие энергию, которая используется для отопления, освещения, снабжения кормоприготовительных цехов, для работы водонагревателей, газовых плит, инфракрасных излучателей и двигателей внутреннего сгорания.

blogstroiki.ru

Выход биогаза из разных видов субстратов

Каков выход биогаза из различных видов субстратов?

Преимущества биогазовых установок успели оценить многие владельцы фермерских хозяйств, животноводческих комплектов, птицефабрик и проч. Польза и эффективность этих устройств не подвергается никакому сомнению, ведь при переработке органики в них выделяется газ, сходный по химическому составу с природным. Объем выделяемого биогаза, в первую очередь, будет зависеть от вида используемого сырья. Что традиционно применяется для этих целей?

· Травяная часть растительных культур – силос. Безусловными лидерами в этой группе являются смесь стеблей и початков кукурузы и силос зерновых – при их переработке выделяется 451,3 куб. м. и 214,1 куб. м. газа соответственно.

· Корнеплоды, овощи либо зерновые культуры (семена). Особенно эффективная переработка рапса (644,5 куб. м.) и картофельного крахмала (605,6 куб. м).

· Получение биогаза из водорослей в будущем может составить достойную конкуренцию переработке отходов производства. Уже сейчас существуют технологии, позволяющие осуществлять этот процесс.

· Жир, масло – абсолютные «чемпионы» по количеству выделяющегося газа.

· При переработке отходов животноводства, птицеводства и пищевой промышленности также образуются большие объемы биотоплива.

Какое бы сырье для биогаза Вы не планировали использовать, установка очень быстро окупает все затраты на ее строительство и начинает приносить сплошные выгоды своим владельцам.

Чем выгодно получение биогаза из органических отходов?

Животноводческий сектор, выращивание растительных культур и многие другие отрасли промышленности предусматривают большое количество органических отходов. Использование биогазовых станций на таких предприятиях позволяет уменьшить затраты на обслуживание хозяйства, получать сбалансированное и обогащенное полезными веществами удобрение и быстро перерабатывать производственных отходы. Подобные установки – это экологичные, современные и высокотехнологичные устройства, которые очень быстро окупают все затраты на их установку и начинают приносить чистую прибыль. Биотопливо обычно используется для отопления, освещения, облуживания цехов, оно может применяться для работы двигателей внутреннего сгорания и т. д. Оснастив свое предприятие биогазовой установкой, Вы освобождаете себя от дополнительных коммунальных трат и создаете собственную энергетическую базу, обеспечивающую эксплуатационные нужды хозяйства.

Силос и энергетические культуры.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Силос суданской травы (1й укос, начало цветения)	21.9	90.3	98.0	52.6
Люцерна (2й укос)	35.0	87.6	141.0	54.8
Силос клевера (1й укос, начало цветения)	35.0	88.6	185.1	55.1
Стебли кукурузы и початки (смесь) 2% сырой клетчатки	65.0	98.0	451.3	52.6
Зелёная рожь, конец цветения	30.0	88.6	149.7	53.3
Кукурузный силос	33.0	95.8	185.3	52.2
Травяной силос	40.0	89.2	208.3	54.1
Просо, фаза восковой спелости	35.0	88.5	162.7	53.0
Силос фуражной смеси (вика, овёс, ячмень), стадия цветения	35.0	88.5	168.3	54.1
Силос рапса	14.0	80.0	75.4	55.9
Силос листьев сахарной свёклы	18.0	80.5	88.2	54.4
Силос зерновых (целое растение), полное зерно	42.0	94.2	214.1	52.1
Силос пшеницы (целое растение)	40.0	93.6	187.7	52.4
Силос красного клевера (1й укос)	30.0	87.0	140.1	55.3
Силос ржи /тритикале	38.0	93.2	176.6	52.4
Силос клевера (2й укос, начало цветения)	35.0	88.3	159.4	54.7
Силос красного клевера (2й укос)	30.0	87.8	137.9	55.2
Силос ржи (2й укос, стадия цветения)	35.0	88.3	169.7	53.9
Травяной силос (1й укос), начало интенсивного роста	25.0	87.8	132.2	54.6
Кукурузный силос, глянцевая спелость, полное зерно	35.0	96.0	201.5	52.3

Корнеплоды, зерно, семена.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Ячмень двухрядный	87.0	97.2	578.5	52.7
Кукуруза сухая	87.0	98.3	590.3	52.8
Овёс	87.0	96.7	501.1	54.1
Свекловичная, паточная стружка	89.6	92.0	569.0	51.9
Свежая сахарная свёкла	23.0	91.9	147.1	50.8
Стружка сахарной свёклы	91.6	94.6	594.3	50.6
Рожь	87.0	97.8	597.0	52.0
Подсолнечник	88.0	96.6	594.5	63.5
Пшеница	87.0	98.1	598.2	52.8
Горох	87.0	96.3	581.4	55.0
Рапс	88.0	95.5	644.5	65.7
Картофельные хлопья	88.0	94.7	556.3	50.6
Картофельный крахмал	83.6	99.5	605.6	50.0
Картофель свежий	26.0	93.4	177.1	51.4

Овощи.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Отходы овощей	15.0	76.0	57.0	56.0
Лук	9.6	94.0	80.3	65.0
Луковая кожица	82.4	67.0	267.8	65.0
Морковь	11.9	88.3	73.3	52.0
Цветная капуста	9.6	92.7	59.2	56.0
Свежая тыква	8.4	91.5	50.9	55.8

Жир, масло.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Жир	95.0	92.0	874.0	68.0
Глицерин	100.0	99.5	845.7	50.0
Льняное масло	99.9	99.9	1222.6	68.0
Рапсовое масло	99.9	99.9	1197.6	68.0
Соевое масло	99.9	99.9	1222.6	68.0
Подсолнечное масло	99.9	99.9	1222.6	68.0

Отходы животноводства.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Жидкий свиной навоз	6.0	85.0	20.4	60.0
Свиной навоз с подстилкой	22.5	82.5	74.3	60.0
Овечий навоз	30.0	80.0	108.0	55.0
Жидкий навоз скота на откорме	10.0	85.0	34.0	55.0
Свежий коровий навоз	25.0	80.0	90.0	50.0
Навоз молочных коров	8.5	85.0	20.2	55.0
Навоз молочных коров с остатками кормления	8.5	85.0	25.3	55.0
Лошадиный навоз	28.0	75.0	63.0	55.0
Помет куриный, сухой	40.0	75.0	80.0	55.0
Помет куриный свежий	15.0	75.0	100.0	65.0

Отходы пищевой промышленности.

Субстрат	Сухое вещество %	Органическое сухое вещество %	Выход биогаза м3/т	Метан Ch5 %
Каныга	15.0	84.0	60.5	55.0
Очистки сои	90.0	95.1	516.7	52.7
Картофельная барда, свежая	6.0	86.7	35.0	56.3
Овсяные хлопья	91.0	98.1	619.7	53.5
Пивная дробина, свежая	24.0	95.5	122.2	59.3
Отруби	89.0	86.5	262.4	50.7
Силосованная пивная дробина	26.0	95.2	136.5	59.1
Яблочная мезга	22.0	97.6	111.6	51.7
Соевая мука	87.0	93.3	551.6	61.2
Пшеничная барда, жидкая	6.0	94.0	36.1	58.9
Кукурузный глютен	90.5	97.9	597.1	66.0
Лактоза	100.0	99.7	756.0	50.0
Цельное коровье молоко	13.5	94.7	114.9	62.8
Пивные дрожжи, варёные	10.0	91.8	60.7	62.1
Пивные дрожжи, сухие	90.0	91.9	505.8	61.0
Старый хлеб	65.0	97.2	482.0	52.8
Отходы пекарен	87.7	97.1	650.6	52.8
Отходы сыроварни	79.3	94.0	673.8	67.5
Пищевые отходы с низким содержанием жира, влажные	14.4	81.5	75.4	59.8
Пищевые отходы с высоким содержанием жира	18.0	92.3	126.5	62.0
Пахта, свежая	8.0	92.3	54.4	59.2
Казеин	88.0	93.1	567.4	69.1
Обезжиренное молоко, сухое	94.1	91.7	628.7	57.7
Рапсовая мука	88.6	92.1	496.1	59.8
Мука подсолнечника	89.4	91.9	488.2	61.3
Разные пищевые отходы	40.0	50.0	120.0	60.0