Биогаз как сделать: Страница не найдена — Аква-Ремонт | Сруб Всем! — Строительство деревянных домов из бревна, бруса и бревен

Содержание

Биогазовая установка для частного дома своими руками

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Содержание статьи:

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Биогазовые установки идеально подходят для фермерских хозяйств. Отходы жизнедеятельности животных способны дать достаточно газа для полноценного обогрева жилых помещений и хозяйственных построек

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

В идеале биореактор должен подогреваться. Каждые 10 градусов тепла увеличивают выработку газа вдвое. Хотя обустройство подогрева требует вложений, это окупается большей эффективностью конструкции

Самодельное , собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Преимущества и недостатки системы

Биогазовые установки имеют немало преимуществ, но и недостатков хватает, поэтому перед началом проектирования и строительства следует все взвесить:

Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.

У биогаза есть и недостатки. Хотя это относительно чистое топливо, оно все же загрязняет атмосферу. Также могут возникать проблемы с поставками растительной биомассы.

Безответственные владельцы установок нередко заготавливают ее так, что истощают землю и нарушают экологический баланс.

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

Галерея изображений

Фото из

Устройство биореактора из утепленной пластиковой емкости

Удобный транспорт для перевозки субстрата

Компактная установка промышленного производства

Биогазовая установка на молочной ферме

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

дрова – 3.5 кг;
уголь – 1-2 кг;
электричество – 9-10 кВт/ч.

Если знать примерный вес сельскохозяйственных отходов, которые будут доступны в течение ближайших лет, и количество необходимой энергии, можно просчитать рентабельность биогазовой установки.

Один из главных недостатков добычи биогаза – запах. Возможность использования небольших компостных куч – это большой плюс, но придется терпеть неудобства и тщательно контролировать процесс, чтобы не спровоцировать распространение болезнетворных микроорганизмов

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Расчет субстрата сделан для одной закладки на полгода, если исходить из умеренного потребления газа. Примерно через 10-15 дней процесс ферментации даст первые результаты: газ появится в небольших количествах и начнет заполнять хранилище. Через 30 дней можно ожидать полноценной выработки топлива.

Оборудование для производства биогаза пока еще не особенно распространено в нашей стране. Во многом это связано с плохой информированностью людей о преимуществах и особенностях работы биогазовых систем. В Китае и Индии многие небольшие фермерские хозяйства оборудованы кустарными установками для получения дополнительного чистого топлива

Если установка работает правильно, объем биогаза постепенно будет увеличиваться, пока субстрат не перегниет. Производительность конструкции напрямую зависит от скорости брожения биомассы, которая в свою очередь связана с температурой и влажностью субстрата.

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные , в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к , без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте .

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Способы подогрева биореактора

Микроорганизмы, перерабатывающие субстрат, есть в биомассе постоянно, однако для их интенсивного размножения нужна температура 38 градусов и выше.

Для подогрева в холодный период можно использовать змеевик, подсоединенный к системе отопления дома, или электрические нагреватели. Первый способ экономически выгоднее, поэтому чаще используют именно его.

Биогазовую установку необязательно заглублять в землю, есть и другие варианты обустройства. Пример работы системы, собранной из бочек, приведен в видеоролике ниже.

Проще всего обустроить подогрев снизу, проложив трубу от системы отопления, но эффективность работы такого теплообменника относительно низка. Лучше обустроить внешний обогрев, в идеале – паром, чтобы биомасса не перегревалась

Выводы и полезное видео по теме

Хотя в сборке и обустройстве биогазового оборудования нет ничего сложного, нужно быть предельно внимательным к деталям. Ошибки недопустимы, т.к. могут привести к взрывам и разрушениям. Предлагаем видеоинструкции, которые помогут разобраться в устройстве установок, правильно их собрать и дополнить полезными приспособлениями для более удобного использования биогаза.

В видеоролике рассказано, как устроена и работает стандартная биогазовая установка:

Пример самодельной биогазовой установки. Видеоурок по обустройству системы своими руками:

Видеоинструкция по сборке биогазовой установки из бочки:

Описание процесса изготовления мешалок для субстрата:

Подробное описание работы самодельного газового хранилища:

Какой бы простой ни была биогазовая установка, выбранная для частного дома, не стоит на ней экономить. Если есть возможность, лучше купить разборный биореактор промышленного производства.

Если нет – изготовить из качественных и устойчивых материалов: полимеров, бетона или нержавеющей стали. Это позволит создать по-настоящему надежную и безопасную систему газоснабжения дома.

Появились вопросы по теме статьи, нашли недочеты или есть ценная информация, которой вы можете поделиться с нашими читателями? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом.

Биогазовая установка своими руками

Рост цен на энергоносители заставляет задуматься о возможности обеспечить себя ими самостоятельно. Один из вариантов — биогазовая установка. С ее помощью из навоза, помета и растительных остатков получают биогаз, который после очистки можно использовать для газовых приборов (плиты, котла), закачивать в баллоны и использовать его как топливо для автомобилей или электрогенераторов. В общем — переработка навоза в биогаз может обеспечить все потребности дома или фермы в энергоносителях.

Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Содержание статьи

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».

В некоторых случаях выход газа чрезмерный, тогда его запасают в газгольдерах — для использования в период его недостаточного количества. При грамотной организации процесса газа может быть слишком много, тогда его излишки можно продавать. Еще один источник дохода — перебродившие остатки. Это высокоэффективное и безопасное удобрение — в процессе сбраживания погибает большинство микроорганизмов, семена растений теряют свою всхожесть, яйца паразитов становятся нежизнеспособными. Вывоз на поля таких удобрений положительно влияет на урожайность.

Условия для выработки газа

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.

Организация цикла переработки навоза и растительных отходов в биогаз

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.

Схема установки для переработки навоза в биогаз

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.

Простейшая биогазовая установка из пластиковой бочки

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.

Сколько можно получить биогаза из различных отходов

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.

<center><ins class="lazy lazy-hidden adsbygoogle" style="display:block; text-align:center;" data-ad-layout="in-article" data-ad-format="fluid" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="4491286225"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>

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.

Построить биореактор для выработки биогаза можно и из кирпича, но его надо хорошо заштукатурить с использованием присадок, обеспечивающих гидро- и газо- непроницаемость

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.

Порода животных	Объем экскрементов за сутки	Исходная влажность
КРС	55 кг	86%
Свинья	4,5 кг	86%
Куры	0,17 кг	75%

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.

Загрузка и выгрузка

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

Схема биогазового реактора без пологрева

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.

Формы биореакторов и варианты расположения люков загрузки и разгрузки

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.

Биогазовая установка с мешалкой и подогревом

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:

Примерный состав биогаза

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.

Фильтр для очистки биогаза от сероводорода

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.

Один из вариантов газгольдеров

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.

Виды мешалок для биореакторов

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.

Зависимость сроков переработки навоза в биогаз от температуры

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.

Для утепления биореакторов используют современные материалы

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, вспененный пенополиуретан. 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.

Как сделать биогазовую установку своими руками: назначение, принцип работы, изготовление

В условиях кризиса каждый владелец дома стремится к минимуму свести свои затраты на обогрев. Для этого используются альтернативные источники энергии. Одним из новых является получение биогаза, для производства которого используется обычный навоз. Биогазовая установка позволяет получать его, не прилагая особых усилий.

Установки для производства биогаза можно приобрести в специализированных фирмах. Однако если у вас возникнет желание, то вы можете создать ее своими силами. Использование такого оборудования позволит сэкономить на энергоносителях, стоимость которых год от года только возрастает. Когда у вас появится такая установка, то вы сможете получать и использовать в своих целях дешевую энергию, которая может применяться, в частности, для отопления вашего дома.

Кому нужны установки?

Это оборудование используется для получения из биологического сырья горючих газов. Нужны они повсеместно, где для выработки тепловой и электрической энергии используется такой вид топлива. Прежде всего, потребность в них есть в хозяйствах, где имеется большое количество биоотходов. Использование подобных установок позволяет сделать производство безотходным, а кроме этого значительно увеличить его рентабельность.

В этом случае исключаются затраты на покупку тепловой и электрической энергии. Используя оборудование для получения биогаза, животноводческие предприятия могут утилизировать отходы и получать электрическую энергию. Тепловая энергия, получаемая за счет биогаза, может использоваться для обогрева помещений — не только жилых, но и подсобных. Также этот вид топлива может применяться для выработки электроэнергии.

Выгодное использование

Используя биогазовую установку, можно получать электроэнергию, излишки которой можно продавать по рыночной стоимости, тем самым, превращая навоз в прибыль. Особенно выгодно использовать такое оборудование фермерам, которые содержат крупное хозяйство. Они могут приобрести готовую станцию, которая при работе будет вырабатывать биогаз. Однако стоимость такого оборудования, которое произведено на заводах, достаточно высокая. Но платя большие деньги, вы получаете надежную станцию, которая при соблюдении условий эксплуатации будет служить продолжительное время.

Если же вы не хотите тратить большие деньги на приобретение заводской станции, то можете потратить свое время и силы и построить такую установку своими руками. Для ее создания необходимы подручные материалы, что обеспечивает приемлемую стоимость оборудования станции, созданной своими силами. Работа самодельной установки ничем не будет отличаться от оборудования, которое изготовлено на заводе. Плюсом самостоятельного создания установки является еще и то, что при работах не придется тратиться на специальный инструмент. Можно вполне обойтись обычным, который есть у любого мастера.

Принцип образования биогаза

Тем, кто решил создать установку для производства биогаза, необходимо знать о технологии возникновения этого источника энергии. Процесс переработки биологических масс происходит в специальной емкости. Активное участие в нем принимают анаэробные бактерии.

Чтобы был запущен процесс производства биогаза, необходимо создать в нем определенные условия. Самое главное – в нем должен отсутствовать воздух. В этом случае возникает процесс брожения биомассы. Его продолжительность во многом зависит от количества сырья, которое используется для производства этого топлива.

Во время процесса брожения образуется газовая смесь. В её составе входят:

метан – 60%;
кислый газ – 35%.

На остальные компоненты газообразного вида, присутствующие в составе смеси, приходится 5%.

Именно так происходит образование газа, который потом отводится из реактора, подвергается процессу очистки. По ее завершении он может использоваться по назначению.

Особенности обслуживания

Отходы, подвергнутые такой переработке, потом могут использоваться в качестве хороших удобрений. Занимаясь производством биогаза, их необходимо периодически удалять из биореактора. Закладывать переработанное сырье можно на поля с овощными культурами. Создать биогазовую установку своими руками можно без особых проблем, если вы являетесь фермером или имеете доступ к предприятиям животноводства. Выгодным производство биогаза будет лишь в том случае, если у вас имеется источник поставки навоза или других отходов животноводческих предприятий.

Создание биореактора

Правильное создание биореактора возможно лишь в том случае, если вы знаете, из каких частей он состоит.

Устройство биореактора

За основу берут самую простую его конструкцию. Ею не предусмотрено наличие таких составляющих, как:

подогрев;
устройство для перемешивания биомассы.

В составе конструкции присутствует реактор, который известен еще и как метантенк. Благодаря ему происходит переработка навоза. Кроме этого, в составе биореактора присутствует бункер. Его посредством происходит загрузка органических отходов в реактор. Чтобы было удобно добавлять навоз, следует обустроить в конструкции этого оборудования входной люк. Также не помешает устройство гидрозатвора. А чтобы была возможность для выгрузки отработанного сырья, необходимо добавить в конструкцию трубу. Она также будет использоваться для отвода биогаза из установки.

Основные работы

Изготовить своими руками такую конструкцию довольно просто. Прежде чем заниматься работами, необходимо подобрать место на участке, где вы будете заниматься созданием биореактора. Там будет изготавливаться армированная емкость, основой для размещения которой будет выступать бетонная поверхность.

Сосуд, который будет создан впоследствии, и будет выступать в роли биореактора. В основании установки необходимо предусмотреть отверстия, через которые будет удаляться сырье, прошедшее процесс обработки. Отверстие должно быть сделано таким, чтобы иметь возможность для его плотного закрытия. Необходимость в этом связана с тем, что эффективность работы биореактора по переработке навоза обеспечивается только в условиях абсолютной герметичности.

Для того чтобы правильно рассчитать габариты бетонного цеха, необходимо учитывать количество одновременно используемых для переработки органических отходов. Для этого нужно еще до начала работы узнать, какое количество сырья на фермерском хозяйстве или в частном подворье будет появляться каждый день. Однако не стоит экономить на резервуаре, поскольку для полноценной работы биореактора необходимо, чтобы емкость была заполнена на две трети от имеющегося объема.

Для изготовления биореактора самый простой вариант — использование обычной бочки. В этом случае установка будет работать по следующему принципу:

Когда в резервуар биореактора, который находится на глубине в земле, попадают органические отходы, начинается процесс брожения. Это приводит к выделению биогаза.

Особенности изготовления емкостей

Биогазовые установки можно сделать небольшого объема для переработки органических отходов в незначительном количестве. Отличным вариантом будет использование не резервуара из железобетона, а стальной емкости, в качестве которой может выступать бочка.

Если вы решили использовать именно такой вариант, то при выборе металлического изделия необходимо учесть следующие моменты.

Прежде всего, внимание следует обратить на сварные швы. Они должны быть прочными и обеспечивать герметичность изделий. Если вы выбрали для создания биореактора бочку небольшой емкости, то не стоит рассчитывать на то, что в процессе ее работы количество полученного газа будет большим. Выход энергии будет во многом зависеть от массы одновременно перерабатываемых в реакторе органических отходов. Таким образом, для того чтобы получить 100 куб. м. биогаза, необходимо подвергнуть переработке навоз в количестве 1т.

Система подогрева в биогазовой установке своими руками

Изготовленная своими руками биогазовая установка будет наиболее эффективной в деле производства биогаза, если вы оборудуете ее подогревом. Это позволит ускорить процесс брожения биомассы. Если оборудование используется в южных районах, то необходимости в подогреве нет. Активацию процессов брожения обеспечивает температура наружного воздуха.

Однако если вы проживаете в районе с холодным климатом, тогда в зимнее время использование подогрева позволит вырабатывать достаточно большое количество газа. Следует знать о том, что при температуре брожения от 38 градусов Цельсия начинается этот процесс. Поэтому необходимо обеспечить, чтобы температура в бункере была не ниже этой отметки. В этом случае в биореакторе будет происходить процесс производства биогаза.

Способы оборудования установки подогревом

Установить подогрев в биореакторе можно несколькими методами.

Один из них предполагает подключение станции к системе отопления. Осуществляют это по типу змеевика. Его монтаж должен производиться под реактором.
Другой способ предусматривает установку электрического нагревательного элемента в основание резервуара.
Еще один метод организации подогрева предполагает применение электрических отопительных систем для нагрева резервуара.

Если для организации подогрева вы будете использовать автоматизированные системы, то включение устройства будет происходить без вашей помощи при поступлении в реактор холодной биомассы. Когда сырье прогреется до установленной температуры, то система нагрева отключится.

Чтобы качественно изготовить биогазовую установку своими руками, необходимо еще до начала работы подготовить чертежи, на которые необходимо ориентироваться при проведении работ. Элементы подогрева могут быть смонтированы в водогрейных котлах, поэтому необходимо позаботиться о приобретении необходимого газового оборудования.

Для того чтобы повысить количество вырабатываемого биогаза, можно кроме подогрева оснастить свою установку еще и устройством для перемешивания биомассы. Для этого придется потратить некоторое время и создать устройство, которое будет работать так же, как и обычный бытовой миксер. При помощи вала он будет приводиться в движение. Последний должен быть выведен сквозь отверстия в крышке.

Устройство системы вывода

Когда вы строите самостоятельно биогазовую установку, то не обойтись без создания системы отвода биогаза. Для этого необходимо в конструкции оборудования встроить специальное отверстие. Лучше всего сделать его в верхней части крышки. Последняя должна хорошо закрывать резервуар. Чтобы не произошло смешивания произведенного биогаза с воздухом, необходимо отводить готовый газ через гидрозатвор.

Заключение

Если вы владелец фермерского хозяйства, то у вас постоянно возникает большое количество органических отходов. Многие используют их в качестве удобрения на полях. Однако их можно применять с большей пользой для себя. Навоз можно использовать для производства тепловой и электроэнергии. Для этого необходимо установить биогазовую установку. Она перерабатывает навоз и производит биогаз. В специализированных компаниях можно приобрести её без особых проблем. Однако стоимость таких станций довольно высокая. Чтобы снизить свои расходы, можно устроить её своими руками.

Перерабатывая с её помощью навоз и другие органические отходы, вы можете получать топливо, которое можно использовать для обогрева своего жилища, а также помещений, где содержатся животные. Это позволит свести затраты на их содержание к минимуму и сделать производство более рентабельным.

Как получить биогаз в домашних условиях

Каждый год на нашей планете энергоресурсов становится все меньше и меньше. Именно из-за этого приходится искать все время новые, альтернативные источники энергии. Однозначно, через какое-то время на нашей планете закончатся нефтяные и газовые залежи, и тогда миру придется всерьез задуматься над добычей (сбором) и использовании в качестве основного источника энергии биогазов.

Что такое биогаз? Принципы добычи биогаза

Как уже было сказано, биогаз – альтернативный источник энергии. Выделяется он при ферментации различных бытовых отходов, а также отходов выделяемых животными (навоз).

Данный метод использовался еще с древних веков в Китае, но позже, спустя века был невостребованным и в результате оказался забыт.

Добыча биогаза в домашних условиях своими руками

Шаг 1: Выбор бочки

Сначала необходимо выбрать подходящую бочку, в который мы будем хранить «источник энергии», то есть, как вы поняли, пищевые отходы и навоз.

Шаг 2: Делаем отверстия

Делаем отверстия на входе и на выходе в бочке. Можно сделать с помощью дрели, но в данном случае, отверстие сделано с помощью нагретой металлической трубы.

Шаг 3: Установка труб

Устанавливаем трубы на входе и выходе в отверстия, сделанные нами ранее. Трубы вставляем и вклеиваем.

Шаг 4: Создание и установка держателя «бензобака»

Было взято ведро от краски на 20 литров, этот резервуар будет содержать добываемый нами газ. Бак фиксируется с помощью клапана, который используют сантехники.

Шаг 5: Добавляем коровий навоз

Смешиваем коровий навоз (5 кг на 50 литров) и добавляем воды. Помещаем в бак.

Шаг 6: Почти закончили

Первые 10-15 дней газ вы не получите, так как это время необходимо для того, что бы прошли все необходимые процессы.

Шаг 7: Избавляемся от двуокиси углерода

Для того, чтобы данный газ горел, необходимо избавится от двуокиси углерода. Этого можно добиться за счет использования обычного фильтра, которых много в разных строительных магазинах.

Вы сами заметите, как «топливный бак» будет подниматься по мере происхождения химических реакций. Тогда уже необходимо открывать клапан и получать биогаз.

Использовать биогаз можно для разных целей. Не рекомендуется использовать биогаз для приготовления еды, так как это может негативно повлиять на вкусовые качества (если не избавится от отдушек).

Биогаз рекомендуется использовать для технических задач: отопление дома, нагрев чего-либо. Чем больше резервуар с навозом, тем больше биогаза будет вырабатываться.

Видео-Урок: Добыча биогаза в домашних условиях

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

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

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

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

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

Что такое биометан

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

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

Биометан используют для следующих потребностей:

приготовления пищи;

в двигателях внутреннего сгорания автомобилей;

для отопления частного дома.

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

Как получают биометан

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

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

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

Под его сырьевую базу попадают:

пищевая промышленность;

животноводство;

птицеводство;

рыбный промысел и перерабатывающие комбинаты;

молокозаводы;

производство алкогольных и слабоалкогольных напитков.

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

Технология получения биологического топлива

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

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

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

Температурный режим функционирования бактерий

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

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

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

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

Как подготовить сырье для заливки в реактор

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

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

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

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

Технология очистки газа

При переработке навоза в биогаз получается:

30% углекислого газа;

1% примесей сероводорода и других летучих соединений.

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

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

Полученный газ сжимается под давлением 9 – 11 атмосфер.

Подается в резервуар с водой, где примеси растворяются в жидкости.

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

Как уменьшить содержание влаги

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

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

Принцип гидрозатвора

Какие установки применяют для получения биогаза

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

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

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

По типу управления имеются:

автоматические станции, в которых долив и откачка отработанного сырья осуществляется без участия человека;

механические, где весь процесс контролируется вручную.

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

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

Схема самодельной установки для получения биогаза из навоза

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

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

Видео: Биогаз из птичьего помета

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

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

Удачно выбрать место, чтобы оно находилось подальше от жилья (мало ли что).

Рассчитать предположительное количество навоза, которое ежедневно выдают животные. Как считать – читать ниже.

Определиться, где проложить загрузочную и отгрузочную трубу, а также трубу для конденсации влаги в полученном газе.

Определиться с местом расположения резервуара для отходов (по умолчанию удобрения).

Вырыть котлован, исходя из расчетов количества сырья.

Выбрать емкость, которая будет служить резервуаром для навоза и установить ее в котлован. Если планируется бетонный реактор, тогда дно котлована заливается бетоном, стенки выкладываются кирпичом и штукатурятся бетонным раствором. После этого необходимо дать время просохнуть.

Стыковки между реактором и трубами также герметизируются на этапе закладки резервуара.

Обустроить люк для осмотра реактора. Между ним ставится герметичная прокладка.

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

В конце работ проверить реактор на герметичность.

Расчет количества газа

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

курица – 165 г в сутки;

корова – 35 кг;

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

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

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

Отходы биомассы после получения газа

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

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

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

Полное использование продуктов биогазовой установки

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

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

Видео: Биогаз за 2 дня

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

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

Использование в качестве удобрения

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

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

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

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

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

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

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

Какие питательные вещества можно получить после отработки навоза

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

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

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

Способы хранения шлама

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

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

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

Понравилась статья? Поделись с друзьями:

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

Вам также будет интересно почитать:

Специфика получения биогаза

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Преимущества и недостатки системы

Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа солнечных батарей или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.

Расчет рентабельности установки

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

дрова – 3.5 кг;
уголь – 1-2 кг;
электричество – 9-10 кВт/ч.

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Инструкция по самостоятельному строительству

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте в этом материале.

Способы подогрева биореактора

Выводы и полезное видео по теме

В видеоролике рассказано, как устроена и работает стандартная биогазовая установка:

Пример самодельной биогазовой установки. Видеоурок по обустройству системы своими руками:

Видеоинструкция по сборке биогазовой установки из бочки:

Описание процесса изготовления мешалок для субстрата:

Подробное описание работы самодельного газового хранилища:

Как самому получать биогаз? | Огородники

Что вы знаете о биогазовых установках? Наверняка, многие наши читатели либо слабо знакомы с данной темой, либо думают, что это большие промышленные и очень сложные штуки, которые своими руками не построить. Отчасти так и есть. Если помониторить тему в сети, то сначала наверняка попадутся фото громадных установок, которые продаются за баснословные деньги. Их предлагают для промышленного производства биогаза. Но тот же интернет, как бездонный источник информации, способен выдать куда более интересные и доступные варианты. О них и пойдёт речь в данной статье.

Что такое биогаз

Биогазом называют продукт переработки органики анаэробными бактериями. В его составе основную часть занимает метан – в среднем 60-80%. На втором месте стоит углекислый газ, а за ним – в очень малых количествах водород и сероводород. По свойствам биометан ничем не отличается от добываемого природного газа. Он используется для приготовления пищи, заправки автомобилей, нагрева воды и получения электроэнергии. Готовый биометан представляет собой очищенный продукт, из которого удалены газы CO₂, H₂, H₂S.

Производство биогаза – не только выгодный процесс, завершающийся получением энергоёмкого газа и ценного удобрения. Но также мероприятие, способствующее уменьшению парникового эффекта. Этот газ в любом случае выделяется при переработке органики. Но если процесс проходит обычным способом, метан улетучивается в атмосферу. При организации биореактора этого не происходит.

Примечательно то, что огромное количество биометана выбрасывается в атмосферу на мусорных свалках. Дармовая энергия уходит в никуда. Люди засоряют природу и теряют ценный потенциал органических отходов.

Биогазовые установки своими руками

Получать биогаз самостоятельно может каждый желающий. Для этого нужно сделать всего две вещи: собрать небольшую установку и запастись подходящим органическим сырьём. Рассмотрим вопрос подробнее.

Из чего можно получать биогаз?

Для получения биогаза подходят практически любое доступное органическое сырьё. Проще всего добывать биометан из свежего навоза и помёта. Можно также брать какие-либо растительные остатки, и даже жир. Из него самый большой выход метана. Один килограмм сухого вещества способен дать до 500 л газа. Есть энергетические культуры, из которых можно получить больше биогаза, чем из остальных растений. Это сильфия, кукуруза и некоторые водоросли.

Питательный субстрат можно получать из четырёх основных видов органики:

• навоза/помёта;

• пищевых отходов;

• остатков различных растений;

• отходы от переработки мясной продукции.

Технология и оборудование

Биогаз можно получить своими руками. Это подтвердил Жан Пейн, сделавший свой дом полностью автономным в 70-х годах 20-говека. А самые первые установки были созданы в Индии в середине 19-го века. Не стоит пугаться сложности и громоздкости современного оборудования для получения биометана. В домашних условиях можно сделать установку значительно проще – она тоже будет работать.

Для такого дела понадобится ёмкость цилиндрической формы, которая будет обязательно закрываться герметично. Её можно сделать из металлической бочки или выложить из кирпича/камня/блоков с армированием и нанесением внутри слоя гидро- и газоизоляции. Без этого никак. Ёмкость может быть выполнена из любых материалов, позволяющих создать герметичные соединения и не вредящих жизнедеятельности анаэробных бактерий.

У основания биореактора должно быть специальное отверстие для удаления отработанного сырья. Его также нужно закрывать герметично, чтобы газ не выходил наружу в процессе брожения биомассы. Размер ёмкости может быть разным, он зависит от количества имеющегося сырья. Реактор должен быть заполнен не менее чем на 2/3. Остальная часть предусматривается для выделяющегося газа. Его выделяется в среднем от 50 до 200 кубометров из тонны сырья.

Показатели могут отличаться, потому что на них влияют масса разных факторов. Точное количество биогаза покажет практика. Самой большой энергоёмкостью отличается кукуруза – она даёт до 500 кубометров с тонны.

Схема самого простого биореактора:

1) Бочка на 250 литров.

Лучше всего взять пластиковую бочку. Она позволяет делать герметичные соединения и постепенно добавлять субстрат. Срок её работы с дозаправками практически неограничен, чего не скажешь о металлических ёмкостях. Их загружают один раз на 2-3 месяца, пока идёт активная выработка газа. После этого полностью освобождают от содержимого и загружают заново. То есть пополнение и слив здесь не применяется. Причина в сложности создания герметичных соединений из-за тонкого металла.Поэтому далее опишем конструкцию биореактора из пластиковой бочки, который позволяет догружать сырьё и удалять отработанный субстрат.

Для неё делают внешнюю теплоизоляцию, обматывая подходящим изоляционным материалом, потом подложкой-утеплителем для полов и сверху стрейч плёнкой или полиэтиленом. Внешний защитный слой создаётся с целью удержания достаточной температуры внутри бочки, которая нужна для работы микроорганизмов. Такую бочку можно поставить даже в хозяйственном помещении жилого дома.

2) Организация входа и выхода субстрата.

Они нужны для добавления органического сырья и слива отработанных отходов. Применяются серые канализационные трубы небольшого диаметра, которые используются в водоотведении квартир и домов. Для слива делается труба с «носиком» с помощью переходников – чтобы жидкость сливалась вниз. Для пополнения – труба с воронкой, направленная вверх. Все соединения тщательно замазываются резиновымгерметиком – как внутри, так и снаружи.

Трубы являются частью системы сообщающихся сосудов. Их верхние части расположены чуть выше уровня субстрата в реакторе. При добавлении смеси в одну трубу, из другой выливается столько же «отработки». Обе трубы входят в бочку примерно на высоте 20 см от пола.

3) Фильтры.

На выходе биогаза из биореактора ставят фильтры для очистки – один с водой и гашеной известью, другой с силикагелем, третий с металлической стружкой. Резервуары первых двух фильтров стандартные – используемые для очистки водопроводной воды. Третий представляет собой горизонтально расположенный отрезок серой канализационной трубы со штуцерами по бокам (с обработкой каучуковым герметиком). Труба небольшого диаметра, используемая в квартирах/домах.

Первый фильтр очищает от CO₂, второй от H₂O, третий от H₂S. Примесь водорода очень незначительная и не влияет на свойства биогаза, поэтому для него фильтров не ставят.

4) Шланг.

От биореактора до фильтров идёт прозрачный шланг небольшого диаметра. При выходе с бочки на него ставят штуцерный кран, позволяющий при надобности перекрывать поток.

После фильтров газ направляется в ёмкость для накопления/хранения.

5) Ёмкость для газа.

Народные умельцы используют для этого не только стандартные газовые баллоны, но и герметично запаянные рукава из плотного полиэтилена.

6) Механизм перемешивания.

Он состоит из стержня, выходящего из центра крышки, надетой на него куска пластиковой трубы внутри бочки и двух покрашенных металлических уголков, прикреплённых перпендикулярно на двух уровнях. К ним подсоединяются половинки отрезков пластиковых канализационных труб, выполняющих функцию лопастей.

Такая конструкция делается для перемешивания субстрата. Сверху на стержень крепится ручка, позволяющая вертеть его в горизонтальной плоскости. А снизу он стоит на крестовине из хвойной древесины, более устойчивой к гниению. Периодическое перемешивание способствует лучшей переработке органики. Его необходимо обязателоно проводить сразу после добавления очередной порции субстрата.

7) Отопление.

Внутри бочки спирально укладываются металлопластиковые трубы, заходящие внутрь и выходящие через штуцера. Через них проходит нагретая вода, поддерживающая необходимую температуру субстрата.

Без подогрева могут быть следующие параметры:

• минимальные – 18 градусов;

• оптимальные – 20-28 градусов, самый большой выход газа при температуре 23 градуса;

• не эффективные – ниже 15 градусов, в таких условиях получение биогаза становится нерентабельным.

В зимнее время года желательно подогревать реактор до оптимальной температуры.

В промышленных условиях используется три варианта режимов:

• психофильный – без подогрева, когда температура окружающей среды позволяет поддерживать описанные выше оптимальные параметры;

• мезофильный – нагрев производится от 30 до 40градусов;

• термофильный – субстрат нагревают до 54 градусов и выше.

В каждом из режимов участвуют соответствующие названию бактерии. Мезофильный и термофильныйрежимы позволяют ускорять сбраживание. Но требуют больше затрат на отопление. В домашних условиях при небольшом количестве сырья их создание может быть нецелесообразным.

Преимущество термофильного режима – самый активный выход биогаза и полное уничтожение болезнетворных бактерий в получаемом удобрении. Недостатки – нужно много энергии на подогрев и удобрение хуже по качеству/ценности. При температуре 70-75 градусов метагены способныразлагать древесину.

Мезофильный режим даёт более ценное удобрение, но не позволяет полностью его обеззаразить. Его можно назвать самым оптимальным из-за того, что скорость переработки органики высокая, а затраты на обогрев умеренные.

Важно знать: метанобразующие бактерии могут вести свою жизнедеятельность только в анаэробной среде. Это значит, что в бочке вообще не должно быть воздуха. Именно поэтому так важна герметичность соединений. Нельзя допускать попадание кислорода внутрь ёмкости.

Выход биогаза зависит от того, какие питательные веществаи в каком количестве есть в составе сырья. Для работы анаэробных бактерий помимо углерода и азота нужен целый перечень микроэлементов. Весь необходимый набор есть в навозе.

Описание самого простого домашнего реактора позволяет сформировать представление о биореакторах в целом и принципах их работы. При надобности устройство можно масштабировать или модифицировать, если оно будет выполняться из других материалов.

Запуск биореактора

Для того чтобы реактор начал свою работу, нужно заполнить его органическим субстратом не менее чем на две трети. И заселить его метаногенами – бактериями, перерабатывающими органику в метан в условиях отсутствия кислорода. Они есть в заболоченных местах и кишечнике млекопитающих. Эти микроорганизмы живут в температурном диапазоне – от 0 до 70 градусов. Для их эффективной работы субстрат должен быть хотя бы на 50% состоять из воды.

Метаногены можно взять из коровьего навоза. Их перемешивают с субстратом и герметично закрывают реактор. На тонну субстрата нужно 50-60 л свежего навоза. Газ начинает идти примерно через неделю (+/-). Если температура не достаточно высокая, скорость переработки может быть ниже, соответственно, биометан пойдёт позже.Подогрев до 30 градусов ускоряет процессы переработки.

До появления метана из реактора активно выходит углекислый газ.

Загрузка и выгрузка субстрата

Питательный субстрат находится в жидкой форме. Он состоит из измельчённых частей органики, перемешанных с водой. Воды в субстрате должно быть 50-80%. Новая порция составляет 5-7% от общего объёма субстрата в бочке.

Навоз нужно довести водой до кашеобразного состояния и можно сразу же загружать в реактор. С птичьим помётом так делать нельзя, потому что в нём много азота. Сначала необходимо залить его водой и подержать в открытом виде три дня. Это понизит его кислотность путём гидролиза и позволит использовать для питания бактерий. Без такой процедуры они могут погибнуть. Кислотно-щелочной баланс субстрата должен находиться в пределах pH = 6.5-8.5. Оптимальная цифра составляет pH = 7. Для доведения субстрата до таких параметров можно добавлять в него известковое молочко (известь пушонка, разбавленная водой).

Пищевые отходы и растительные остатки нужно измельчать и разбавлять водой до состояния кашицы. Допустимо использовать для этого любую органику. Мясокостные остатки тоже подходят для получения биогаза, больше всего метана дают жирные – больше 1000 кубометров с тонны.Стоит использовать для этого растительные жиры. Например, оставшиеся после приготовления картофеля фри или курицы гриль. Такие остатки наверняка можно бесплатно забирать в точках общественного питания.Любые органические отходы можно смешивать между собой в любых пропорциях и добавлять в реактор.

Подходящей культурой является эйхорния – водный гиацинт, который легко выращивать на своём участке. В воду, в которой он растёт, можно добавлять переработанный субстрат из бочки, тем самым проводя циклический процесс: растения пускать на корм бактериям в реакторе, а продукт их жизнедеятельности – на корм растениям. Получается замкнутый эффективный цикл.

Отработанная смесь представляет собой жидкость коричневого цвета. Она выходит самотёком при добавлении субстрата, причём в таком же объёме. Биореактоа может работать неограниченное количество времени при периодичной загрузке/выгрузке. После добавления новой порции органика начинает выдавать газ уже через полчаса.

Если необходимо произвести полную выгрузку субстрата либо провести какие-то ремонтные работы, можно отлить в отдельную герметичную ёмкость небольшое количество субстрата. Достаточно 100-200 л с биореактора на 5 кубометров. То есть примерно до 4%. В этой жидкости есть метаногены.

При следующей новой закладке реактора не нужно заново заселять субстрат новыми бактериями, достаточно использовать имеющиеся в качестве закваски. Они позволяют сэкономить ресурсы и ускорить процесс переработки.

Вопросы и ответы

Рассмотрим распространённые вопросы, возникающие у людей, интересующихся темой самостоятельного получения биогаза:

• Сколько метана в среднем даёт описанный реактор?

Бочка, которая содержит около 230 л субстрата, даёт в среднем 200-300 л газа в сутки. В зимний период может больше, когда в процентном соотношении добавляется больше жира (из пищевых отходов). Летом основная часть – это измельчённые растения.

• Как часто нужно добавлять субстрат?

В среднем через день-два. Нежелательно растягивать промежуток более чем на два дня. Бактерии быстро съедают органику и нуждаются в новой пище. Если вовремя не доливать питательный субстрат, упадёт выход газа.

• Есть ли у газа запах?

Несмотря на то, что метан не имеет своего запаха, биогаз всё-таки пахнет и не нуждается в добавлении одорантов. Причина в небольшом содержании сероводорода, который остаётся в газовой смеси, несмотря на очистку.

• Как метаногены реагируют на давление?

Они не любят повышения давления. Из-за этого они впадают в анабиоз, из-за чего выработка газа сильно снижается.

• Где взять бактерии для реактора?

Самый простой и доступный вариант – коровий навоз. Важно брать как можно более свежий, потому что метаногены на воздухе погибают.

• Кода начинает выделяться газ?

Если в реакторе подходящая температура и заселено достаточно бактерий, горючий газ пойдёт на 4-5 день, максимум через неделю. До этого сначала активно выходит углекислота.

• Стоит ли добавлять в биореактор дрожжи?

Нет. Это грибки, которые не участвуют в образовании метана. Они не оказывают положительного влияния на выход газа, который является продуктом жизнедеятельности бактерий.

• Какая установка нужна для отопления дома?

1 кубометр биометана выделяет до 6 кВт тепла. Расход на отопление зависит от площади дома и его теплопотерь. Те в свою очередь – от степени и качества утепления. Для отопления среднестатистического жилья нужно от 7-10 кубометров газа в сутки. Такое количество может произвести установка примерно такого же объёма. Это значит, что нужно делать соответствующийбиореактор. Но лишь в том случае, когда для него будет постоянное сырьё на протяжении всего отопительного периода. Если найти большое количество органики и загрузить его одноразово, она установка будет работать месяца до двух.

• Как и где использовать отработанный субстрат?

Жидкость, которая выходит из биогазовой установки – это биогумус, ценное удобрение. Он продаётся в магазинах для садоводства/огородничества. Его можно использовать на своём огороде, продавать, давать родственникам/знакомым и удобрять комнатные цветы. Если такой отработке дать постоять в незакрытом виде пару часов, в ней погибнут все метаногены. Такая жидкость не вызовет процессов газообразования.

• Из какого материала лучше делать биогазовую установку?

Можно использовать не только пластиковые. Но и металлические ёмкости. Но они недолговечны. Органические кислоты и сероводород постепенно разъедают металл. Не повреждаются только бочки из нержавейки, которые стоят дороже пластиковых. Второй минус в том, что металлические бочки нужно разгружать и загружать полностью. Со временемтакие ёмкости нужно заменять новыми.

• Что такое биореактор непрерывного действия?

Это установка, которая может работать сколь угодно долго с дозагрузкой смеси и выгрузкой переработанного субстрата. В отличие от реактора периодического действия, где органика загружается один раз до полной переработки, непрерывный не требует сразу большого количества субстрата – его можно догружать небольшими порциями. Это удобно и выгодно.

• Есть ли осадок в реакторе?

Нет, отработанный субстрат жидкий. В ёмкости ничего не оседает благодаря периодическому перемешиванию.

• Чем можно измельчать растительные отходы?

Если нет специального измельчителя, можно соорудить насадку на дрель и с её помощью делать субстрат в ведре. Насадка представляет собой две заточенные лопасти, сделанные из полотна ножовки по металлу. Они прикручены к шпильке перпендикулярно друг к другу на расстоянии 5 см.

Биореактор Жана Пейна

В статье «Отопление дома с помощью компоста» упоминалось о том, что французский лесник получал биогаз параллельно с нагревом воды в компостном кургане. В его центре стоял резервуар с жидким органическим субстратом, в который был добавлен навоз.

Это отличный вариант для биогазовой установки, которую не нужно специально обогревать. В кургане держалась температура, которая запускала мезофильный и термофильный режимы, благодаря чему шла интенсивная выработка биометана. Таким образом, Жан Пейн ещё в 70-х годах прошлого века создал отличную биосистему, которая давала газ, тепловую энергию и удобрение. Это самое эффективное использование органики.

Биогаз из куриного помета — AgroBiogas

Активное развитие биогазовых технологий начиналось со сбраживания отходов животноводства, в частности птицеводства. Далее – несколько примеров создания закрытых безотходных циклов производства и достижения энергетической независимости предприятиями, что стало возможным за счет внедрения биогазовых станций.

История начала стремительных темпов развития биогазовых технологий берет начало с 1973 года и искусственно созданного тогда нефтяного кризиса. А еще за несколько лет до того начались активные поиски альтернативных источников энергии, тогда появилась одна из первых биогазовых станций, построенная фермером-любителем и основным сырьем для нее стал, что интересно, птичий помет. Результат его «попытки» оказался впечатляющим, ведь он начал эксплуатировать газовый котел на производимом биогазе из куриного помета. Это стало одним из показательных в тот период примеров достижения уровня полной энергонезависимости за счет органических отходов, генерируемых на предприятии: биогазовое производство покрывало свои энергетические потребности, а также потребности обогрева помещений фермы. Еще одним знаковым примером реализации биогазовых технологий и создания закрытого безотходного и энергонезависимого цикла производства является предприятие по производству яичных макаронных изделий в Германии (Бургенланд). Так, холдинг, объединяющий птицефабрику, кормопроизводство и завод яичных макаронных изделий с более чем 50-летней историей, в 2010 году построил биогазовую станцию, сырьевой базой для которого стали органические отходы предприятий холдинга, а также отходы соседних фермерских хозяйств. Положительный эффект реализации данного проекта не заставил себя долго ждать, ведь местная концентрация поставщиков сырья позволяла избежать затрат и воздействия на окружающую среду при существующих поставках сырья на длинные расстояния. Решение о строительстве биогазовой станции было принято, несмотря на идею утилизации в основном птичьего помета и сопутствующих отходов агропромышленного комплекса с последующим использованием образующегося биогаза для обеспечения энергетических потребностей, как электрических, так и тепловых, для производства макаронных изделий. В основу процессов биогазового производства заложен трехступенчатый процесс анаэробного сбраживания, то есть без доступа кислорода. Первый метантенк служит приемным резервуаром для куриного помета, травы, силоса кукурузы, зерна и других сельскохозяйственных отходов. Здесь субстраты перемешиваются, насыщаются бактериальной микрофлорой, здесь же происходит частичное расщепление целлюлозных, гемицеллюлозных соединений и лигнина. Далее смесь субстратов относительно низкой вязкости, перекачивается во второй резервуар, где происходит первая ступень энергетического расщепления органического вещества. После чего частично сброженный субстрат перекачивается в третий метантенк на следующие две недели, с последующим выгрузкой сброженного субстрата в резервуар-хранилище. Биоудобрения, которые образовались в результате анаэробного сбраживания, с щелочным показателем кислотности на уровне 7,8, частично используются в качестве рециркулята для перемешивания в первом, приемном резервуаре, а остаток — готовое к внесению под культуры высококачественное биоудобрение.

Горячая вода и горячий воздух из органических отходов предприятия

Образование биогаза происходит во всех метантенках. Он собирается трубопроводами и закачивается в буферный газгольдер объемом около 300 м³. Произведенный биогаз служит топливом для двух 12-цилиндровых двигателей внутреннего сгорания, к каждому из которых подключен генератор мощностью 360 кВт.

Охлаждение и отработанное тепло двух комбинированных теплоэлектростанций нагревает воду в двух контурах до 95 и 130 ° С. Горячий воздух направляется на процессы основного производства. Горячая вода применяется для поддержания постоянной температуры процесса анаэробного сбраживания отходов, производственных цехов предприятия и курятников.

Электроэнергией предприятия холдинга также обеспечивает биогазовая станция, а излишки подаются в сеть. Таким образом реализуется закрыт безотходный цикл производства.

По данным Научно-исследовательского института возобновляемой энергетики, внедрение биогазовой станции холдингом позволяет экономить около 1100 тонн CO₂ по сравнению с предыдущей ситуацией. А на производстве одной пачки яичных макарон предприятие снижает выбросы углекислого газа более чем на 80 кг СО₂.

Внедрение технологий утилизации органических отходов предприятия — это ответственное обращение с органическими отходами, получение энергетического урожая для обеспечения собственного производства энергетическими источниками и замещения ископаемых источников энергии возобновляемыми, в соответствии с нуждами процессов, а также получение высококачественных биоудобрений, внесение которых обеспечивает устойчивое улучшение состояния почв и качества урожаев.

Алкогольный гигант начал заправлять машины остатками виски: Транспорт: Среда обитания: Lenta.ru

Шотландский алкогольный гигант по производству виски Glenfiddich придумал, как сделать свое предприятие безотходным и внести вклад в спасение природы от глобального потепления. Компания начала заправлять грузовики переработанными остатками сырья и жидкого мусора, сообщает портал ndtv.com.

Материалы по теме

00:01 — 9 апреля

«Тут все разваливается»

Долги, протечки и горы мусора: как несколько тысяч россиян стали заложниками управляющей компании

08:01 — 20 апреля

Предприятие Glenfiddich установило специальные заправочные станции на своем заводе в Даффтауне на северо-востоке Шотландии, в которые поступает биогаз со сверхнизким содержанием углерода, полученный из жидких отходов. Технология выработки экологичного топлива принадлежит материнской компании Glenfiddich — бренду виски William Grant&Sons. Ранее завод занимался продажей оставшегося после соложения зерна на производство высокобелковых кормов для крупного рогатого скота.

Биогаз применяется в трех специально переоборудованных грузовиках от фирмы Iveco, которые перевозят продукцию Glenfiddich от предприятия в Даффтауне до мест розлива и упаковки в центральной и западной Шотландии. Всего в автопарке компании 20 грузовиков, которые в дальнейшем планируют также полностью перевести на биогаз.

По данным предприятия, использование топлива из отходов при выпуске виски сокращает выбросы CO2 от автомобилей примерно на 95 процентов по сравнению с транспортом на дизельном и другом ископаемым топливе. Каждый грузовик на биогазе, по подсчетам Glenfiddich, уменьшит объем парниковых газов с завода на 250 тонн в год. Кроме того, производитель алкоголя рассчитывает расширить свою сеть заправок для транспорта других компаний.

Биотопливо играет огромную роль в мире для развития альтернативных источников энергии, которые помогают избежать глобального потепления. Летом 2021 года ученый Ульсанского национального института науки и техники в Южной Корее (Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST)) разработал туалет для кампуса, который обменивает человеческие фекалии на цифровую валюту. Студенты и сотрудники вуза тратят цифровые деньги на еду или книги, а переработанные отходы идут на выработку электричества, которым запитывают здание.

Backyard Biogas 101: мы отвечаем на 9 важных вопросов

Биогазовые автоклавы — простая технология, превращающая отходы в топливо, — существуют уже много столетий. Но только недавно бесстрашные городские поселенцы начали добавлять это изящное оборудование вместе со своими курятниками, огородами и дождевыми бочками.

Один из способов принести биогаз в дом — это купить готовую систему. HomeBiogas предлагает модель в масштабе заднего двора, которая продается по цене менее 1000 долларов.Израильская компания утверждает, что продала свои устройства, напоминающие небольшую палатку и способные производить час топлива для приготовления пищи на литр пищевых отходов, примерно 1000 семьям в 76 странах.

Также можно построить биогазовый реактор в стиле «сделай сам», но имейте в виду, что это значительно сложнее, чем создание компостной кучи или установка дождевой бочки.

Даже если вы купите сборный комплект, успешное преобразование отходов в пригодное для использования топливо требует самоотверженности — а иногда и множества проб и ошибок.Вот почему мы создали это небольшое руководство, чтобы познакомить вас с основами. Думайте об этом как о биогазе 101. Давайте начнем урок:

В чем разница между биотопливом и биогазом?

Органические отходы, будь то навоз животных, гуманоиды, скошенная трава или пищевые отходы, можно преобразовать в жидкое топливо (этанол) или газовое топливо (метан). Первое, часто называемое биотопливом, в больших масштабах производится на Среднем Западе, смешивается с бензином на нефтяной основе и продается на бензоколонках по всей стране.Последний продукт, часто называемый биогазом, иногда собирают со свалок, очистных сооружений и навозных лагун на промышленных фермах, которые обычно преобразуют топливо в электричество для обеспечения своей работы.

Как я могу использовать биогаз?

В домашних условиях биогаз обычно не преобразуется в электричество, а используется непосредственно в качестве топлива для приготовления пищи. Биогаз почти идентичен природному газу на основе ископаемого топлива и может использоваться в домашних условиях, таких как печи, водонагреватели, плиты и духовки.Однако в некоторых приборах могут потребоваться незначительные модификации (например, для преобразования стандартной печи требуется просто снять сопло для снижения давления внутри каждой горелки). Биогазовые реакторы также производят жидкие и твердые побочные продукты, которые можно использовать в качестве удобрений.

Как работает биогазовый реактор?

Большинство людей знакомо с аэробным разложением — это то, что происходит в любой успешной компостной куче. Напротив, анаэробное разложение происходит в илистой почве болота или в переувлажненной компостной куче.Микробы, которые размножаются естественным образом в таких условиях, при выполнении своей работы издают ужасный газообразный запах. Эти газы являются горючими, если улавливаются в герметичном резервуаре или другом контейнере, и, улавливая газ, вы также улавливаете запах.

Интернет наводнен конструкциями варочных котлов, сделанных своими руками, но все они используют несколько основных функций. Основным компонентом является герметичный резервуар, в котором происходит процесс пищеварения (то есть разложение) и собирается газ. Это может быть барабан на 55 галлонов, пластиковый резервуар для воды или резиновый «баллон» (представьте себе гигантский мешок Ziploc из толстой резины).Сырье (например, навоз, кухонные отходы и т. Д.) Откладывается через желоб на одной стороне резервуара; Некоторые системы также включают измельчитель, который измельчает материал до однородного осадка, что увеличивает эффективность устройства.

На противоположной стороне резервуара перепускной клапан позволяет отводить сточные воды для орошения, а клапан наверху направляет метан в бытовые приборы через обычную газовую трубу, которая есть на любом домашнем складе. На газовой линии должен быть установлен специальный фильтр для удаления сероводорода, природного, но чрезвычайно вонючего компонента биогаза.

Упрощенная иллюстрация того, как работает биогазовый реактор. Фото Павла С / shutterstock.com

Можно ли использовать биогазовый реактор в любом климате?

Да, теоретически.

Биогазовые реакторы наиболее распространены в тропических странах, потому что микробам, которые творит чудеса, для размножения требуется теплая погода — для оптимальной работы требуются температуры от 70 до 80 градусов днем и ночью. В более холодном климате их часто помещают в теплицу или под землю для утепления.В противном случае необходимо обеспечить искусственное отопление в той или иной форме, чтобы обеспечить надежный источник топлива в зимние месяцы, что, конечно же, не дает цели. Работа только летом возможна.

Какое обслуживание требуется для биогазового реактора?

Ежедневная работа биогазового варочного котла состоит в основном из добавления сырья и сбора богатой питательными веществами воды, которая переливается из резервуара (живая ткань — это в первую очередь вода, которая выделяется в процессе разложения).Густой ил, который скапливается на дне резервуара, необходимо время от времени удалять (это отличное удобрение).

Также важно регулярно контролировать уровень pH в резервуаре. В зависимости от используемого сырья и других факторов окружающей среды суспензия внутри резервуара может легко опрокинуться в сторону кислотного конца шкалы pH, что приведет к гибели микробов и прекращению производства биогаза. Подкисление легко исправить добавлением щелочного вещества, такого как известь или пищевая сода.

Это безопасно?

Хотя биогаз, конечно, легко воспламеняется, небольшие варочные котлы не создают давление в топливе до такой степени, как, скажем, в баллоне с пропаном. Это снижает риск взрыва почти до нуля. Если газ выходит из баллона, он просто рассеивается в воздухе. При использовании варочного котла внутри теплицы требуется вентиляция, поскольку вдыхание газа в замкнутом пространстве опасно для здоровья.

Это законно?

Американские строительные нормы и правила, насколько нам известно, не касаются непосредственно домашних биогазовых реакторов.Большинство людей, использующих их, вряд ли будут запрашивать разрешение у местных властей, и не совсем ясно, что они должны это делать. По сути, биогазовые котлы — это просто влажная замкнутая компостная куча, и это, безусловно, законно. С другой стороны, их можно рассматривать как устройство для удержания горючих газов, что беспокоит инспекторов строительства. Действуйте на свой страх и риск.

Что лучше: сделай сам или комплект?

Здесь находится компромисс между ценой и готовностью возиться.Микробы, производящие биогаз, привередливы и могут не выполнять свою работу, если условия не совсем подходящие, поэтому, возможно, стоит заплатить за продукт, который был доработан профессиональными дизайнерами, которые разработали все нюансы. С другой стороны, самодельный варочный котел можно построить всего за 50 долларов по частям.

Как я могу узнать больше / связаться с другими?

Существует множество книг по этой теме и бесчисленное количество веб-сайтов. Один из лучших онлайн-ресурсов — это руководство по биогазу, опубликованное Национальной информационной службой по устойчивому сельскому хозяйству.Онлайн-чат в Перми включает множество тем, связанных с биогазом, где энтузиасты обмениваются идеями и вдохновением.

Является ли биогаз «зеленым» источником энергии? | Сообщения в блоге

Биогаз приобрел популярность в последние годы как «более экологичное» топливо. Это метан, образующийся, когда анаэробное сбраживание разрушает органические вещества, как на свалках или в «варочных котлах», перерабатывающих навоз или пищевые отходы, которые затем можно использовать для замены обычного природного газа. Но действительно ли это решение для возобновляемых источников энергии? Что ж, возможно, вы не удивитесь, узнав: это сложно.

По сравнению с чистым природным газом, полученным путем бурения в земле, биогаз, безусловно, является более экологически безопасным вариантом. Около 80% природного газа в Соединенных Штатах добывается гидроразрывом — процессом, при котором вода, химические вещества и песок вытесняются глубоко в землю, чтобы разрушить горные породы. Процесс гидроразрыва может нанести значительный ущерб экосистемам и ландшафтам. Свалки и варочные котлы производят аналогичное топливо без ущерба для окружающей среды от процесса гидроразрыва пласта, используя материал, который уже существует и в противном случае пошел бы в отходы.

И есть дополнительные преимущества биогаза. Удаление большого количества навоза и пищевых отходов из окружающей среды предотвращает загрязнение азотом и сток в водные ресурсы. Биогаз также помогает снизить выбросы метана, который в противном случае мог бы уйти со свалок или навозных лагун. Использование этого метана в качестве топлива резко снижает его воздействие на климат, превращая его в CO2, который в 34 раза менее эффективен, чем парниковый газ.

При правильной переработке биогаз можно улучшить, чтобы заменить добытый природный газ для использования в качестве топлива для производства электроэнергии, наземного транспорта, а также коммерческих и жилых зданий.Но в целом мы можем и должны полагаться на источники с нулевым выбросом углерода, такие как ветер и солнце, для выработки электроэнергии, а затем для электрификации как можно большего числа конечных пользователей (таких как наземный транспорт и здания).

В то же время многие важные производственные процессы, которые производят необходимые нам товары — от потребительских товаров до продуктов питания, стали и цемента — требуют чрезвычайно высокого тепла, которое в настоящее время может обеспечить только газ. Фактически, промышленная тепловая энергия ответственна за около 11% выбросов в США — больше, чем сельскохозяйственный сектор — и пути к единице просто нет.Будущее на 5 градусов Цельсия, не обращая внимания на эти выбросы. Поскольку этот сектор, вероятно, потребует использования природного газа в ближайшие годы, биогаз может быть частью решения.

Но для этого необходимо резко увеличить количество собираемого в США биогаза.

Совместная возобновляемая тепловая энергия (RTC) Всемирного фонда дикой природы (WWF) отчасти существует именно для этого. В настоящее время RTC включает в себя более десятка ведущих коммерческих и промышленных покупателей и продавцов решений в области возобновляемых источников энергии, приверженных коллективным действиям для решения тепловой дилеммы.Вместе мы работаем над преодолением множества технологических, рыночных и политических барьеров, которые не позволяют биогазу и другим технологиям быть конкурентоспособными по стоимости с ископаемым топливом и доступными в больших масштабах.

Биогаз, также известный как возобновляемый природный газ, является «возобновляемым» в том смысле, что люди и животные будут продолжать производить отходы, но мы не хотим поощрять производство большего количества отходов с единственной целью — производить больше биогаза. В конце концов, хотя улавливание и использование метана лучше, чем его выброс в атмосферу, сжигание газа все же оказывает влияние на климат.Мы могли бы еще больше снизить это воздействие, улавливая и сохраняя СО2 от сжигания биогаза, но и здесь есть риски, так что это несовершенный ответ.

В конце концов, хотя сегодня биогаз является более устойчивым решением, чем традиционный природный газ, мы должны рассматривать его как важное переходное топливо на пути к полной декарбонизации нашего энергоснабжения.

Как построить биогазовую установку

Любой, кто производит значительное количество биоотходов, и особенно те из нас, кто имеет сельские фермы, часто мечтает об одной-единственной мечте — иметь собственную биогазовую установку DIY .

Причина, по которой не так многим удалось его построить, заключается в том, что его слишком легко переоценить и, следовательно, не сделать работоспособным.

Вот почему мы сочли важным дать это простое пошаговое руководство и помочь многим реализовать их главную мечту. Инструкции любезно предоставлены Непальской программой поддержки биогаза. При правильном соблюдении в результате получится биогазовая установка GGC модели конструкции 2047, которая может легко появиться у вас на заднем дворе.Итак, приступим.

1. Определение размеров завода

Как и в любом домашнем проекте, прежде чем приобретать материалы и начинать строительство, нужно убедиться, что они точно знают, насколько большой должна быть биогазовая установка в соответствии с количеством навоза, которое может быть помещено в нее ежедневно. Конечно, это зависит от количества крупного рогатого скота, которое у вас есть, но можно с уверенностью сказать, что если у вас более двух животных, то у вас будет достаточное количество для ввода.

Чтобы помочь вам принять это решение, вам нужно разделить количество навоза, которое вы можете кормить растению каждый день, на шесть.Результатом будет мощность вашего завода в кубических метрах. Чтобы иметь нормально функционирующий завод по производству моделей GGC, рекомендуется попытаться произвести что-то объемом от 4 до 20 кубических метров. Легко предположить, что 2–3 животных могут работать на заводе объемом 4 кубических метра, в то время как для завода объемом 20 кубометров требуется более 14 животных. Однако, чтобы избежать ошибок в расчетах, неплохо было бы собрать немного навоза на неделю и посмотреть, какое количество на самом деле производит ваш скот.

Точные размеры вашей биогазовой установки DIY и каждого из ее компонентов приведены в таблице слева.Каждый компонент представлен заглавной буквой, которая затем показана на рисунке ниже (точнее, шаг 3), на котором показан план общей биогазовой установки.

Теперь, когда вы все просчитали и оценили, пора пересмотреть то, что необходимо.

2. Материалы

Опять же, как и все, огромная рекомендация — приобретать материалы самого высокого качества, которые вы можете найти (и, конечно, позволить себе). Чем лучше материалы, тем лучше качество вашей биогазовой установки и, следовательно, выше эффективность.

Вам понадобится свежий цемент, чистый песок, чистый гравий среднего размера (не более 2 см в диаметре), чистая вода, кирпичи и камни. Вам также понадобятся газовые трубы (чем короче, тем лучше для снижения затрат и утечки газа), лопата и необходимые шпатели для перемешивания и распределения цемента, колышек, шнур (длина должна быть радиусом метантенка) и эмульсионное лакокрасочное покрытие. Точные размеры и полный список всех материалов показаны на изображении слева.

Проверьте качество и чистоту ваших материалов, и если есть загрязнения или дефекты, удалите их. Убедитесь, что ваш цемент хранился должным образом, грязь с песка и камней была тщательно смыта, а кирпичи были замочены на несколько минут перед использованием, чтобы они не впитывали влагу позже.

3. Выбор площадки

Хорошо, да, мы сказали «задний двор», но это еще не все. Следует иметь в виду несколько соображений, если мы хотим, чтобы проект был эффективным, безопасным и, разумеется, экологически чистым.

Во-первых, выберите солнечное место, чтобы легко поддерживать нужную температуру. Постарайтесь разместить его как можно ближе к источнику навоза и убедитесь, что он также находится в непосредственной близости от источника воды, чтобы избежать отходов или ненужной длительной транспортировки воды и исходных материалов. В идеале установка также должна быть расположена рядом с местом использования, чтобы к ней было легко добраться и работать.

Кроме того, убедитесь, что он расположен на расстоянии не менее 10 метров от колодцев или источников питьевой воды, в качестве меры предосторожности против возможного загрязнения воды.Чтобы избежать повреждений, постарайтесь построить растение на расстоянии не менее 2 метров от ближайшего дома или здания.

4. Копать

Здесь начинается самое интересное, и мы, наконец, можем начать пачкать руки. Прикрепите колышек к центру места, где будет находиться варочный котел. Прикрепите к нему шнур и аккуратно натяните, очерчивая размеры ямы. Начните копать и постарайтесь, чтобы стены были как можно более прямыми, и поместите удаленную почву на расстоянии не менее 30 см от планировки.

5. Постройте круглую стену и пол

Поместите газовую трубу 0,5 ″ вертикально в центр только что выкопанной ямы и закрепите ее горизонтальной трубой или шестом. Прикрепите проволоку к вертикальной трубе, чтобы измерить точные размеры варочного котла. Затем вы можете приступить к укладке кирпичей, убедившись, что кирпичи в первом ряду расположены по бокам, а все остальные — по своей длине. Когда круглая стена будет завершена, оштукатурите ее слоем цементного раствора (1: 3 цемента к песку).Пол может быть кирпичный, либо каменный, также сверху оштукатуренный цементным раствором. Последний шаг здесь — заполнить зазор между задней стороной стены и землей, чтобы предотвратить трещины из-за давления земли.

6. Постройте купол

Сначала сделайте форму для купола, засыпав яму землей. Проверьте размеры, отметив вертикальную центральную трубу, и засыпьте землей до этой отметки. Как только это будет сделано, снимите длинную трубу и замените ее на более короткую 0,5 ″. Используйте шаблон, чтобы построить купол, убедившись, что он размещен правильно и везде равномерно касается круглой стены.Кроме того, следите за тем, чтобы земля внутри формы была хорошо утрамбованной и влажной. Затем соберите все необходимые материалы и начните заливку свежим бетоном. Делайте это быстро и эффективно, тратя как можно меньше времени.

Внимательно посмотрите на толщину купола и оставьте небольшую трубку наверху, пока не установите основную газовую трубу. В процессе заливки защищайте бетон от сильного солнечного света с помощью пакетов или соломенных циновок и держите их там не менее недели.По прошествии этого времени удалите плесень из люка и удалите всю землю изнутри. Вымойте поверхность и нанесите штукатурный слой на чистую поверхность с перерывом в день.

7. Выпускной бак

Самая важная часть здесь — это размеры. Внимательно проверьте таблицу и план выше и убедитесь, что у вас все точно измерено, потому что на этом этапе определяется емкость газгольдера.
Выкопайте грунт за люком и убедитесь, что земля за ним и под полом слива очень хорошо уплотнена, чтобы предотвратить образование трещин.Выровняйте пол и стены отвода, а стены отделайте гладким слоем цементной штукатурки. Поддержите стену снаружи достаточным количеством грунта.

Резервуар для биогаза должен быть построен немного выше окружающего пространства. Это также время, когда следует завершить заливку купола и бетонные плиты. Убедитесь, что все плиты имеют правильный размер и толщину, поверхность ровная и чистая, а бетон должным образом уплотнен. Все это может иметь решающее значение и предотвратить нежелательные аварии и обвалы.

8. Приемная яма

Это та часть, где вода смешивается с пометом, и вам решать, хотите ли вы включить смесительное устройство. Хотя его рекомендуется включать, это определенно не обязательно.

Несколько моментов, которые следует учитывать. Верх конструкции не должен превышать метра от земли по высоте, а внутренняя и внешняя часть ямы должна быть тщательно покрыта штукатуркой. Дно резервуара не должно быть ниже уровня перелива на выходе ниже 5 см.Приемная яма должна быть круглой, независимо от того, есть ли смесительное устройство или нет. Здесь вы также можете прикрепить к растению унитаз, чтобы немного увеличить выработку биогаза.

9. Схема трубопроводов

Здесь очень важно использовать трубы из легкого оцинкованного железа только самого высокого качества, чтобы свести к минимуму любой возможный ущерб, который может быть причинен людьми или животными. По возможности закопайте трубу как минимум на фут ниже уровня земли для дополнительной безопасности.Закройте все фитинги цинковой замазкой или тафлоновой лентой, но по возможности избегайте соединения целиком.

В процессе производства биогаза на стенках трубопровода образуется конденсат, о чем следует должным образом позаботиться, чтобы предотвратить засорение. Поэтому убедитесь, что вы разместили соответствующий слив для трубопровода вертикально ниже самой низкой точки.

Убедитесь, что вы проверили все стыки, соединения и краны, как только ваш завод начнет производство. Лучше всего это делать с помощью мыльного раствора.

10. Компостные ямы

Это последняя составляющая завода. Вам понадобится как минимум две компостные ямы, выкопанные возле сливного отверстия, чтобы весь навоз стекал прямо в них. Объем компостных ям должен быть равен или больше объема вашего растения.

Для обеспечения безопасности и надлежащей изоляции положите слой уплотненной земли толщиной не менее 40 см поверх купола.

Если вы выполнили все шаги правильно, вы сможете наслаждаться полностью функционирующей высококачественной биогазовой установкой в течение многих лет.

Изображения (c) Сундар Байгаин

(Посещали 20773 раза, сегодня 1 посещали)

Как сделать — Генератор метана

Вы можете получать энергию из биогаза с помощью генератора метана своими руками.

Производство метана из навоза с использованием собственных небольших отходов для получения энергии из биогазового реактора возможно для многих небольших хозяйств.

Что такое биогазовая энергия?

Энергия биогаза производится за счет сжигания метана, образующегося при разложении органических отходов.

Малый биогазовый генератор Метан химически относится к газу Ch5. Он не имеет цвета, запаха и, конечно же, легко воспламеняется. Метан широко используется в качестве основного компонента природного газа.
Когда органические материалы разлагаются бактериями анаэробно (то есть в отсутствие кислорода), образуются метан и диоксид углерода.
Источники энергии биогаза
Практически любые органические отходы могут быть разложены как генератор метана — растения (мягкий материал лучше древесного материала), отходы животноводства и даже отходы жизнедеятельности человека.
На муниципальном уровне свалки действуют как варочные котлы биогаза и мощные генераторы метана. Даже в Перте, Австралия, компании активно собирают этот метан для производства экологически чистой биогазовой электроэнергии.
Фактически, поскольку несгоревший метан, выбрасываемый в атмосферу, является мощным парниковым газом, 10% нашего личного воздействия на климат происходит из пищевых отходов, которые мы помещаем в наши мусорные баки, которые в конечном итоге разлагаются на свалке.
При преобразовании малых отходов в энергию можно получить метан из навоза или даже из сточных вод.А энергия биогаза постоянно вырабатывается в пищеварительных системах, таких как ваша и коровья … да, пук — это тоже метан!
Посмотрите это видео, чтобы узнать, как сделать простой домашний варочный котел:
Плюсы и минусы систем генерации метана
Преимущества
Хорошо использует органические отходы. Вы можете сначала получить топливо из осадка сточных вод и жидкого навоза, одновременно предотвратив сток и выбросы метана, и вы все равно получите удобрения в конце процесса.
— это чистый, легко контролируемый источник возобновляемой энергии.
Использует метан, мощный парниковый газ.
Снижает уровень патогенов (возбудителей болезней) в отходах.
Остаток является ценным органическим удобрением.
Простой в сборке и эксплуатации.
Низкие требования к обслуживанию.
Может эффективно использоваться для приготовления пищи, отопления, газового освещения, абсорбционных холодильников и газовых двигателей.
Без запаха (если нет утечки, о которой вы все равно захотите узнать и немедленно устранить!).
Недостатки
Наиболее практично для производства и использования у источника отходов. Это связано с тем, что энергия, необходимая для сжатия газа для транспортировки или преобразования его в электричество, является чрезмерной, что снижает эффективность производства энергии из биогаза.
В целях безопасности необходимо соблюдать основные меры предосторожности (см. Ниже).
Маломасштабные отходы для производства энергии Системы генерации метана
Энергия биогаза
Каждый килограмм биоразлагаемого материала дает около 0.4 м (400л) газа.
Таким образом, на практике при использовании небольших отходов в энергетических системах, если у вас есть домашний скот, а также кухонные и человеческие отходы, вы можете легко удовлетворить свои потребности в приготовлении пищи и освещении:
2 газовых кольца на пару часов в день будут использовать 1-2 м
Для газовых фонарей требуется около 0,1 м3 (100 л) в час.
Однако управление любым двигателем (например, генератором или насосом) выходит за рамки бытового. (Лучше перейти на водорослевое биодизель!)
Какого размера требуется метановый генератор?
Если метан образуется из навоза, собирайте навоз в течение нескольких дней, чтобы определить среднесуточное производство навоза.Исходя из этого, можно рассчитать установку для варки биогаза соответствующего размера.
Например, при наличии 55 кг навоза в день требуется установка 8 м3; там, где в день всего 6 кг навоза, достаточно растения объемом 1 м3.
Для семьи из 8 человек с несколькими животными (скажем, 8-10 коров) в Индии обычно используется 10-метровый варочный котел с 2-метровым хранилищем газа.
Идеальные температуры для производства метана из навоза
Срок хранения материала в варочном котле периодического действия зависит от температуры (от 2 недель при 50 ° C до 2 месяцев при 15 ° C).Среднее значение составляет около 1 месяца, поэтому измерьте, сколько материала вы будете добавлять каждый день, и умножьте его на 30, чтобы рассчитать размер варочного котла.
В то время как анаэробное сбраживание происходит при температуре от 32 F (0C) до 150 F (65 C), оптимальный диапазон температур для микробной активности, вырабатывающей метан, составляет от 85 F (29 C) до 95 F (35 C).
При температурах ниже 60F (16C) добыча газа незначительна. В более холодном климате возможными стратегиями являются размещение варочного котла в теплице и, возможно, использование некоторого количества метана для обогрева системы.
Системы генерации метана
Биогазовый варочный котел — это компонент системы, куда животные, человеческие и другие органические отходы вводятся, обычно в виде суспензии с водой, для анаэробного разложения.
Контейнер для хранения используется для хранения произведенного газа, из которого он подается по трубопроводу для сжигания в качестве топлива. Хранение переменного объема (например, гибкий мешок или плавающий барабан) проще, дешевле и энергоэффективнее, чем цилиндры высокого давления, регуляторы или компрессоры.
Когда варочный котел опорожняется, отработанные сточные воды сушат для последующего повторного использования в качестве удобрения.
Типы биогазовых котлов
Двумя основными типами варочных котлов являются варочные котлы непрерывного и периодического действия. Варочные котлы непрерывного действия имеют постоянную пропускную способность материала, а варочные котлы периодического действия извлекают газ из содержащейся партии материала, который затем опорожняется и добавляется новая партия.
Поскольку дров для приготовления пищи стало не хватать, миллионы небольших варочных котлов непрерывного действия используются в развивающихся странах, особенно в Индии и Китае.В развитых странах варочные котлы, как правило, более крупномасштабные, они принимают навозные жижи и бытовые сточные воды.
Конструкция метанового генератора
Индийская цилиндрическая конструкция шахты стала популярной во всем мире благодаря своей надежности и простоте. Он состоит из двух основных частей: резервуара для жидкого навоза и закрытого газовой крышки или барабана для улавливания газа, выделяемого из пульпы.
Дигестор периодического действия биогаза бытового масштаба
Небольшой экспериментальный биогазовый реактор в Редфилде.Отходы помещаются в масляную бочку, неопреновая крышка поднимается, когда наполняется газом, газ поступает в контейнер (перевернутый пластиковый барабан с гидрозатвором), который поднимается по мере поступления большего количества газа.
Когда газ заполнен, его можно отводить и использовать с маленьким газовым кольцом.
Варочные котлы периодического действия на базе контейнера (см. Фото выше) возможны в бытовых масштабах.
Мини-метаногенератор пр.
Инструкции по изготовлению мини-генератора метана (проект по обучению костюму) находятся в «Руководстве по производству метана-биогаза», которое, наряду с множеством других бесплатных электронных книг по устойчивому образу жизни, можно бесплатно получить здесь.
Безопасность метана
Как и в случае с электричеством и другими энергетическими системами, безопасность обычно обеспечивается до тех пор, пока осознаются риски и соблюдаются разумные меры предосторожности.
Опасность пожара или взрыва
Очевидно, что метан легко воспламеняется и даже может быть взрывоопасным. Имея это в виду…
Зона метаногенератора должна хорошо вентилироваться, чтобы предотвратить скопление захваченных газов.
Вблизи варочного котла не допускается использование открытого огня, электрическое оборудование должно быть подходящего качества, обычно «взрывобезопасным», а другие источники искр — любые металлические или стальные инструменты или другие предметы, электроинструменты, обычные электрические выключатели, мобильные устройства. телефоны и статическое электричество держатся на безопасном расстоянии.
Пламегаситель должен быть встроен в линию подачи, длина которой должна быть не менее 20 м. Инструкции по созданию пламегасителя можно найти здесь.
Риск удушья
Биогаз вытесняет воздух, снижая уровень кислорода, поэтому любая зона варочного котла должна хорошо вентилироваться.
Болезнь
Несмотря на то, что отработанный шлам потерял множество патогенных микроорганизмов, в производстве энергии биогаза задействовано большое количество микробов!
Поэтому избегайте контакта с содержимым варочного котла и тщательно вымойте после работы с генератором метана (особенно перед едой или питьем).
Что действительно нужно, чтобы биогаз работал?
Введение
Технология, конечно, не нова, и она интенсивно изучалась во время энергетического кризиса / бума 1970-х годов, в зависимости от того, на какой стороне рынка она была. Поскольку в 1980-е годы цены на нефть и газ резко упали, как и интерес к производству биогаза из органических остаточных материалов, известных в некоторых кругах как «органические отходы». Это представляет собой один из ключевых факторов, который необходимо учитывать при планировании и оценке биогазовой системы.Производство биогаза не является дешевым источником энергии, однако внедрение технологии анаэробного сбраживания дает ряд ценных продуктов, некоторым из которых придается ценность в современном обществе, а некоторым — нет. Плюсы и минусы производства биогаза в Канаде будут дополнительно обсуждаться в контексте роста промышленности в отдельных регионах страны и в сравнении с усилиями, прилагаемыми в отдельных странах-членах ЕС.
Что такое биогаз?
Анаэробное сбраживание (AD) — это естественный микробный процесс, который превращает органический материал в смесь метана, углекислого газа и следовых газов в теплой среде, свободной от кислорода, отсюда анаэробное разложение .Многие побочные продукты, полученные в результате первичного сельскохозяйственного производства или пищевой промышленности, подходят для лечения БА. Навоз домашнего скота является предпочтительным сырьем, но, как правило, имеет относительно низкую энергетическую плотность по сравнению с такими продуктами, как отходы пищевой промышленности или скотобойни, или энергетические культуры, такие как кукуруза или силос зерновых культур. Технология AD довольно широко используется в пищевой промышленности, поскольку потоки отходов от этих операций часто имеют высокую прочность (высокая биологическая потребность в кислороде) и их трудно перерабатывать.Обработка на биогазовой установке снижает силу остаточного потока, позволяя более эффективно очищать, а продукт обработки AD (биогаз) является источником производства тепловой или электрической энергии на месте. Это одна из тех беспроигрышных ситуаций, которые часто обсуждаются применительно к технологиям управления окружающей средой: «эффективно обращайтесь с отходами и получайте энергию для своих усилий».
Принятие прошлых и текущих технологий во всем мире
Активное анаэробное лечение веками использовалось различными обществами.Столетия назад китайцы использовали глубокие конические ямы, выложенные в земле, для хранения навоза животных и людей, пищевых отходов и другой органики и собирали метан, который выделялся для использования в качестве топлива для приготовления пищи и отопления. Этот подход использовался веками, и сегодня в Китае, Индии и других развивающихся странах работают тысячи семейных автоклавов. В более недавнем прошлом лондонские уличные фонари были построены как продолжение городской подземной канализационной сети, а «болотный газ», который выделялся из канализации, сжигался, чтобы осветить путь вечерним прохожим.
Мировой энергетический кризис 1970-80-х годов принес анаэробную обработку отходов в современный индустриальный мир, поскольку цены на нефть и природный газ достигли рекордного уровня. За этот период в Северной Америке было построено более 100 биогазовых установок, многие из которых до сих пор являются реликвиями этих усилий, но лишь немногие продолжают производить полезный биогаз. Эти ранние установки потерпели неудачу из-за ряда факторов, включая чрезмерные или плохо продуманные инженерные усилия, непонимание сложностей эксплуатации биогазовой установки и / или физических, химических и биологических процессов, происходящих в анаэробном реакторе.
В дополнение к техническим проблемам, с которыми столкнулись первые пионеры AD, когда цены на углеводородное топливо вернулись к ценам, существовавшим до нефтяного эмбарго ОПЕК, первоначальный интерес к совершенствованию концепции промышленного производства энергии из биогаза значительно уменьшился.
Несмотря на пренебрежение обществом к экологическим (экономическим) преимуществам, которые могут обеспечить системы AD, эта концепция не была полностью утеряна в 1980-е годы. Многие люди, участвовавшие в первоначальной кампании AD в Северной Америке, продолжали работать над совершенствованием технологии, несмотря на низкие цены на нефть, уголь и газ.Первые программы, такие как AgSTAR, совместные усилия министерств окружающей среды, энергетики и сельского хозяйства США, способствовали установке биогазовых установок на фермах в качестве демонстрационных и учебных площадок. Совсем недавно в рамках программы «Когенерация энергии из сельскохозяйственных и муниципальных отходов» Министерства сельского хозяйства и агропромышленного комплекса Канады было выделено финансирование для ряда канадских биогазовых установок для сбора данных о производительности системы для проверки того, что биогазовые установки могут эффективно эксплуатироваться в холодном северном климате Канады.
Многие европейские страны успешно вступили в современную эру производства зеленой энергии, разработав эффективную политику в области возобновляемых источников энергии. Германия, несмотря на большие запасы угля, на сегодняшний день является мировым лидером в проектировании и строительстве биогазовых установок. Другие европейские страны, такие как Дания, Австрия, Швейцария, Италия и Ирландия, последовали примеру Германии, установив политику, придающую должное значение производству энергии из биогаза, что стимулировало значительные инвестиции в сектор.
Заставляем биогаз работать
Чтобы определить политику, денежные стимулы и / или условия экономической реальности, в которых может развиваться процветающая биогазовая промышленность, важно рассмотреть, как биогаз закрепился в образцовых регионах по всему миру.
Политика
Политика является чрезвычайно важным фактором в развитии успешного биогазового сектора в данном регионе. Управление парниковыми газами играет все более важную роль в разработке политики и является одним из ключевых аргументов в пользу разработки политики в области биогазовой энергетики.Повышенные тарифы на приобретение электроэнергии, получаемой из биогаза, часто включают несколько центов за киловатт-час произведенного, чтобы отразить снижение выбросов парниковых газов в результате обработки органических остаточных (отходов) продуктов с использованием анаэробного сбраживания. Часто директивные органы заинтригованы способностью биогазовой системы превращать пахнущие и неприятные продукты в качественные удобрения и возобновляемые источники энергии.
Германия является наиболее распространенным примером того, как можно стимулировать процветающую биогазовую промышленность с помощью политики в области возобновляемых источников энергии.С целью исключения ядерной энергии из системы выработки электроэнергии Германия придавала большое значение множеству возобновляемых источников энергии и установила расценки на покупку энергии, которые отражали затраты на производство каждого типа возобновляемой энергии по отдельности . Первоначальные льготные тарифы на биогазовую энергию не обеспечивали достаточного стимула для отказа от повсеместного внедрения производства биогазовой энергии, а скорее способствовали строительству небольшого числа крупных промышленных объектов. Несмотря на успех с точки зрения увеличения темпов производства биогаза, последующие пересмотры законов о возобновляемых источниках энергии позволили построить гораздо меньшие биогазовые установки, генерирующие мощности 100-250 кВтч и небольшие независимые производители энергии, чтобы эксплуатировать биогазовые установки в прибыльном положении.
На сегодняшний день в Германии установлено около 1 200 МВт биогазовых мощностей. В настоящее время работает более 4000 систем AD, многие из которых предназначены для работы с использованием биомассы энергетических культур, таких как кукуруза или силос озимой ржи, что значительно увеличивает выходную мощность по сравнению с системами, использующими только навоз.
Денежные льготы
Обычно есть два варианта поддержки биогазовой промышленности, которые были приняты мировыми лидерами в области биогаза: поддержание цен на энергию биогаза, как описано выше, или удешевление производства энергии за счет субсидирования затрат на строительство.
Германия решила поддержать рост сектора возобновляемых источников энергии за счет обязательных ставок закупки электроэнергии или льготных тарифов. Там законодатели приняли Закон о возобновляемых источниках энергии, который установил особые правила, которым немецкие коммунальные предприятия обязаны были следовать. Эти правила включали заранее установленную ставку льготного тарифа, которая в некоторых случаях для операторов биогазовых установок приводит к выплате около 0,28 канадских долларов (CAD) за произведенный кВтч. В законе также говорилось, что если возобновляемая энергия производилась, у коммунальных предприятий не было другого выбора, кроме как покупать ее — без вопросов и без споров о закупочной цене.
В нескольких провинциях Канады действуют программы закупки возобновляемой энергии, которые могут применяться к производству энергии из биогаза. Закупочные цены или поощрительные выплаты могут варьироваться от минимальных 0,04 канадских доллара за кВтч до высоких 0,14 канадских долларов за кВтч для электроэнергии, подаваемой в сеть в периоды пикового потребления.
Базирующаяся в США программа AGSTAR предоставила грантовое финансирование для развития биогазовых установок в США. Ряд государственных программ также был разработан вокруг варианта стимулирования на основе грантов, однако в последнее время произошли изменения в разработке ставок льготных тарифов на производство энергии из биогаза в Мичигане и других штатах.Онтарио, Альберта и Манитоба в гораздо меньшей степени в настоящее время предлагают льготные тарифы, а также льготные тарифы для стимулирования строительства биогазовых установок в своих регионах.
Постоянно развивающиеся программы торговли углеродом не следует сбрасывать со счетов как потенциальный источник дохода при анализе осуществимости биогазовых установок. Операция от опороса до откоса на 600 свиноматок, расположенная в Ред-Дир, Альберта, будет производить достаточно биогаза для непрерывной работы генератора мощностью 50 кВт. Таблица 1 дает краткий анализ величины компенсации выбросов углерода, которая может быть получена при установке биогазовой установки на установке на 600 свиноматок.
Таблица 1. Снижение выбросов парниковых газов на биогазовой установке и оценка стоимости
Базовые выбросы парниковых газов (т CO2-экв.) Выбросы парниковых газов из метантенка (т CO2-экв.) Снижение выбросов парниковых газов (т CO2-экв.) Значение смещения углерода *
Метан (Ch5) 640 40 600 $ 9000
Закись азота (N2O) 500 350 150 $ 2250
Итого 1140 390 750 $ 11250
* Из расчета 15 долларов США за тонну CO ₂ e
Экономическая реальность
Где уголь, там дешевая энергия! Некоторым, безусловно, трудно подумать о том, чтобы платить по крайней мере 11 канадских долларов за МВтч, если не 14-17 канадских долларов за МВтч за электроэнергию, произведенную из биогаза, когда в регионах, потребляющих уголь, цены на энергию, доставляемую до порога, составляют 4 канадских доллара за МВтч.Однако редко рассматриваются скрытые издержки производства «грязной энергии», а об истинных экономических реалиях просто не сообщается. Угольные электростанции производят постоянные выбросы ртути, азота и диоксидов серы, твердых частиц и, конечно же, диоксида углерода в виде выбросов парниковых газов. Применение платы за ухудшение состояния окружающей среды или оценка затрат системы здравоохранения на борьбу с респираторными заболеваниями, связанными с выбросами от сжигания угля, является чрезвычайно сложной задачей. К сожалению, общество, похоже, вполне удовлетворено тем, что производство невозобновляемой энергии сопряжено с социальными и экологическими издержками, и просто продолжает платить 0 канадских долларов.04 за кВтч в счет за электроэнергию каждый месяц. Если общество желает, чтобы воцарились эффективные технологии, такие как анаэробное пищеварение, ему нужно стать менее самодовольным и отдавать предпочтение тому, чего оно заслуживает. Чистая вода и чистый воздух поддержат динамичную экономику, несмотря на более высокие затраты на энергию. Если статус-кво энергетической системы не изменится, наши провинциальные и федеральные бюджеты будут все больше расходоваться на исцеление людей и окружающую среду, в которой мы живем, а не на поддержку качественного жизненного опыта для канадских граждан.
Биогазовые электростанции в таких провинциях, как Квебек, Манитоба и Британская Колумбия, будут напрямую конкурировать с гидроэнергетикой за долю на рынке электроэнергии. Несмотря на наличие значительного поголовья скота и значительного количества доступного биогазового сырья (навоза), эти провинции также могут похвастаться обширными гидроресурсами, одним из наименее дорогих доступных источников электроэнергии. В этих регионах необходима поддержка посредством разработки соответствующей политики, если ожидается процветание биогазовой отрасли.
Несмотря на то, что при обсуждении возможности производства возобновляемой энергии часто упускается из виду, энергоэффективность будет чрезвычайно важна для успеха биогазовой промышленности. Эксперты в области энергоменеджмента широко понимают, что отдельные канадцы потребляют примерно вдвое больше энергии, чем необходимо для достижения нынешних стандартов жизни. Если бы потребителями были предприняты соответствующие шаги для сокращения потребления энергии наполовину от текущего потребления, потребители энергии могли бы позволить себе платить вдвое больше за электроэнергию без увеличения стоимости жизни.Биогазовые установки, вероятно, усеяли бы весь провинциальный ландшафт, если бы отпускная цена на энергию биогаза увеличилась до 20 канадских долларов за МВтч — цена не является необоснованной, если бы концепция энергоэффективности была глубоко воспринята правительствами и потребителями энергии.
Заключение
Не существует однозначного решения «заставить биогаз работать». До настоящего времени краеугольными камнями успешной биогазовой промышленности были государственные программы и разработка политики, а не экономические реалии. Это не означает, что энергия биогаза не может конкурировать на прямой экономической основе, но конкурирующие источники энергии должны пройти один и тот же экономический анализ полного жизненного цикла, включая как прямые, так и косвенные затраты, что часто дискредитирует только что зарождающуюся отрасль распределенной биогазовой энергетики. .
В заключение, предлагаются следующие преимущества анаэробной обработки остаточных органических продуктов при анаэробном сбраживании, каждое из которых имеет социально-экологическую и экономическую выгоду, которая может быть оценена или не оценена в долларовом эквиваленте:
увеличение инвестиций в инфраструктуру сельских сообществ
Создание рабочих мест в сельской местности и увеличение муниципальных налоговых поступлений
снижение потерь в линиях электропередач за счет более распределенной выработки электроэнергии
сокращение выбросов парниковых газов от возобновляемых источников энергии и улучшение управления отходами
улучшение круговорота питательных веществ (удобрений) для растений, снижение стока питательных веществ и потерь от выщелачивания
все более разнообразный и надежный сектор возобновляемых источников энергии
Биогаз, скорее всего, не станет отдельным, финансово жизнеспособным источником энергии, пока этим преимуществам не будет присвоена соответствующая ценность.
декабрь 2008 г.
Часто задаваемые вопросы (FAQ по биогазу)
Часто задаваемые вопросы

Что такое биогаз?
Биогаз — это горючее газообразное топливо, которое собирается в результате микробного разложения органических веществ в анаэробных условиях. Биогаз в основном представляет собой смесь метана (CH ₄) и диоксида углерода (CO ₂) вместе с другими следовыми газами. Биогаз можно собирать на свалках, в закрытых лагунах или в закрытых резервуарах, называемых анаэробными варочными котлами.
Из чего можно сделать биогаз?
Биогаз обычно производится из навоза животных, осадка сточных вод и на свалках, содержащих органические отходы. Однако биогаз также можно производить практически из любого сырья, содержащего органические соединения, как из отходов, так и из биомассы (энергетических культур). Углеводы, белки и липиды легко превращаются в биогаз. Многие сточные воды содержат органические соединения, которые могут быть преобразованы в биогаз, включая городские сточные воды, сточные воды пищевой промышленности и многие промышленные сточные воды.Твердые и полутвердые материалы, в том числе растения или животные, могут быть преобразованы в биогаз.
Можно ли использовать биогаз вместо ископаемого топлива? Как?
Метан — основной газ в биогазе. Метан также является основным компонентом природного газа, ископаемого топлива. Биогаз можно использовать для замены природного газа во многих областях, включая приготовление пищи, отопление, производство пара, производство электроэнергии, автомобильное топливо и в качестве газа по трубопроводам.
Почему мы не делаем больше с биогазом? Какие препятствия на пути увеличения производства и использования биогаза?
Биогаз собирается и используется для производства электроэнергии или пара на многих полигонах, очистных сооружениях и пивоварнях Флориды. Однако многие возможности для производства биогаза еще не реализованы. До недавнего времени низкая стоимость ископаемого топлива препятствовала внедрению производства биогаза. Граждане, правительственные чиновники и представители делового сектора, которые имеют ограниченный интерес к производству биогаза, плохо осведомлены о потенциале и преимуществах производства биогаза.Больше образования, демонстраций и инвестиций в биогазовые технологии помогут преодолеть эти препятствия.
Сколько биогаза можно производить во Флориде ежегодно?
Широкий спектр отходов и сырья биомассы, которые подходят для производства биогаза, и ограниченные данные об уровнях производства и выходах биогаза затрудняют точный расчет общего количества биогаза, которое может быть произведено в штате.Если оценить годовой потенциал биогаза только из городских сточных вод, молочного навоза, птичьего помета, ТБО и энергетических культур, получится приблизительный потенциал в 205,7 миллиарда кубических футов в эквиваленте природного газа, что составляет половину от 400 миллиардов кубических футов природного газа. использовался для производства электроэнергии во Флориде в 2003 году.
Какое воздействие на окружающую среду оказывает производство / использование биогаза?
Производство биогаза может снизить потенциальное загрязнение сточных вод за счет преобразования нуждающихся в кислороде органических веществ, которые могут вызвать низкий уровень кислорода в поверхностных водах.Питательные вещества, такие как азот и фосфор, сохраняются в сточных водах биогаза и могут использоваться для замены удобрений в растениеводстве.
Способствует ли биогаз изменению климата?
В то время как при сжигании биогаза, как и природного газа, образуется двуокись углерода (CO ₂), парниковый газ, углерод в биогазе поступает из растительного вещества, которое связывает этот углерод из атмосферного CO2. Таким образом, производство биогаза является углеродно-нейтральным и не увеличивает выбросы парниковых газов.Кроме того, любое потребление ископаемого топлива, замененного биогазом, снизит выбросы CO2.
Могу ли я производить / использовать биогаз дома или на работе?
Биогаз можно производить дома или на предприятии из пищевых отходов, дворовых и травяных обрезков, а также некоторых органических твердых отходов. Однако эффективное использование биогаза легче достичь в более крупных масштабах. Типичный дом может готовить в течение часа в день на биогазе из домашних отходов.
Сколько стоит производство биогаза?
Текущие цены на природный газ составляют около 7 долларов за 1000 куб. Футов. В зависимости от конкретного применения это очень похоже на текущие оценки стоимости производства биогаза.
Где я могу получить дополнительную информацию?
Более подробную информацию можно найти на этом сайте и по предоставленным ссылкам.
Проектирование и изготовление биогазового реактора для производства биогаза из коровьего навоза
Размеры биогазового реактора и материалы конструкции являются важными факторами, которые необходимо учитывать на этапе проектирования и изготовления.Целью данного исследования является подробный анализ конструкции и изготовления пилотного варочного котла для производства биогаза площадью 2,15 м ³. Чтобы установить это, с учетом формы варочного котла было разработано расчетное уравнение, охватывающее объем варочного котла, впускной и выпускной камер, а также защитную пластину варочного котла. Камера разложения исследуемого биогазового реактора была изготовлена из полиэтилена высокой плотности (HDPE), в то время как входная и выходная камеры были построены из кирпича / цемента.Исследование было мотивировано некоторыми ограничениями, такими как утечка, связанная с предыдущими конструкциями. В настоящем исследовании после изготовления было проведено испытание на вентиляцию, чтобы убедиться, что в варочном котле нет утечек. Полученные результаты показали общий объемный выход газа метана 2,18 м 3 ³ (54,50%) и выход диоксида углерода 1,77 м ³ (44,25%), что составляет общий выход биогаза 4,00 м ³. Кроме того, процентная концентрация метана и диоксида углерода составила 60% и 30% соответственно.Разработанный пластиковый биогазовый реактор оказался подходящим для производства биогаза с использованием коровьего навоза в качестве субстрата.
1. Введение
Для обеспечения энергетической безопасности будущего и улучшения использования природных ресурсов истощение традиционных энергетических ресурсов, таких как ископаемое топливо, может быть решено за счет использования возобновляемых источников энергии. Среди многочисленных возобновляемых источников энергии и средств их производства находится устойчивое производство биогаза с помощью технологии анаэробного сбраживания [1].Анаэробное сбраживание — это микробный процесс, при котором органический углерод преобразуется путем последующего окисления и восстановления до наиболее окисленного состояния (CO ₂) и восстановленной формы (CH ₄). Это биологический путь, который катализируется деятельностью микроорганизмов в отсутствие кислорода [2]. Биогаз — это газообразное топливо, получаемое в результате ферментации отходов, которое представляет интерес для производства энергии для электричества, приготовления пищи, отопления и биотоплива для транспортных средств [3, 4]. Производство биогаза в результате ферментации отходов дает некоторые дополнительные преимущества, а именно сокращение количества патогенов, неприятного запаха и выбросов метана со свалок, где эти отходы обычно размещаются.Анаэробное сбраживание органических отходов в варочных котлах происходит в четыре стадии: гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и метаногенез в системе, называемой биогазовым варочным котлом [5]. Эти четыре стадии приводят к производству биогаза, состоящего из метана (55–70%) и диоксида углерода (30–45%) со следами других газов, таких как сероводород, водород и азот [3]. Интересно, что биогаз считается источником топлива с низким содержанием углерода, который представляет интерес для сельских сообществ в плане удовлетворения их потребности в энергии для приготовления пищи.
Биогазовые реакторы в основном проектируются и изготавливаются из кирпича, цемента, металлов и железобетона, а в некоторых случаях купол газгольдера сделан из стекловолокна. Эти биогазовые котлы сталкиваются с некоторыми проблемами, такими как утечки по краям кирпичной конструкции после короткого периода эксплуатации. Есть несколько конструкций биогазовых реакторов, в которых используется армированный пластик; однако часть армированного пластика биогазового реактора портится и образует дыры из-за воздействия ультрафиолетового (УФ) излучения.Кроме того, коррозия, которая чаще всего возникает в биогазовых варочных котлах, построенных из металлов, приводит к их выходу из строя. В дополнение к вышеупомянутым ограничениям, строительство биогазового реактора из кирпича или цементного блока является довольно дорогостоящим из-за высокой стоимости рабочей силы и материалов. Чтобы преодолеть эти недостатки и проблемы, связанные с различными упомянутыми материалами, в этом исследовании был исследован альтернативный строительный материал. Поэтому, чтобы свести к минимуму высокую стоимость строительства этих предыдущих проектов, предлагается более экономичный дизайн.Таким образом, в исследовании использовался пластик из полиэтилена высокой плотности (HDPE) для изготовления камеры для разложения и кирпичи / цемент для строительства входных и выходных камер. Выбор пластика для исследования основан на том, что он не вызывает коррозии, является хорошим изолятором, экономичен и прост в обслуживании. Уникальность настоящего исследования заключается в использовании композитных материалов (кирпич / цемент и пластик). Еще одним фактором, который отличал настоящее исследование от предыдущего проекта, является проверка вентиляции на отсутствие утечек, что приведет к увеличению выхода и производства биогаза.Внедрение и использование этой технологии с использованием композитных материалов поможет генерировать биогаз для исследовательских целей и послужит прекрасным удобрением, используемым на университетской ферме; все это мотивировало необходимость данного исследования. Таким образом, исследование заполняет пробелы в знаниях, существующие в конструкциях биогазовых реакторов, что упрощает рассмотрение композиционных материалов для дизайна биогазовых реакторов. Целью исследования было спроектировать и изготовить биогазовый реактор с использованием полиэтилена высокой плотности (HDPE) в качестве альтернативного материала конструкции / изготовления.Детальное знание расчетных уравнений и природы материала, используемого в конструкции биогазового реактора, будет полезным для инженеров-энергетиков, исследователей и ученых, которые внесут свой вклад в развитие биогазовой технологии. Следовательно, цель исследования состоит в том, чтобы сформулировать расчетное уравнение, используемое для строительства биогазового реактора, и провести испытание вентиляции, чтобы удостовериться, что реактор не имеет утечек, что обычно не применялось в предыдущих исследованиях.
2.Исследования по проектированию и изготовлению / конструкции биогазового варочного котла
В этом разделе представлены расчетные уравнения, использованные для определения объема варочного котла от различных авторов, а также материалы, использованные для изготовления и строительства. Объем варочного котла был взят в качестве параметра отклика, потому что он определяет скорость выхода биогаза. Агу и Игве [6] провели исследование по проектированию и строительству местной биогазовой установки из пластика с целью получения альтернативной энергии из отходов животноводства.Уравнение, рассматриваемое в их исследовании, включает объем шламовой камеры и объем газовой камеры. Объем камеры варочного котла (камера суспензии) был рассчитан с использованием
. Газовая камера имеет форму усеченного конуса, из которого была получена форма конуса. Следовательно, объем усеченного конуса был получен из объема большого конуса и малого конуса. Математически это дается как
. В результате исследования выход биогаза составил 0,0000053 м ³ с учетом времени удерживания 20 дней.Однако объем биогазового варочного котла в исследовании не сообщается. Белло и Аламу [7] спроектировали и сконструировали металлический биогазовый реактор, предназначенный для решения проблемы разведки и разработки биогаза в сельских общинах. Объем камеры варочного котла ( V dc) был определен с использованием
, в то время как объем газовой камеры был рассчитан с использованием
Объем варочного котла составил 0,048 м ³ с выходом биогаза 0,035 м ³.В другом исследовании был разработан и изготовлен недорогой пластиковый варочный котел прямоугольной формы, который питался птичьим и свиным навозом. Математически объем камеры варочного котла был определен с использованием
. Из уравнения (5) было найдено, что объем камеры варочного котла и камеры хранения газа составил 0,6 м ³ и 0,4 м ³, соответственно. Таким образом, общий объем биогазового реактора составляет 1 м ³. Этот варочный котел дал выход биогаза 6,66 м ³ за время выдержки 30 дней [8].В исследовании Jekayinfa et al. ’[9] общий объем варочного котла, представленный в уравнениях (6) и (7), был получен из комбинации верхнего цилиндрического объема и нижнего цилиндрического объема варочного котла.
Таким образом, общий объем биогазового варочного котла составил 0,265 м. ³. Нванкво и др. [10] спроектировали и изготовили бытовой пластиковый биогазовый реактор. Общий объем варочного котла был определен с использованием
. В результате общий объем составил 3,6 м ³ с диапазоном производительности по биогазу 0.50–0,60 м ³ / день с использованием коровьего навоза. В исследовании Mukumba et al. [11], поверхностный цилиндрический биогазовый реактор был разработан и сконструирован для производства биогаза путем анаэробного совместного переваривания ослиного навоза и растительных отходов. Общий объем варочного котла рассчитывали, используя где объем газосборной камеры =. Объем камеры хранения газа =. Объем бродильной камеры =. Объем слоя шлама =. [11]
Общий объем варочного котла 1 м. ³ был получен из уравнения (9), что дает приблизительно 12.98 м ³ биогаза за 30 суток. Рассмотрев предыдущий дизайн и изготовление / строительство биогазового варочного котла от выбранных авторов, в таблице 1 суммированы результаты предыдущих проектов.
Тип материала Объем варочного котла (м ³) Используемое сырье Выход биогаза (м ³)
9023
Ссылки 9023
Пластик — Коровий навоз + птичий помет + свиной помет 0.0000053 Агу и Игве [6]
Металл 0,048 Коровий навоз + навоз буйвола 0,035 Белло и Аламу [7]
Пластик 0,12 Джиотилакшми и Пракаш [12]
Пластик 1 Птица + навоз свиней 6,66 Анасвара [8]
Металл 0,220 Jekayinfa et al. [9]
Пластик 3,6 Коровий навоз 0,50–0,60 Nwankwo et al. [10]
Кирпич / цемент 1 Осиный навоз + растительные отходы 12,98 Mukumba et al. [11]
Пластик 2,15 Коровий навоз 4,00 Настоящее исследование
3.Материалы и методы
3.1. Контекст исследования
Биогазовый реактор был установлен в парке Solar Watt исследовательского центра технологического института Университета Форт-Хейр-Элис, Южная Африка. Географические координаты университета: 32 ° 47′24,48 ″ южной широты и 26 ° 46′35,02 ″ восточной долготы. Однако точные географические координаты места исследования следующие: 32 ° 47′1,28 ″ южной широты и 26 ° 51′15,10 ″ восточной долготы с высотой 1905 футов, как показано на Рисунке 1.Средний диапазон температур в летний сезон (ноябрь – март) составляет от 25 ° C до 30 ° C, а в зимний период (май – август) от 10 ° C до 15 ° C. На исследуемой территории годовое количество осадков составляет 713 мм. Варочный котел был установлен с целью исследования, которое служит пилотным исследованием для вовлечения сельского сообщества. В связи с наличием коровьего навоза на ферме университета, варочный котел питался коровьим навозом.
На Рисунке 1 показано географическое положение исследуемой площадки.
3.2. Описание и изготовление системы биогазового варочного котла
Биогазовый варочный котел в настоящем исследовании был изготовлен из полиэтилена высокой плотности (HDPE). Он состоит из следующих частей: входная камера (вход подачи), выходная камера (удаление сброженных отходов) и камера хранения газа. Впускная и выпускная камеры были построены из кирпича и цементного раствора, которые были сделаны на месте из смеси цемента и песка. Входная камера была соединена с камерой варочного котла через входную трубу, сделанную из трубы ПВХ диаметром 110 см, наклоненной под углом 28 ° к вертикали, а выходная камера была соединена с помощью трубы из ПВХ диаметром 300 см.Размеры входной камеры составляли 895 мм и 985 мм по высоте и ширине, соответственно, тогда как размеры выходной камеры составляли 1290 мм по высоте и 1430 мм по ширине. Изготовленный биогазовый варочный котел был установлен под землей и над землей, как показано на рисунке 2. Четырехсторонняя гладкая древесина использовалась в качестве крышки для впускной и выпускной камер, чтобы предотвратить попадание примесей в камеры. Крышка варочного котла была сделана из того же пластика HDPE, который мог выдерживать суровые условия окружающей среды и при этом поддерживать анаэробные условия.Температуру суспензии и газа контролировали с помощью термопары типа K , вставленной в варочный котел через крышку варочного котла.

3.3. Подготовка материала
Коровий навоз был собран на дневной ферме Университета Форт-Хэйр, и некоторые его образцы были подвергнуты лабораторному анализу. Перед подачей коровьего навоза в варочный котел были определены следующие физико-химические характеристики: общее содержание твердых веществ, летучие твердые вещества, химическая потребность в кислороде, теплотворная способность и pH.В таблице 2 представлены физико-химические характеристики коровьего навоза, использованного в исследовании. Перед процессом разложения суспензию получали путем разбавления твердых отходов (коровий навоз) водой в соотношении 1: 1 (отходы / вода), чтобы гарантировать, что процент от общего количества твердых веществ составляет менее 10%. В биогазовый варочный котел в первый день подавали 200 л суспензии, а затем 50 л каждые три дня. После первого дня кормления газовый клапан оставляли открытым на 72 часа, чтобы выпустить весь воздух [13].
Свойства коровьего навоза Значения Используемый метод испытаний
pH 9023 9023 9023 Водородный метод 9023 Общее содержание твердых веществ (TS) г / л 130800 Метод ALPHA 2005
Летучие твердые частицы (VS) г / л 110 476 Метод ALPHA 2005
Химическая потребность в кислороде (COD), г / L 42 583 Калориметрический метод
Теплотворная способность МДж / г 27.00 Прямой метод
3.4. Методика эксперимента и измерения
3.4.1. Объем варочного котла
Объем спроектированного и изготовленного биогазового варочного котла составляет 2,15 м3 типоразмера ³. Общий объем варочного котла учитывал объем горловины варочного котла, на котором была закреплена крышка варочного котла, объем хранилища газа и объем пульпы или камеры ферментации. При изготовлении биореактора был рассмотрен расчет конструкции горловины варочного котла, секции хранения газа и шламовой камеры.После изготовления камеры варочного котла фактический объем варочного котла был определен путем измерения размеров других компонентов с помощью строительного счетчика. На рисунке 3 показана схематическая расчетная схема объема биогазового варочного котла.

Три формы, используемые при описании различных отсеков биогазового варочного котла, включают цилиндрическую форму, образующую горловину, сферическую форму (для хранения газа) и форму усеченной шламовой камеры. Объем каждой из этих форм составлял общий объем биогазового реактора.
В расчетах использовались следующие параметры: Количество сторон = 12 сторон Длина каждой стороны нижней ступени = 0,36 м Длина каждой стороны верхней ступени = 0,39 м Длина апофемы нижней и верхней ступени = 0,65 м Высота варочного котла = 1,70 м Высота полусферической части = 0,73 м
Во-первых, с учетом горловины биогазового варочного котла, объем определяется как где r = 0,15 м, радиус горловины биогазового котла, и h = 0,12 м, высота цилиндрической формы.Таким образом, объем горловины варочного котла получился равным 0,01 м ³.
Во-вторых, для участка хранения газа объем полусферы =
Здесь радиус полусферы равен 0,67 м. Следовательно, объем полусферы = 0,64 м ³. Отсюда объем газохранилища составляет 0,64 м ³.
Наконец, объем пульпы или камеры ферментации рассчитывается из объема усеченной пирамиды, который равен объему большой пирамиды маленькой пирамиды.Объем пирамиды (большой или маленький) рассчитывается как где h известно как длина апофемы.
Следовательно, объем большой пирамиды = = 10,86 м ³.
А объем малой пирамиды = 9,37 м ³.
В результате получается объем усеченного конуса 1,49 м ³, который представляет объем камеры для суспензии.
Таким образом, общий объем изготовленного варочного котла биогаза оказался равным 2,15 м ³, полученному из уравнения (13).
Объем камеры варочного котла был выбран исходя из того, что конструкция представляет собой реактор небольшого размера для семьи, который может использоваться для удовлетворения потребностей семьи в приготовлении пищи, поскольку данное исследование является пилотным исследованием для установки биогазового реактора в сельских общинах. Другие критерии, учитываемые при выборе объема, включают наличие исходного сырья и время выдержки. Угол, использованный в конструкции, был призван избежать прямоугольной формы в 90 °, которая может привести к засорению или мертвой зоне. Это, в свою очередь, может вызвать сокращение производства биогаза.Следовательно, камера варочного котла была построена под углом наклона 88,14 °. Это обеспечит плавный нисходящий поток суспензии из входной камеры. В варочном котле использовался непрерывный режим подачи. Хотя объем биогазового варочного котла (2,15 м ³) приходится на периодический режим, тем не менее, предпочтение было отдано непрерывной подаче из-за связанного с ним адекватного метаболизма. Более того, скорость роста бактерий также более непрерывна по сравнению с периодическим кормлением [14], что помогает при производстве биогаза.Схема проектируемого биогазового реактора представлена на рисунке 4.
3.4.2. Входные и выходные камеры Объем
Геометрическая конфигурация входных и выходных камер сконструированного биогазового реактора представляет собой прямоугольную призму. Входная и выходная камеры варочного котла биогаза были построены немного выше изготовленного варочного котла, чтобы создать давление для увеличения производства биогаза.
Объем входной камеры =.
Объем выходной камеры =.
На рис. 5 показан расчетный объем впускной и выпускной камер биогазового реактора и давление, действующее на впускную и выпускную камеры.

3.4.3. Расчет конструкции впускной и выпускной камер с точки зрения давления
Схематический вид биогазового варочного котла на Рисунке 5 иллюстрирует расчет давления, оказываемого впускной и выпускной камерами.
Допущение 1. Силы во входной и выходной камерах равны.Условные обозначения: = объем входной камеры = объем выходной камеры = объем шламовой камеры = объем горловины варочного котла = объем хранилища газа = давление во входном резервуаре = давление в выходном резервуаре Давление, определяемое как сила на единицу площади математически определяется как Следовательно, давление в выходном резервуаре определяется как В то время как давление во входном резервуаре определяется как Входная камера, расположенная под углом 28 ° к камере метантенка, действует на равнодействующую силу F ¹ с массой (Mg) нисходящего движения суспензии в камеру варочного котла.
Введя в качестве угла, Сделав F объектом формулы, получаем Из уравнения (17) Подстановка уравнения (18) в уравнение (16) дает: Впускная труба имеет круглый диаметр; следовательно, площадь круга равна. Где r = 55 мм.
Площадь выпускного отверстия = длина x ширина. Где длина была 300 мм, а ширина 180 мм.
Подставляя эти значения, = (которое меньше 1). Следовательно, <
Из приведенного выше расчета, предполагая, что все силы равны, компонент F во входной камере будет меньше, чем компонент F в выходной камере.Это указывает на то, что давление в выходной камере будет больше, чем во входной. Следовательно, поскольку газ производился в верхней части биогазового варочного котла, в выпускной камере создавалось давление. Вот почему объем выходной камеры больше, чем входной.
3.4.4. Конструкция крышки варочного котла
Крышка варочного котла была изготовлена из того же материала (HDPE), который использовался для изготовления варочного котла. Размещение газового хранилища над шламовой установкой или камерой варочного котла может вызвать нагрузку на крышку.Таким образом, крышка была плотно приварена к варочному котлу с помощью теплового пистолета. Кроме того, пластина нижней крышки была зажата, чтобы противостоять любой силе, оказываемой давлением газа. Крышка помогла избежать утечки газа. Диаметр накладки составлял 120 мм, шейка пластины 30 мм при толщине 0,5 мм.
3.4.5. Конструкция трубы
При выборе подходящего пластикового материала для впускных и переливных труб учитываются следующие факторы: Тип и размер материала Тепловое расширение и температурный эффект Простота обслуживания и установка Безопасность с точки зрения расчетного фактора и адекватная поддержка
входная труба имеет цилиндрическую форму, и давление разрыва рассчитывалось по следующему уравнению: где — давление разрыва в фунтах на квадратный дюйм.предел прочности трубы на разрыв (52 МПа). минимальная толщина стенки трубы (2,2 мм). — средний диаметр (110 мм)
Используя уравнение (21) и подставляя значения, рассчитанное разрывное давление (которое представляет собой разницу между внутренним и внешним давлением) дается как = 2,08 фунта на квадратный дюйм.
3.4.6. Конструкция газового клапана
Размер газового клапана такой же, как у выпускной трубы; однако этот сценарий не всегда верен. Обычно размер клапана определяется отверстием клапана и формой плунжера клапана.Скорость потока и ожидаемое падение давления на клапане были факторами, которые учитывались при выборе газового клапана. Некоторые другие параметры, учитываемые при определении размера газового клапана, зависели от газа и режима потока. Это включает поток газа, ламинарный или турбулентный поток, несжимаемый или сжимаемый поток, неидеальный газовый эффект и ограничение выходной скорости для предотвращения ударных волн и шума. Тип используемого газового клапана — шаровой кран.
Учитывая падение давления, ожидаемое на газовом клапане, от расхода газа и размера газового клапана, было применено уравнение Бернулли.
Вводя термин потерь на трение, уравнение Бернулли выражается как где K — экспериментально определенный коэффициент, который представляет собой коэффициент потерь на трение газового клапана. Объединение уравнений (22) и (23) приведет к
Деление уравнения (24) на и let, где — удельный вес суспензии.
Пусть коэффициент газового клапана определяется как где уравнение (26) представляет уравнение газового клапана.
3.5. Испытание вентиляции биогазового реактора
Испытание вентиляции было проведено, чтобы убедиться, что спроектированные и изготовленные биогазовые реакторы не имеют утечек.Таким образом, подземные и надземные варочные котлы были испытаны на герметичность под высоким давлением. Это было выполнено путем заполнения биогазовых варочных котлов CO ₂ до уровней, близких к 100% содержанию CO ₂. Газ CO ₂, закачанный в купол, был измерен с помощью газового датчика CO ₂. Под высоким давлением наиболее вероятно, что существующие утечки могут увеличиться или даже могут образоваться новые. Это условие вредно для потенциального улавливания биогаза. Углекислый газ был выпущен в биогазовые реакторы с определенной скоростью.Но были приняты меры предосторожности, чтобы убедиться, что купол поддерживает закрытую систему, чтобы избежать утечки углекислого газа внутри или снаружи. На рисунке 6 показана экспериментальная установка для проверки вентиляции.

4. Результаты и обсуждение
4.1. Подготовка материала
В таблице 2 показаны результаты, полученные при определении выбранных физико-химических свойств коровьего навоза, использованного в исследовании.
pH влияет на активность микроорганизмов по разложению органических веществ в биогаз, в то время как общие твердые частицы полезны для определения скорости органической нагрузки биодигестера и прогнозирования необходимости технического обслуживания.Летучие твердые вещества используются для оценки количества субстрата, который может производить метан, а химическая потребность в кислороде дает информацию о том, сколько энергии содержится в образце. Теплотворная способность определяет теплоту сгорания или теплотворную способность любого твердого вещества или жидкости.
4.2. Объем варочного котла
В таблице 3 показаны значения, полученные в результате расчета различных компонентов спроектированного биогазового варочного котла и выхода газа. Расчетный эффективный объем варочного котла составил 2.15 м ³. Биогазовый варочный котел ³ объемом 2,15 м произвел выход биогаза 4,00 м3 ³.
Объем котла (м ³) Входная камера (м ³) Выходная камера (м ³) Выход газа 3 (м ³)
2,15 0,41 1,64 4,00
неопределенность выхода газа05 м ³.
Объем варочного котла 2,15 м ³, полученный в данном исследовании, представляет собой типичный объем варочного котла, способный обеспечить потребность семьи из четырех человек в приготовлении пищи. При производительности по биогазу 4,00 м ³ можно получить общую энергию 4 кВт / ч.
4.3. Производство биогаза
Спроектированный и изготовленный биогазовый реактор 2,15 м ³ установлен над землей и под землей. Выход биогаза стал возможным благодаря действию анаэробных бактерий в присутствии влаги и в отсутствие кислорода.Производительность варочного котла биогаза с точки зрения выхода биогаза была измерена в течение 18-дневного периода хранения и представлена на фиг. 7. Биогазовые варочные котлы питались навозом из коровьего навоза в соотношении 1: 1 для жидкого навоза и воды.

Из рисунка 7 видно, что производство биогаза было начато с первого дня; однако выход метана был низким — около 0,05 м ³ как в наземных, так и в подземных метантенках. Это связано с запаздыванием роста микробов, особенно метанопродуцирующих микроорганизмов.Однако газ диоксида углерода (CO ₂) превышал газ метан (CH ₄) с 1 по 5 день на Рисунке 7 примерно на 0,05 м ³. Более высокий выход CO ₂ объясняется деятельностью кислотообразующих бактерий, которые превращают жирные кислоты, аминокислоты и простой сахар в уксусную кислоту, водород и углекислый газ [15, 16]. При наблюдаемом производстве метана и диоксида углерода с 1-го дня очевидно, что процессы гидролиза, ацидогенеза и метаногенеза были инициированы с 1-го дня, но с меньшей активностью метанобразующих бактерий.Производство газообразного метана с первого дня дополнительно доказало, что три стадии анаэробного сбраживания происходили одновременно в биогазовом варочном котле, как подчеркивается в Kangle et al. [17] и Prasad et al. [15, 18, 19]. Увеличение выхода метана, зарегистрированное в биогазовом варочном котле, связано с присутствием легко биоразлагаемых органических веществ в коровьем навозе и присутствием метаногенов. Кроме того, высокий выход метана очевиден, что процесс метаногенеза анаэробного сбраживания достигает своей оптимальной стадии, что указывает на полную активность образующих метан.Общий объемный выход 2,18 м 3 ³ (54,50%) и 1,77 м ³ (44,25%) был получен для метана и диоксида углерода, соответственно, из биогазового варочного котла. Таким образом, общий объем произведенного биогаза составил 4,0 м3 ³. Оптимальный объем метана и углекислого газа в варочном котле составляет 60,0% и 30,0%, как показано в таблице 4.
Компоненты газа Процентный состав (%)
Метан 60.0
Углекислый газ 30,0
Сероводород, водород и другие газы 10,0
Из таблицы 4 видно, что метоксид углерода процентный состав варочного котла составил 60,0% и 30,0% соответственно. Состав метана 67,9% и состав углекислого газа 27,2%, зарегистрированные в исследовании, превысили состав настоящего исследования на 7.9% и 2,8% для варочного котла [20]. Расхождение в значениях может быть из-за более длительного времени удерживания и разницы температур. Однако разные авторы сообщили о разных значениях состава биогаза. Мукумба и др. [21] сообщили о составе метана 40,0–60,0%, составе углекислого газа 30,0–45,0% и 9,0% для состава других газов с использованием коровьего навоза. Oliveira и Doelle [22] сообщили о среднем составе метана 73,0%, в то время как на углекислый газ и другие газы приходилось 27.0% используют пищевые отходы. Кроме того, в исследовании, проведенном Анасварой [8], оптимальный состав метана и углекислого газа 66,0% и 34,0% был зарегистрирован на 23 ^-й день эксперимента. Результаты, приведенные в таблице 4, находятся в диапазоне содержания метана от 50,0% до 60,0% для субстрата из ослиного навоза при времени удерживания 30 дней [21]. Таким образом, состав биогаза в настоящем исследовании согласуется со значениями, указанными в литературе для содержания метана (50,0–70,0%) и диоксида углерода (30.0% –40,0%).
4.4. Тест вентиляции
Биогазовый реактор начал работу с показанием свежего воздуха около 22% CO ₂ в атмосфере, как показано на Рисунке 8.

В первые пятьдесят минут CO ₂ увеличивалось с шагом 20% в обоих варочных котлах, после чего поток стабилизировали, чтобы предотвратить замерзание подающей трубы. После стабилизации потока газа через 60 минут уровень газа контролировали, чтобы определить, есть ли снижение концентрации CO ₂.Концентрация газа оставалась постоянной, что указывает на герметичность камеры варочного котла.
5. Заключение
В ходе исследования был успешно спроектирован и изготовлен биогазовый варочный котел из ПНД размером 2,15 м ³, питаемый коровьим навозом. Общий объемный выход газа составил 2,18 м 3 ³ (54,50%) и 1,77 м ³ (44,25%) был получен для метана и диоксида углерода соответственно, что дает общий выход биогаза 4,00 м ³. В составе биогаза преобладает газообразный метан, что указывает на высокую склонность добываемого газа к воспламенению.Это дополнительно подтверждается данными о теплоте сгорания субстрата 27 МДж / г. Испытания на вентиляцию подтвердили, что сконструированный и изготовленный биогазовый реактор не имеет утечек. Таким образом, в исследовании делается вывод о том, что использование полиэтилена высокой плотности при изготовлении камеры варочного котла дает огромное преимущество в виде создания варочного котла без утечек и снижения общих затрат на установку варочного котла.
Доступность данных
Никакие данные не использовались для поддержки этого исследования.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что у них нет конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.
Выражение признательности
Авторы выражают благодарность Управлению сектора энергетики и водоснабжения и обучения (EWSETA) и Департаменту сельского развития и аграрной реформы Южной Африки за финансирование проекта.
No related posts.

Таблица 1. Снижение выбросов парниковых газов на биогазовой установке и оценка стоимости
	Базовые выбросы парниковых газов (т CO2-экв.)	Выбросы парниковых газов из метантенка (т CO2-экв.)	Снижение выбросов парниковых газов (т CO2-экв.)	Значение смещения углерода *
Метан (Ch5)	640	40	600	$ 9000
Закись азота (N2O)	500	350	150	$ 2250
Итого	1140	390	750	$ 11250
* Из расчета 15 долларов США за тонну CO ₂ e