Биогазовая установка

Пост опубликован: 7 августа, 2017

Альтернативные источники энергии все увереннее входят в повседневную жизнь современного человека. Люди научились использовать в своих целях энергию солнца, ветра, воды, недр земли, а также иные, альтернативные традиционным источникам энергии, виды топлива.

К таким, не обычным источникам энергии, относится биогаз, который получают в специальных установках и используют для получения различных видов энергии, используемых человеком в повседневной жизни (тепло, электричество и топливо для автомобилей).

Что это?

Биогаз, который является экологически чистым топливом, получают в биогазовых установках, агрегатах, представляющих из себя комплекс технических сооружений и аппаратов, объединенных в единый технологический цикл.

Комплектация биогазовой установки может быть различной, в зависимости от ее мощности, вида сырья и получаемого конечного продукта в виде тепловой или электрической энергии, обоих видов энергии или только биогаза, используемого в бытовых газовых плитах и в качестве топлива для автомобилей.

Стандартная установка, состоит из следующих узлов и агрегатов:

• Емкость накопитель, в которой накапливается используемое, для получения биогаза, сырье;
• Миксеры и мельницы различной конструкции, делящие крупные фракции сырья на более мелкие;
• Газгольдер, герметично закрываемая емкость, служащая накопителем получаемого газа;
• Реактор, емкость или резервуар, в котором происходит процесс образования биотоплива;
• Системы подачи сырья в реактор установки;
• Система передачи получаемого топлива от реактора и газгольдера, далее на этапы обработки и преобразования в другие виды энергии;
• Системы автоматики, защиты и контроля за процессами производства газа и продуктов его переработки.

На выше приведенной схеме, условно показан технологический цикл производства биогаза с использованием жидкого и твердого сырья, с дальнейшей его переработкой и получением тепловой и электрической энергий.

Кому нужны биогазовые установки

В связи с тем, что современному человеку достаточно трудно обходиться без тепла и электричества, то биогазовые установки, которые являются агрегатами, производящими эти виды энергии, нужны всем и везде. Единственный фактор, который влияет на необходимость и возможность установки подобного агрегата в том или ином месте, это наличие достаточного количества органического сырья, необходимого для работы устройства.

К тому же, в наше время борьбы за чистоту окружающего мира, являясь экологически чистыми при производстве энергии и работающие на альтернативном топливе, данные установки, все более широко используются как в нашей стране, так и за ее пределами.

Принцип действия

Принцип работы подобный устройств основан на брожении и разложении органических отходов сельскохозяйственных и иных производств, осуществляемом в реакторе биогазовой установки, под воздействием особых гидролизных, кислотообразующих и метанобразующих бактерий. В результате разложения сырья получается биогаз, состоящий из смеси метана, углекислого газа и примесей прочих газов (аммиак, сероводород, азот и т.д.).

Работа биогазовой установки осуществляется следующим образом:

• Продукты жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз), отходы пищевых и иных производств (лесопереработка), поступают в накопительные емкости;
• При использовании сырья, требующего измельчения, выполняется и эта операция, после чего подготовленное сырье, путем устройства насосов, транспортеров (для твердых видов сырья), поступает в переходную емкость (на схеме кислототенк), где происходит дополнительный подогрев биомассы;
• Подготовленное сырье поступает в биореактор, который должен быть прочным, кислотостойким и герметично закрытым, что определяет процесс производства биогаза;
• Для создания оптимальных условий для разложения подготовленного сырья и ускорения процесса брожения, в реакторе, как правило, монтируются устройства, обеспечивающие его дополнительный нагрев и перемешивание продуктов разложения;
• Оптимальный температурный режим, для работы биорекатора — +40,0 *С;
• В результате разложения и брожения, через определенные промежуток времени, который зависит от исходного сырья и технических возможностей конкретной установки, образуется биогаз и биоудобрения;
• Биогаз накапливается в газгольдере, который может быть отдельно стоящим от биореактора, или смонтирован в едином корпусе с ним;
• Биоудобрения накапливаются в емкости самого биореактора и после завершения процесса брожения убираются для дальнейшего использования;
• Биогаз, под давлением, создаваемом в газгольдере, поступает в систему очистки, после чего используется потребителями для получения электрической, тепловой энергии и для бытового потребления;
• Биоудобрения поступают в емкость накопитель, затем путем сепарации, разделяются на твердые и жидкие, после чего используются по прямому назначению.

Сравнение биогаза с другими источниками энергии

При сравнении производства биогаза, служащего топливом для получения различных видов энергии, с другими видами получения альтернативной энергии, как то, солнечные электростанции и ветровые генераторы, то видно, что данные установки, обладают одним преимуществом, это способность работать, вне зависимости от внешних факторов (погода, сезонность и т.д.) в круглосуточном и круглогодичном циклах.
Еще один аспект использования биогазовых установок, как то, возможность использовать в полном объеме установленную мощность агрегатов, сопоставляет их с традиционными устройствами получения энергии (нефть, газ и т.д.) и гарантирует их использование в ближайшей и долгосрочной перспективах.

Внутренняя энергия 1,0 м3 биогаза, сопоставима с:

1. 0,6 м3 природного газа;
2. 0,74 л нефти;
3. 0,65 л дизельного топлива;
4. 0,48 л бензина.

При сжигании 1,0 м3 биогаза выделяется 9,0 кВт тепловой энергии, что позволяет произвести до 1,5 кВт электрической энергии или обогреть помещение площадью до 80,0 м2 в течение нескольких часов.

Характеристики горючести биогаза и прочих горючих газов несколько разняться, для сравнения они приведены в ниже следующей таблице:

характеристики	Газ
	Единица измерения	Биогаз	Природный газ	Пропан	Метан
Теплота сгорания	кВт*ч/м3	6,0	10,0	26,0	10,0
Плотность	кг/м3	1,2	0,7	2,01	0,72
Соотношение плотности с воздухом	кг/м3	0,9	0,54	1,51	0,55
Температура воспламенения	*С	700	650	470	650
Скорость распространения пламени в воздухе	м/с	0,25	0,39	0,42	0,37
Предел воспламенения пламени в воздухе	%	6,0 – 12,0	5,0 – 15,0	2,0 – 10,0	5,0 – 15,0

Биогаз – это альтернативный вид топлива, постепенно завоевывающий рынок возобновляемых источников энергии в разных странах и на разных континентах нашей планеты.

Биогазовая установка для частного дома

В связи с тем, что в личном подсобном хозяйстве, количество образующихся органических отходов и продуктов деревообработки и переработки сельскохозяйственных культур, ограничено, то в качестве основного и единственного источника энергии, вне зависимости от направленности (тепловая, электрическая, газ), биогазовые установки рассматривать не целесообразно.

К тому же, необходимо учитывать, что при работе подобных устройств, выделяется целая группа прочих газов (сероводород, аммиак и т.д.), которым свойственен специфический неприятный запах, что требует выполнять монтаж установки на некотором удалении от жилых помещений.

Конструктивно, подобная установка может выглядеть следующим образом:

• Главный элемент — это реактор, в качестве которого выступает емкость, соответствующая объемами сырья. Емкость может быть установлена в различном исполнении (подземная, наземная и частично заглубленная конструкция).
• В емкости должны быть предусмотрены загрузочный люк, отводная труба или штуцер для отвода газа, люк для удаления переработанного сырья (может совмещаться с загрузочным) и механизм перемешивания, при необходимости. Монтируемые узлы и элементы должны герметично закрываться и держать определенное давление.
• К штуцеру отводной трубы подсоединяется отводящий трубопровод, на котором устанавливается запорный вентиль и манометр, для контроля за давлением получаемого газа.
• При необходимости, может быть установлен электрический привод на мешалке установки, а также насос и транспортер в системах подачи сырья.

Для фермерского хозяйства

При наличии у фермерского хозяйства, или иного не крупного предприятия, среднее количество органических отходов (пилорама, тепличное хозяйство, птицеферма и т.д.), появляется возможность смонтировать более крупную установку, позволяющую обеспечить собственные потребности в тепловой и электрической энергиях.
В этом случае процесс производства топлива аналогичен процессу, при использовании в частном порядке, отличие лишь в мощности агрегатов и соответственно, объемах перерабатываемого сырья.

Конструктивно, это может выглядеть следующим образом:

На данной схеме представлены:

• 1 – емкость накопитель продуктов жизнедеятельности сельскохозяйственных животных (навоз);
• 2 – фекальный насос, обеспечивающий подачу навоза для переработки;
• 3 – котел (реактор), агрегат в котором происходит процесс разложения и брожения сырья;
• 4 – элемент, обеспечивающий отвод переработанного сырья;
• 5 – отводящий трубопровод;
• 6 – газгольдер, накопитель биогаза;
• 7 – устройство по преобразовании газа в тепловую энергию (газовая горелка);
• 8 – получаемая тепловая энергия;
• 9 – устройство по преобразованию газа в электрическую энергию (газогенератор);
• 10 и 11 – электрическая и тепловая энергии, получаемые при работе газогенератора.

Биогазовая установка для предприятия

Когда крупное предприятие, имеющее значительный объем отходов производства, строит биогазовую установку, то сам процесс ничем не отличается от выше перечисленных вариантов (личное и фермерское хозяйства).

Разница лишь в мощности установки, ее геометрических размерах, наличии средств автоматики и защиты. Вариант такой установки, для крупного предприятия, может выглядеть следующим образом:

Как правило, на крупные биогазовых установка, кроме стандартных операций, рассмотренных в выше рассмотренных вариантах комплектации, применяются и дополнительные, это:

1. несколько ступеней очистки газа;
2. подготовка газа перед подачей на переработку;
3. охлаждение перед подачей на газогенератор;
4. прочие системы, в зависимости от конструкции установки и видов используемого сырья.

Средние цены

В настоящее время, биогазовые установки изготавливаются рядом отечественных и зарубежных компаний.

Наиболее популярны среди различных групп пользователей, следующие модели, это:

• Мини биогазовая установка БУГ-М, производства Россия. В комплект установки входит оборудование емкостью 1,0 м3 (100 л) перерабатываемого сырья и выходом готового продукта в виде биогаза в объеме 1,0 м3/сутки и удобрения – 100 л/сутки.
  Стоимость комплекта – от 170000,00 рублей.
• Биогазовая установка «BioMash-20», производство Россия.

Объем перерабатываемого сырья составляет 700,0 кг/сутки, при этом выход готового продукта составляет:

1. Электрической энергии – до 20,0 кВт/час;
2. Тепловой энергии – до 2,4 Гкал/сутки.
   Данная модель может быть использована на животноводческих фермах по содержанию до 12 голов крупного рогатого скота, 250 свиней или до 1200 птиц, различных видов. Стоимость комплекта оборудования – от 2000000,00 рублей.

• Биогазовые комплексы различной производительности, компании Rucons Gobal UG (Германия).
  Все оборудование изготавливается из нержавеющей стали и монтируется в отдельных технологических модулях (ферментация, смешивание, брожение, автоматика и управление и т.д.).
  Стоимость комплекта, в зависимости от производительности — от 2500000,00 рублей.

Как сделать своими руками

Умея работать с различным ручным инструментом, имея навыки сантехнических и сварочных работ, а также свободное время и желание, можно изготовить биогазовую установку малой мощности своими руками.

Работы выполняются в соответствии с ниже приведенной схемой и в следующей последовательности:

1. Монтируется корпус реактора, в котором будет происходить брожение. Для этого используется металлическая емкость или сооружается бетонная конструкция (№1 на схеме), произвольной формы.
2. В верхней части реактора изготавливается крышка (№3 на схеме), а в боковых стенках – отверстия для загрузки сырья (№2 на схеме) и выгрузки переработанного материала (№% на схеме). Крышка и отверстия должны быть герметичны по отношению к окружающей среде.
3. Отдельно устанавливается газгольдер, устройство, служащее накопителем биогаза (№4 на схеме).
4. От газгольдера до места потребления монтируется трубопровод (№6 на схеме), с устройством вентилей и элементов защиты (клапана и задвижки).

Плюсы и минусы

Топливо, получаемое в биогазовых установках (биогаз), является возобновляемым и альтернативным традиционным, источником энергии.

Использование подобных агрегатов позволяет добиться положительных результатов в различных составляющих их применения, это:

• Экологическая – при устройстве подобных установок вблизи предприятий, являющихся поставщиками сырья, уменьшается защитная санитарная зона вокруг них. Снижаются выбросы вредных веществ в атмосферу.
• Энергетическая – имея доступное сырье по минимальным ценам, а иногда и без таковой (бесплатно), в результате потребитель получает различные виды энергии и топлива с низкой себестоимостью.
• Экономическая – монтаж биогазовых установок позволяет избежать строительства очистных сооружений и заградительных устройств (растекание навоза на животноводческих комплексах), и затрат по утилизации мусора.

Достоинствами подобных агрегатов, также являются:

1. Доступность различного вида сырья.
2. Неисчерпаемость сырьевой базы, обеспеченная ростом сельскохозяйственного производства и объемов продукции пищевой отрасли.
3. Обеспечивает утилизацию отходов жизнедеятельности животных и органического мусора.

Недостатками являются:

1. Являясь экологически чистым видом топлива, биогаз, тем не менее, при сжигании, выделяет определенное количество вредных веществ в атмосферу.
2. Территориальная зависимость места размещения установки от района нахождения источников сырья (крупные животноводческие комплексы, перерабатывающие предприятия и объекты сельскохозяйственного производства).
3. Высокая стоимость комплекта оборудования и соответственно продолжительные сроки его окупаемости.

Биогаз — руководство для начинающих

Что такое биогаз? Руководство для начинающих

Анаэробное сбраживание — это естественная форма отходов в энергию, которая использует процесс ферментации для расщепления органических веществ. Животный навоз, пищевые отходы и сточные воды — все это примеры органического вещества, которое может производить биогаз путем анаэробного сбраживания. Из-за высокого содержания метана в биогазе (обычно 50-75%) биогаз является легковоспламеняющимся и, следовательно, производит глубокое синее пламя и может использоваться в качестве источника энергии.

Экология биогаза

• Биогаз известен как экологически чистый источник энергии, потому что он одновременно облегчает две основные экологические проблемы:
• Глобальная эпидемия отходов, которая выпускает опасные уровни метана каждый день
• Зависимость от энергии ископаемого топлива для удовлетворения мирового спроса на энергию

Преобразуя органические отходы в энергию, биогаз использует элегантную тенденцию природы перерабатывать вещества в производственные ресурсы.

Производство биогаза восстанавливает отходы, которые в противном случае загрязняют свалки; предотвращает использование токсичных химикатов на очистных сооружениях и экономит деньги, энергию и материалы, обрабатывая отходы на месте. Кроме того, использование биогаза не требует извлечения ископаемого топлива для производства энергии.

Вместо этого биогаз берет проблемный газ и превращает его в гораздо более безопасную форму. Более конкретно, содержание метана в разлагающихся отходах преобразуется в диоксид углерода. Газообразный метан в 20–30 раз превышает способность углекислого газа удерживать тепло. Это означает, что когда гниющая буханка хлеба превращается в биогаз, ее воздействие на окружающую среду будет примерно в 10 раз менее сильным, чем если бы ее оставили гнить на свалке.

Биореактор

В отличие от выпуска метана в атмосферу, биогазовые реакторы являются системами, которые перерабатывают отходы в биогаз, а затем направляют этот биогаз, чтобы можно было продуктивно использовать энергию.

Существует несколько типов биогазовых систем и установок, которые были разработаны для эффективного использования биогаза. В то время как каждая модель отличается в зависимости от ввода, выхода, размера и типа, биологический процесс, который превращает органические отходы в биогаз, является однородным.

Биореакторы получают органические вещества, которые разлагаются в камере. Камера биореактора полностью погружена в воду, что делает ее анаэробной (бескислородной) средой. Анаэробная среда позволяет микроорганизмам разрушать органический материал и превращать его в биогаз.

Полностью натуральное удобрение

Поскольку органический материал разлагается в жидкой среде, питательные вещества, присутствующие в отходах, растворяются в воде и создают богатый питательными веществами осадок, обычно используемый в качестве удобрения для растений.

Это производство удобрений производится ежедневно и, следовательно, является высокопродуктивным побочным продуктом анаэробного сбраживания.

Биологический распад

Для производства биогаза ферменты органического вещества с помощью бактериальных сообществ. Четыре стадии ферментации переводят органический материал из исходного состава в биогазовое состояние.

• Первая стадия процесса расщепления — стадия гидролиза. На стадии гидролиза нерастворимые органические полимеры (такие как углеводы) расщепляются, делая их доступными для следующей стадии бактерий, называемых ацидогенными бактериями.
• Ацидогенные бактерии превращают сахара и аминокислоты в диоксид углерода, водород, аммиак и органические кислоты.
• На третьем этапе ацетогенные бактерии превращают органические кислоты в уксусную кислоту, водород, аммиак и углекислый газ, что позволяет на последнем этапе — метаногены.
• Метаногены превращают эти конечные компоненты в метан и углекислый газ, которые затем можно использовать в качестве горючей зеленой энергии.

История биогаза

Этот анаэробный процесс разложения (или брожения) органического вещества происходит вокруг нас в природе и происходит в течение очень долгого времени. Фактически, бактерии, которые расщепляют органический материал в биогаз, являются одними из самых старых многоклеточных организмов на планете.

Человеческое использование биогаза, конечно, далеко не уходит в прошлое, однако некоторые неофициальные данные прослеживают первые случаи использования биогаза ассирийцам в 10-м веке и персам в 16-м веке. Совсем недавно 20-й век привел к возрождению как промышленных, так и небольших биогазовых систем.

Индия и Китай начали разработку небольших биогазовых установок для фермеров примерно в 1960-х годах. Цель состояла в том, чтобы предоставить возможность получения газа из отходов в сельских районах и сделать более чистое топливо для приготовления пищи более доступным в отдаленных районах.

Почти треть населения планеты по-прежнему использует дрова и другую биомассу для производства энергии, что приводит к разрушительным проблемам со здоровьем и окружающей среде.

В Индии популярная модель известна как биореактор с плавающим барабаном, а предпочтительная модель биогаза в Китае называется установка с фиксированным куполом.

С тех пор биогазовые установки размером достаточной для одной семьи приобретают все большее внимание и популярность как средство сокращения бытовых отходов и как средство обеспечения чистой возобновляемой энергией семей во всем мире.

В последние 15 лет страны всего мира внедряют биогазовые программы для обеспечения доступности, эффективности и удобства как биогазовых систем для домашних хозяйств, так и более крупных установок для анаэробного сбраживания.

Поскольку мусорные свалки перегружены и постоянно растут, а выброс метана создает все больше проблем, преимущества использования биогазовых систем для преобразования отходов в энергию становятся все более актуальной и важнрй.

Где используется биогаз?

Биогаз может быть произведен с различными типами органического вещества, и, следовательно, существует несколько типов моделей для биогазовых реакторов. Некоторые промышленные системы предназначены для очистки: городских сточных вод, промышленных сточных вод, твердых бытовых отходов и сельскохозяйственных отходов.

Небольшие системы обычно используются для переработки отходов животных. И новые системы семейного размера предназначены для переваривания пищевых отходов.

Полученный биогаз можно использовать несколькими способами, включая: газ, электричество, тепло и транспортное топливо.

Например, в Швеции сотни автомобилей и автобусов работают на очищенном биогазе. Биогаз в Швеции производится в основном из очистных сооружений и свалок.

Другим примером разнообразного использования биогаза является завод по производству молочных продуктов. Один из крупнейших производителей сыра в Великобритании строит анаэробную установку, которая будет перерабатывать остатки молочных продуктов и превращать в биометан для газовой сети.

Малые Биогазовые Системы

Компактные биогазовые котлы малого или семейного размера чаще всего встречаются в Индии и Китае. Однако спрос на такие устройства быстро растет во всем мире благодаря более передовым и удобным технологиям.

Поскольку современный мир производит все больше и больше отходов, люди стремятся найти экологические способы обработки своего мусора.

Традиционные системы, обычно встречающиеся в Индии и Китае, ориентированы на отходы животных. Из-за нехватки энергии в сельских районах в сочетании с избытком навоза, биогазовые реакторы очень популярны, полезны и даже меняют жизнь.

Во многих развивающихся странах биореакторы даже субсидируются и пропагандируются правительством и местными министерствами, которые видят разнообразные выгоды от использования биогаза.

В дополнение к наличию на кухне чистого возобновляемого источника энергии, многие семьи широко используют побочный продукт удобрений, который обеспечивают биогазовые системы.

В африканских странах некоторые пользователи биогаза даже получают прибыль, продавая побочный продукт био-суспензии, произведенный системами биогаза.

Эта био-суспензия отличается как жидкое удобрение, которое производится ежедневно. Биологическая суспензия относится к наиболее разложившейся стадии органического вещества после его разрушения в системе.

Биологическая суспензия опускается на дно биогазовой системы и с помощью современных установок, легко сливается после накопления (обычно это ежегодный процесс).

Эта био-суспензия на самом деле является плотным осадком, который дает много полезных свойств для почвы и может повысить продуктивность огородов.

• Биогаз — это технология, которая имитирует способность природы отдавать. Как промышленные, так и семейные биогазовые установки становятся невероятно популярными и актуальными в современном мире.
• По мере роста применения и эффективности биогаз может оказать существенное влияние на сокращение выбросов парниковых газов.
• Биогаз как чистый источник энергии и возобновляемое средство обработки органических отходов применим как в слаборазвитых, так и в промышленно развитых странах.

Преимущества и недостатки биогаза

Во всем мире интерес к возобновляемым источникам энергии набирает обороты. Производство биогаза неуклонно растет, так как все больше людей создают биогазовые установки для производства биогаза. Чтобы получить более полное представление о том, для чего нужен биогаз, мы создали этот список, объясняющий преимущества и недостатки биогаза.

Преимущества биогаза

Биогаз экологичен

Биогаз является возобновляемым, а также чистым источником энергии. Газ, получаемый в результате биоразложения, не загрязняет окружающую среду; это фактически уменьшает выбросы парниковых газов (то есть уменьшает парниковый эффект).

В процессе не происходит сгорания, что означает отсутствие выброса парниковых газов в атмосферу; поэтому использование газа из отходов как формы энергии на самом деле является отличным способом борьбы с глобальным потеплением.

Неудивительно, что забота об окружающей среде является основной причиной, по которой использование биогаза стало более распространенным. Биогазовые установки значительно сдерживают парниковый эффект: заводы снижают выбросы метана, улавливая этот вредный газ и используя его в качестве топлива.

Производство биогаза помогает снизить зависимость от использования ископаемого топлива, такого как нефть и уголь.

Другое преимущество биогаза состоит в том, что, в отличие от других видов возобновляемых источников энергии, этот процесс является естественным и не требует энергии для процесса генерации.

Кроме того, сырье, используемое в производстве биогаза, является возобновляемым, поскольку деревья и сельскохозяйственные культуры будут продолжать расти. Навоз, пищевые отходы и растительные остатки — это сырье, которое всегда будет в наличии, что делает его весьма устойчивым вариантом.

Выработка биогаза снижает загрязнение почвы и воды

Переполненные свалки не только распространяют неприятные запахи — они также позволяют токсичным жидкостям стекать в подземные источники воды. Следовательно, еще одно преимущество биогаза заключается в том, что производство биогаза может улучшить качество воды. Кроме того, анаэробное пищеварение дезактивирует патогены и паразитов; таким образом, он также довольно эффективен в снижении заболеваемости болезнями, передаваемыми через воду. Аналогичным образом, сбор и утилизация отходов значительно улучшаются в районах с биогазовыми установками. Это, в свою очередь, приводит к улучшению состояния окружающей среды, санитарии и гигиены.

Биореакор производит органические удобрения

Побочным продуктом процесса генерации биогаза является обогащенный органический (дигестат), который является идеальным дополнением или заменой химических удобрений.

Выброс удобрений из биогазовой установки может ускорить рост растений и устойчивость к болезням, тогда как коммерческие удобрения содержат химические вещества, которые оказывают токсическое воздействие и могут вызывать пищевое отравление, среди прочего.

Это простая и недорогая технология, которая способствует циркулярной экономике

Технология производства биогаза довольно дешевая. Онв проств в настройке и не требует больших вложений в небольших масштабах. Небольшие биодегустаторы можно использовать прямо дома, используя кухонные отходы и навоз.

Бытовая система окупается через некоторое время, а материалы, используемые для генерации газа, абсолютно бесплатны. Проявленный газ может быть использован непосредственно для приготовления пищи и выработки электроэнергии.

Это то, что позволяет себестоимости производства биогаза быть относительно низким.

Фермы могут использовать биогазовые установки и отходы, производимые их домашним скотом каждый день. Отходы одной коровы могут дать достаточно энергии для питания лампочки на целый день.

На больших станциях биогаз также может быть сжат для достижения качества природного газа и использован для питания автомобилей. Строительство таких заводов требует относительно небольших капиталовложений и создает экологичные рабочие места. Например, в Индии было создано 10 миллионов рабочих мест, в основном в сельской местности, на заводах и в сборе органических отходов.

Здоровая альтернатива кулинарии для развивающихся областей

Биогазовые генераторы спасают женщин и детей от сложной задачи сбора дров. В результате остается больше времени для приготовления и очистки. Что еще более важно, приготовление пищи на газовой плите, а не на открытом огне, предохраняет семью от воздействия дыма на кухне. Это помогает предотвратить смертельные респираторные заболевания. К сожалению, 4,3 миллиона человек в год преждевременно умирают от болезней, вызванных загрязнением воздуха в домах, вызванным неэффективным использованием твердого топлива для приготовления пищи.

Недостатки биогаза

Несколько технологических достижений

К сожалению, недостатком биогаза сегодня является то, что системы, используемые при производстве биогаза, неэффективны. Там нет никаких новых технологий для упрощения этого процесса, чтобы сделать его стоимость более. Это означает, что крупномасштабное производство на поставку для большого населения по-прежнему не представляется возможным. Хотя доступные сегодня биогазовые установки способны удовлетворить некоторые потребности в энергии, многие правительства не желают инвестировать в этот сектор.

Содержит примеси

После очистки и сжатия биогаз все еще содержит примеси. Если полученное биотопливо использовалось для питания автомобилей, оно может разъедать металлические части двигателя. Эта коррозия приведет к увеличению затрат на техническое обслуживание. Газовая смесь гораздо больше подходит для кухонных плит, водогрейных котлов и ламп.

Влияние температуры на производство биогаза

Как и другие возобновляемые источники энергии (например, солнечная энергия, энергия ветра), на производство биогаза также влияет погода. Оптимальная температура, необходимая бактериям для переваривания отходов, составляет около 30 ° C. В холодном климате биоустановки требуют тепловой энергии для поддержания постоянной подачи биогаза.

Менее подходит для густонаселенных районов

Еще одним недостатком биогаза является то, что промышленные биогазовые установки имеют смысл только в тех случаях, когда сырье в изобилии (пищевые отходы, навоз). По этой причине выработка биогаза гораздо больше подходит для сельских и пригородных районов.

Готовы создать собственную систему производства биогаза?

Благодарим за чтение нашей статей о получениие биогаза.
Задавайте здесь любые вопросы. Вы также можете подписаться на нашу рассылку и получать ежемесячные обновления о специальных предложениях, отраслевых новостях, тенденциях устойчивого развития, видео с рецептами и многом другом!

Биореактор и другое оборудование для переработки навоза в биогаз: виды, принцип работы, популярные модели

Для переработки таких отходов животноводства и птицеводства, как навоз и помет, в биогаз, необходимо особое оборудование — биореактор, метантенк, биогазовая установка.

Такие устройства обеспечивают быстрое перегнивание экскрементов, а также создают оптимальные условия для жизнедеятельности метанобразующих бактерий — метаногенов.

Поговорим об оборудовании для переработки навоза в биогаз: разновидностях и принципе работы, а также приведем обзор моделей.

Какие условия должна создавать биоустановка?

Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:

• отсутствие притока кислорода (герметичность);
• постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
• регулируемый приток свежего материала;
• регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
• регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.

Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.

Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.

Благодаря тому, что биореактор работает на измельченной жиже, разведенной водой до влажности выше 97%, свежий материал подводят по трубам, оснащенным гидрозатвором или клапаном. Это исключает попадание внутрь воздуха и бесконтрольный выход выработанных газов.

Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.

Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.

Что представляет собой установка для производства биогаза?

Наиболее эффективной формой для этой установки является цилиндр с конусной нижней и конусной или округлой верхней частью, причем нет особой разницы между соотношением диаметра и высоты.

В такой конструкции проще всего реализовать перемешивание расслаивающегося материала, а для повышения температуры важна не форма сосуда, а достаточное количество тепловой энергии и минимум излучения тепла в атмосферу.

Корпус и крышка, в которой расположен первичный газгольдер, могут быть выполнены из бетона или нержавеющей стали. Основное преимущество бетонных корпусов в том, что их не приходится целиком или по частям везти издалека, а опалубку для заливки собирают на месте из досок.

Главным недостатком является сложность создания и поддержания в биореакторе достаточной температуры, ведь необходимо прогревать не только содержимое метантенка, но и бетонные стенки устройства. Устройства небольшого объема (1–20 м 3 ) нередко изготавливают из полипропилена, полиэтилена и других полимеров.

Для обогрева содержимого внутри стенок прокладывают трубы для движения теплоносителя или формируют «водяную рубашку», то есть полость между утепляющим слоем и внутренней стенкой.

Первый способ используют в бетонных конструкциях, а второй в сделанных из нержавеющей стали. Внутреннюю поверхность стен из любых материалов нередко покрывают химически инертными по отношению к навозу материалами, благодаря чему многократно возрастает срок службы метантенка.

Входное отверстие, через которое в емкость попадает исходный материал, и отверстие для слива технической воды располагают там, где перед перемешиванием оказывается участок воды. В большинстве случаев расположение этого отверстия соответствует половине уровня максимального заполнения.

В самой нижней части днища делают отверстие для отвода сапропеля. В нижней части крышки делают эластичный мешок, выполняющий функцию первичного газгольдера и соединенный через клапан с газопроводом.

Существуют модели и без мешка, там местом для накапливания газа служит свободное пространство между крышкой и стеной.

Однако у такой схемы есть недостаток – высокая вероятность утечки газа через плохо заделанные щели.

В большинстве биореакторов система перемешивания состоит из вертикального вала и установленных на нем лопастей. При вращении они создают направленное вверх или вниз движение большей части содержимого, благодаря чему и происходит перемешивание слоев.

Однако встречаются устройства с гидравлическим перемешиванием, в которых готовый субстрат подают через днище под большим давлением, благодаря чему возникают вихревые возмущения, перемешивающие содержимое.

Но такая система перемешивания уместна лишь там, где соотношение объемов суточной порции субстрата и всего содержимого метантенка не превышает 1:10.

Дополнительное оборудование

К дополнительному оборудованию, без которого невозможна работа биореактора, относят:

• измельчающее устройство;
• источник тепловой энергии;
• систему сброса технической воды;
• хранилище сапропеля;
• очистную установку;
• основной газгольдер;
• установку сжижения газа;
• газгольдер для сжиженного газа;
• управляющую систему.

Измельчающее устройство

Измельчающее устройство принимает поступающую с мест содержания животных/птиц навозную/пометную жижу, а также смытую или убранную вручную подстилку и измельчает все крупные фрагменты, чтобы облегчить работу бактерий.

Кроме того, измельчающее устройство смешивает измельченную массу с водой, чтобы обеспечить необходимый уровень влажности, причем во время смешивания происходит доизмельчение материала.

Такой измельченный и разведенный водой материал называют субстратом.

После подготовки субстрат по трубам поступает в метантенк и смешивается с находящимся в нем веществом.

Источник тепловой энергии

Чаще всего роль такого источника исполняет адаптированный для работы на метане газовый котел, который в зимнее время также снабжает теплом систему отопления.

Преимуществом метанового котла является возможность подключения к основному газгольдеру, благодаря чему удается обойтись без привлечения дополнительных энергоресурсов.

При этом необходимо постоянно отслеживать температуру внутри биореактора, чтобы она все время находилась в оптимальных пределах и, при необходимости, увеличивать или снижать подачу газа, для чего внутри емкости устанавливают датчики температуры.

Система сброса технической воды

Сливаемая с биореактора техническая вода содержит немного органических и неорганических веществ, но в ней нет ни возбудителей болезней, ни яиц или личинок глистов, а также семян сорняков. Поэтому ее можно использовать для полива, а также для разведения составов, используемых для подкормки.

Для реализации всех этих возможностей система, помимо периодически открываемого сливного клапана, должна содержать емкость для технической воды и средства доставки к месту использования.

Хранилище сапропеля

Скапливающийся на дне метантенка сапропель через специальный клапан поступает в хранилище, где постепенно накапливается.

Он является хорошим удобрением, сопоставимым с перегноем, однако менее качественно разрыхляющим почву.

Тем не менее, сапропель эффективно заменяет многие комплексные удобрения, ведь содержит широкий спектр органических и неорганических веществ.

После заполнения хранилище открывают и извлекают из него собранный материал, который затем вносят в почву.

Очистное устройство

Биогаз состоит из метана (50–60%) и других газов, поэтому в неочищенном состоянии обладает малой теплотворной способностью.

Очистная установка удаляет из него углекислый газ и сероводород, благодаря чему доля метана составляет 94–97%.

Такой очищенный биогаз по своей теплотворной способности сопоставим с природным и сжиженным газом, поэтому его можно использовать в качестве топлива для любых устройств, изначально работающих на указанных видах топлива.

Основной газгольдер

Это оборудование необходимо для сглаживания перепадов давления газа во время подключения или отключения потребителей. Газгольдер изготавливают из стали, благодаря чему он выдерживает давление в десятки или сотни атмосфер.

Вместе с газгольдером работает и насос, закачивающий в него газ под необходимым давлением.

Аппарат сжижения газа и газгольдер для его хранения

Эта установка позволяет запасать газ в те периоды, когда потребление меньше производства. Дело в том, что сжиженный газ занимает гораздо меньше места, поэтому при одинаковом объеме хранилища его можно запасти заметно больше.

Аппарат сжижает газ с помощью охлаждения, благодаря чему он переходит из газообразного в жидкое состояние.

Газгольдер для сжиженного газа изготавливают из высокопрочной стали, а также тщательно утепляют, ведь давление внутри газгольдера зависит не только от количества сжиженного метана, но и от его температуры.

Такой газгольдер позволяет в летние месяцы делать запас сжиженного метана, который зимой можно будет использовать для отопления или других нужд, компенсируя им недостаточную выработку биогаза.
Кроме того, сжиженный газ из газгольдера хорошо подходит для заправки автомобилей и иной техники, работающей на таком виде топлива.

Управляющая система

Для обеспечения максимальной выработки биогаза, а также для увеличения доли метана в нем необходимо не только поддерживать оптимальную температуру, но и своевременно выполнять все необходимые действия, то есть:

• подавать субстрат;
• отводить воду;
• удалять сапропель;
• регулировать работу очистной и сжижающей установок.

Все эти действия выполняет управляющая система, которая состоит из центрального сервера и различных периферийных устройств.

Кроме того, к ней подключены датчики, отслеживающие состояние и работоспособность всех входящих в нее устройств.

Принцип работы

Когда биореактор загружают в первый раз или после долгого простоя, то после загрузки первой партии субстрата количество бактерий в нем недостаточно для того, чтобы все процессы шли с необходимой скоростью.

Поэтому первые 5–15 дней (зависит от режима работы) происходит накопление субстрата и размножение населяющих его бактерий, которые постепенно приступают к переработке содержимого биореактора.

Переработка происходит в три этапа:

• разложение помета/навоза, а также растительности на моносахариды и другие простые органические вещества (гидролиз);
• образование кислот и кетонов (кислотообразование);
• переработка уксусной кислоты и углекислого газа в метан (метанообразование).

Все процессы происходят благодаря определенным бактериям. Гидролизные выделяют определенные энзимы, расщепляющие органику и делающие ее пригодной для всасывания через клеточные стенки. Кислотообразующие бактерии впитывают результаты гидролиза и выделяют соответствующие вещества, которые, в свою очередь, служат питанием для метаногенов.

Несмотря на то, что в помете или навозе изначально содержатся все необходимые бактерии, активно размножаться и выполнять свою функцию они смогут лишь после создания подходящих условий.

Гидролизные бактерии не могут перерабатывать твердые вещества, а кислотообразующие начинают активно размножаться и функционировать только после того, как гидролизные бактерии обеспечат их подходящим питанием. Точно так же обстоит дело и с метанообразующими микроорганизмами.

Когда все три типа микроорганизмов размножатся, а их численность достигнет необходимого значения, метантенк перейдет в активный режим работы.

После вливания в него новой порции субстрата происходит смешивание свежих и переработанных веществ, поэтому каждый вид бактерий получает необходимое ему питание.

Метаногены, потребляя продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, выделяют вещества, которые образуют сапропель.

Возбудители болезней и яйца/личинки глистов точно так же подвержены действию энзимов, которые расщепляют их на простые органические вещества. В результате этого процесса эти вредители погибают, после чего вода становится условно безопасной.

Кроме того, гидролизные бактерии расщепляют вещества, являющиеся причиной неприятного запаха навоза или помета, поэтому переработанная вода уже не обладает запахом исходного продукта.

Выделенный метаногенами биогаз скапливается в верхней части биореактора, откуда через реагирующий на определенное давление клапан поступает в основной газгольдер, а после по трубам движется к потребителям.

Если потребители долгое время отключены и давление в газгольдере достигло определенного значения, то запасенный газ поступает к установке сжижения, а затем в газгольдер для сжиженного газа.

Как определить оптимальные размеры?

Время полного цикла переработки экскрементов в биогаз и сапропель зависит от температурного режима. Существуют 3 типа температурных режимов, которые мы поместили в таблицу.

Режимы	Температура градусов Цельсия, при которой бактерии этого типа наиболее активны	Время полного перегнивания субстрата (суток) и краткое описание результатов процесса перегнивания
Психрофильный	10–25	20–60, минимальная выработка метана, максимальное образование сапропеля
Мезофильный	25–40	10–20, хорошая производительность выработки метана, сапропеля немного
Термофильный	40–60	5–10, максимальная выработка метана, минимум веществ уходит в сапропель

Объем метантенка должен вмещать весь субстрат, произведенный за время полного перегнивания. Кроме того, объем биореактора необходимо увеличить на 15–30%, которые будут использованы для образования первичного газгольдера.

Несмотря на то, что термофильный процесс является наиболее эффективным, а объем метантенка для него будет минимальным, он не пользуется спросом из-за необходимости поддерживать очень высокую температуру.

Из-за этого сильно возрастают расходы газа на поддержку температуры и снижается общий объем готового продукта.

Тем не менее, при больших ежедневных объемах экскрементов и ограниченности пространства для установки метантенка термофильный режим будет наиболее предпочтительным.

Поэтому наиболее популярным является мезофильный режим, ведь он сочетает относительно малое время перегнивания (при температуре 35 градусов оно в среднем составляет 15 суток) и не слишком высокую температуру. Психрофильный процесс не получил распространения из-за слишком большого времени перегнивания.

Для наиболее популярного (мезофильного) режима полный объем метантенка должен превосходить ежедневный объем разведенного водой субстрата в 15–25 раз или превосходить объем суточного сбора навоза/помета в 20–35 раз.

Бывают ли метантенки других конструкций?

Помимо традиционного метантенка, называемого также вертикальным, встречаются устройства, получившие название горизонтальных биореакторов.

Они состоят из нескольких (обычно 2–3) вертикальных метантенков, выстроенных в одну линию или находящихся в общем корпусе.

Отработанная техническая вода поступает во второй отдел, где весь процесс метанового брожения начинается заново. Ведь вместе с водой туда поступают частички органики, в том числе не прошедшей через гидролиз.

Из-за того, что содержание органики во втором отделе гораздо меньше, чем в первом, его производительность невелика, поэтому его чаще рассматривают как систему дополнительной очистки сброшенной воды.

Третий отдел обеспечивает окончательную очистку воды, поэтому его ставят лишь там, где технологией предусмотрено частое перемешивание перегнивающей массы, из-за чего вместе со сбрасываемой водой уходит заметная часть органики.

Общая производительность по биогазу у горизонтальных устройств такая же, как у вертикальных, однако из-за слишком большого размера и сложности конструкции такие устройства не получили широкого распространения в качестве метантенков.

Зато их активно применяют для очистки бытовых и промышленных стоков, содержащих различные органические вещества. Иногда в качестве второго отдела используют открытую емкость, но это применимо лишь там, где даже зимой температура редко опускается ниже значения 10–15 градусов.

Производители и модели

Мы подготовили краткий обзор наиболее популярных моделей российских производителей, ведь они ничем не отличаются от их аналогов зарубежного производства.

Большинство производителей биореакторов и биоустановок предлагают не только модели с конкретными характеристиками, но и подгонку существующих моделей под ситуацию заказчика.

Кроме того, часть производителей предлагает полный перечень узлов, необходимых для создания полностью автономной биогазовой установки, тогда как другие производят лишь биореактор и некоторые сопутствующие устройства.

BioMash-20

Биогазовая установка от «Конструкторского бюро Климова» подходит для переработки навоза/помета влажностью ≤90% общей массой 300–700 кг в сутки с добавлением подстилочного материала (максимум 20% от массы).

Биореактор изготовлен из полиэтилена, поэтому не требует обслуживания и ремонта.

Вместе с реактором поставляют основной газгольдер и насос для его накачки (максимальное давление 2,8 Мпа). Благодаря столь высокому давлению газ можно закачивать в обычные газовые баллоны.

Также в комплект входят:

• газовый теплогенератор, выделяющий 100 квт в сутки;
• метановый электрогенератор мощностью 11 квт;
• полный комплект оборудования для обогрева метантенка;
• полный комплект газопроводов.

Серия «БИО»

Эти установки производства компании «Агробиогаз» предназначены для переработки навоза/помета весом 10–350 тонн в сутки (зависит от модели).

Корпуса изготовлены из нержавеющей стали и современных полимерных материалов, поэтому не требуют обслуживания или ремонта.

Преимуществом этой серии является относительно невысокая цена, однако в комплект поставки входит лишь минимальный набор оборудования, поэтому газгольдеры и многое другое придется приобретать отдельно.

Серия «СБГ»

Эту серию биогазовых комплексов выпускает кировская компания «СельхозБиоГаз».

Благодаря индивидуальному подходу к каждому клиенту, компания предлагает не только готовые комплекты, но и изготовление такой продукции под конкретные условия.

В модельном ряду представлены установки, способные за сутки переработать от 100 килограмм до 1000 тонн экскрементов.

В комплект поставки входит все необходимое оборудование для развертывания полноценной линии по переработке навоза в газ и очистке продукта.

Серия «БУГ»

Серию биогазовых установок «БУГ» производит ассоциация предприятий «БМП». В эту серию входят биореакторы небольшого объема (0,5–12 м 3 ), оснащенные газгольдерами емкостью 1–2 м 3 .

Относительно невысокая стоимость комплекта компенсируется минимумом входящего в него оборудования, обеспечивающего лишь перегнивание материала и выделение биогаза.

Поэтому основными покупателями этой серии установок для производства биогаза из навоза и помета становятся небольшие фермерские хозяйства или домохозяйства с большим поголовьем птиц/скота.

Серия «БГР»

Серию биогазовых установок «БГР» выпускает расположенное в Яранске предприятие «BioGasRussia». Самая маломощная установка этой серии (БГР-12) способна переработать 500 – 900 кг экскрементов в сутки, а объем ее биореактора составляет 12 м 3 .

Объем реактора и массу ежедневного поступления навоза для более крупных установок этой серии обговаривают индивидуально, благодаря чему заказчик получает аппарат или даже завод, максимально соответствующие его потребностям.

В составе установок большого объема могут быть как вертикальные, так и горизонтальные метантенки, это обсуждается при оформлении заказа.

Кроме того, компания BioGasRussia предлагает весь спектр необходимого оборудования, благодаря чему биогазовая установка может работать в полностью автономном режиме — без подключения к электрическим или газовым сетям.

Можно ли сделать метантенк самостоятельно?

Самодельные биогазовые установки отличаются от промышленных лишь размерами и производительностью, но общий принцип остается неизменным. Поэтому для изготовления биореактора понадобится герметично закрывающаяся емкость из кислотостойкого материала, в которую нужно будет вставить устройство для перемешивания субстрата.

Для домашних метантенков не слишком важна возможность частичного слива отработанной воды, а также периодическая доливка субстрата, поэтому их нередко делают без отверстия для слива. Однако число таких емкостей должно превосходить число дней, необходимое для полного перегнивания материала.

Основной проблемой домашних устройств является сложность очистки биогаза от примесей, поэтому чаще всего очистку проводят с помощью водяных фильтров. Проходя через воду, биогаз оставляет в ней какую-то часть примесей, из-за чего концентрация метана возрастает.

Несмотря на то, что поднять концентрацию метана до уровня промышленных установок (95–98%) невозможно, такая очистка с использованием нескольких фильтров поднимает уровень метана до значения 75–85%, что вполне достаточно для бытового применения.

В домашних условиях редко удается запустить мезофильный процесс из-за сложностей с утеплением и обогревом реактора, однако даже психрофильный процесс может дать достаточно газа для работы кухонной печи.

Тем не менее, в домах, где содержат множество живности, лучше потратиться на обогрев и утепление метантенка, что позволит сократить его объем и увеличить выход готового газа.

Для того, чтобы ежедневно доливать в него экскременты животных/птиц и кухонные отходы, устраивают естественный слив с использованием гидрозатвора.

Однако для этого установку придется поместить под землей, а сбрасываемую воду либо отводить на поле, предназначенное для ее отстоя, либо сливать в одну или несколько переходных емкостей, где проскочившие органические остатки будут догнивать, превращаясь в ил.

Причем желательно, чтобы последняя из емкостей обеспечивала аэробное (с доступом кислорода) брожение, это увеличит качество очистки жидкости и сделает ее безопасной. Однако для этого объем последней емкости, в качестве которой нередко используют бетонированные лагуны, должен быть в несколько раз больше, чем у метантенка.

Тематические форумы

Использование биореакторов для утилизации отходов животноводства/птицеводства и получения из них биогаза обсуждается на многих форумах.

Пользователи делятся своим опытом изготовления и использования таких устройств, а также отвечают на вопросы менее опытных коллег.

Поэтому мы подготовили ссылки на наиболее авторитетные русскоязычные форумы:

Видео по теме

Подробнее об устройстве и принципе работы биоустановки серии БУГ в данном видео:

Заключение

Биореактор для переработки навоза – это основной элемент биогазовой установки, ведь именно в нем бактерии превращают отходы животноводства и птицеводства в метан и другие газы. Поэтому от правильности выбора типа метангенератора и режима его работы зависит скорость и эффективность переработки экскрементов в горючий газ.

Кроме того, необходимо правильно подобрать сопутствующее оборудование для производства биогаза, которое обеспечивает эффективную работу биореактора. Без этого установка не сможет качественно перерабатывать отходы в полезные продукты.

https://alter220.ru/bio/biogazovaya-ustanovka.html
https://travart.ru/biogaz
https://rcycle.net/navoz/oborudovanie-navoz/bioreaktor-i-drugie-ustanovki-dlya-pererabotki-v-biogaz