Биогазовая установка для частного дома китай. Биогазовые установки для дома

Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза принадлежит Дании. Биогаз, производимый в этой стране, занимает до 18% в ее общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия (около 10000).

В Италии в настоящее время нет государственной программы развития биогазовых установок, но Итальянская электро-компания обязана покупать электроэнергию, выработанную из биогаза, по цене на 80% выше цены для потребителей. В Австрии до 1997 г. действовали 46 преимущественно фермерского типа биогазовых установок. В 1997 г. было введено в действие 10 установок фермерского типа и 5 крупных. Предполагается увеличить количество биогазовых установок до 150. В Австрии нет национальной программы поддержки строительства биогазовых установок, однако их строительство поддерживают Министерства сельского хозяйства и экологии. Финансовую поддержку оказывают федеральные сельскохозяйственные организации и банки.

В северных районах в целях экономии топлива биогазовые установки используют мезофильный режим, при котором увеличиваются время удержания и рабочий объём реакторов. Примером могут служить конструкции биогазовых установок, разработанных фирмой «AB Enbom» (Финляндия), работающих в условиях Лапландии при температурном режиме ферментации 33°С.

Недостаток европейского пути развития биогазовой энергетики - отсутствие гарантированного снабжения генерирующих объектов отходами, закрепленного на законодательном уровне. В результате после увеличения числа работающих станций и образования дефицита отходов резко возросли издержки на эксплуатацию установок из-за повышения затрат на приобретение отходов или выращивание растительной массы, а также их доставку.

Подавляющее большинство биогазовых станций накапливают не переработанные отходы, что, с одной стороны, ухудшает экологическую обстановку, с другой - ведет к росту издержек на их хранение и транспортировку. Но на территории Евросоюза уже начали действовать поправки к закону об отходах, которые обязывают собственников биогазовых станцийзаниматься переработкой перебродившей массы в удобрения

В Индии, Вьетнаме, Непале и других странах строят малые (односемейные) биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. В Индии с 1981 года было установлено 3.8 млн. малых биогазовых установок. В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности к концу 2009 года было создано 200 тысяч малых биогазовых установок.

Китай на сегодняшний день является мировым лидером по внедрению технологий производства биогаза в сельских регионах. Более 40 млн. китайских семей уже установили биогазовые установки в своих домах, и эта цифра растет в год по несколько миллионов. Суммарный выпуск биогаза составляет 10,2 млрд. м3/год, что ставит КНР на первое место в мире по этому показателю. Кроме того, в Китае построено 4000 крупных биогазовых станций, функционирующих на основе отходов животноводческих ферм, а доля сельхозпредприятий, использующих биогазовые технологии, составляет 52%

Китайские власти всерьез рассчитывают на биогаз, как на существенный источник электроэнергии для сельских районов. Так, если к окончанию семилетнего плана суммарная мощность установок когенерации составит 5.5 ГВт, то к 2030 году она должна увеличиться до 30 ГВт, то есть в 6 раз, что позволит полностью обеспечить деревенских жителей электроэнергией и теплом собственного производства.

Но у китайских установок есть существенный минус: себестоимость получаемого продукта. Объем реактора китайской установки обычно составляет не менее пяти кубических метров. Ёще аспект, это высокая стоимость самой установки. Затраты в основном идут на то, чтобы вырыть котлован, произвести большой объем цементных работ, установить металлический купол-газгольдер. Из-за того что железный купол газгольдера подвержен коррозии, данное оборудование рассчитано на работу, на протяжении всего 8 – 10 лет.

Заключение

Современные технологии переработки отходов не стоят на месте и становятся все более эффективными.

Биогазовая станция решает проблему утилизации органических отходов и очистки сточных вод, тем самым минимизирует возможные штрафы за экологические нарушения, связанные с хранением и вывозкой навоза. Использование биогаза дает не только значительное снижение себестоимости продукции, бесперебойное электро- и теплоснабжения собственного производства, но и возможность получения дополнительной прибыли от продажи энергии, тепла и биоудобрений. Использование биоудобрений способствует повышению качества почв и увеличению урожайности. На выходе получается экологически чистая продукция растениеводства и животноводства и уменьшение в целом загрязнения окружающей среды и пахотных земель.

Биогаз является отличной альтернативой стандартным печным топливам. В статье информация про историю использования биогаза и рекомендации по созданию собственной биогазовой установки.

Среди важных составляющих нашей жизни большое значение имеют энергоносители, цены на которые растут чуть ли не каждый месяц. Каждый зимний сезон пробивает брешь в семейных бюджетах, заставляя нести расходы на отопление, а значит, на топливо для отопительных котлов и печей.

А как быть, ведь электроэнергия, газ, уголь или дрова стоят денег, и чем более удалены наши жилища от крупных энергетических магистралей, тем дороже обойдётся их обогрев. Между тем альтернативное отопление, независимое от каких-либо поставщиков и тарифов, можно построить на биогазе, добыча которого не требует ни геологоразведки, ни бурения скважин, ни дорогостоящего насосного оборудования.

Биогаз можно получить практически в домашних условиях, понеся при этом минимальные, быстро окупаемые затраты - много информации по этому вопросу вы найдёте в нашей статье.

Отопление биогазом

История

Интерес к горючему газу, образующемуся на болотах в тёплый сезон года, возник ещё у наших далеких предков - передовые культуры Индии, Китая, Персии и Ассирии экспериментировали с биогазом свыше 3 тысячелетий назад.

В те же древние времена в родоплеменной Европе швабы-алеманны заметили, что выделяемый на болотах газ отлично горит - они использовали его в отоплении своих хижин, подводя к ним газ по кожаным трубам и сжигая в очагах. Швабы считали биогаз «дыханием драконов», которые, по их мнению, жили в болотах.

Спустя века и тысячелетия, биогаз пережил второе своё открытие - в 17-18 веках сразу два европейских учёных обратили на него внимание.

Известный химик своего времени Ян Баптиста ван Гельмонт установил, что при разложении любой биомассы образуется горючий газ, а прославленный физик и химик Алессандро Вольта установил прямую зависимость между количеством биомассы, в которой идут процессы разложения, и количеством выделяемого биогаза.

В 1804 году английский химик Джон Дальтон открыл формулу метана, а четырьмя годами позже англичанин Гемфри Дэви обнаружил его в составе болотного газа.

Слева: Ян Баптиста ван Гельмонт. Справа: Алессандро Вольта

Интерес к практическому применению биогаза возник с развитием газового освещения улиц - в конце 19-го века улицы одного района английского города Эксетера освещались газом, полученным из коллектора со сточными водами.

Формула метана

В 20-м веке потребность в энергоносителях, вызванная Второй мировой войной, вынудила европейцев искать альтернативные источники энергии. Биогазовые установки, в которых газ вырабатывался из навоза, распространились в Германии и Франции, частично в Восточной Европе.

Однако после победы стран антигитлеровской коалиции о биогазе забыли - электроэнергия, природный газ и нефтепродукты полностью покрыли потребности производств и населения.

В СССР технология получения биогаза рассматривалась в основном с академической точки зрения и не считалась сколько-нибудь востребованной.

Сегодня отношение к альтернативным источникам энергии резко изменилось - они стали интересны, поскольку стоимость привычных энергоносителей возрастает год от года.

По своей сути биогаз - реальный способ уйти от тарифов и расходов на классические энергоносители, получить свой собственный источник топлива, причём на любые цели и в достаточном количестве.

Наибольшее количество биогазовых установок создано и эксплуатируется в Китае: 40 миллионов установок средней и малой мощности, объём производимого метана - около 27 млрд м3 за год.

Биогаз - что это

Это газовая смесь, состоящая в основном из метана (содержание от 50 до 85%), углекислого газа (содержание от 15 до 50%) и прочих газов в гораздо меньшем процентном содержании. Биогаз производит команда из трёх видов бактерий, питающихся биомассой - гидролизные бактерии, производящие пищу для кислотообразующих бактерий, которые в свою очередь снабжают пищей метанобразующие бактерии, формирующие биогаз.

Химический состав биогаза

Ферментация исходного органического материала (к примеру, навоза), продуктом которой и будет биогаз, проходит без доступа внешней атмосферы и называется анаэробной.

Другой продукт такой ферментации, называемый компостным перегноем, хорошо известен сельским жителям, применяющим его для удобрения полей и огородов, а вот производимые в компостных кучах биогаз и тепловая энергия обычно не используются - и напрасно!

От каких факторов зависит выход биогаза с более высоким содержанием метана

Прежде всего - от температуры. Активность бактерий, ферментирующих органику, тем выше, чем выше температура окружающей их среды, при минусовых температурах ферментация замедляется или прекращается полностью.

По этой причине выработка биогаза более всего распространена в странах Африки и Азии, расположенных субтропиках и тропиках. В климате России получение биогаза и полный переход на него, как на альтернативное топливо, потребует теплоизоляции биореактора и введение тёплой воды в массу органики, когда температура внешней атмосферы опускается ниже нулевой отметки.

Органический материал, закладываемый в биореактор, должен быть биологически разлагаемым, требуется вводить в него значительное количество воды - до 90% от массы органики. Важным моментом будет нейтральность органической среды, отсутствие в её составе компонентов, препятствующих развитию бактерий, вроде чистящих и моющих веществ, любых антибиотиков.

Биогаз можно получить практически из любых отходов хозяйственного и растительного происхождения, сточных вод, навоза и т. д.

Процесс анаэробной ферментации органики лучше всего проходит, когда значение pH находится в диапазоне 6,8–8,0 - большая кислотность замедлит формирование биогаза, т. к. бактерии будут заняты потреблением кислот и производством углекислого газа, нейтрализующего кислотность.

Соотношение азота и углерода в биореакторе необходимо рассчитать, как 1 к 30 - в этом случае бактерии получат необходимое им количество углекислого газа, а содержание метана в биогаза будет наивысшим.

Лучший выход биогаза с достаточно высоким содержанием метана достигается, если температура в ферментируемой органике находится в диапазоне 32–35 °С, при более низких и более высоких значениях в биогазе увеличивается содержание двуокиси углерода, его качество падает.

Бактерии, производящие метан, подразделяются на три группы: психрофильные, эффективны при температурах от +5 до +20 °С; мезофильные, их температурный режим от +30 до +42 °С; термофильные, работающие в режиме от +54 до +56 °С. Для потребителя биогаза наибольший интерес представляют мезофильные и термофильные бактерии, ферментирующие органику при большем выходе газа.

Мезофильная ферментация менее чувствительная к изменениям температурного режима на пару градусов от оптимального диапазона температур, требует меньших затрат энергии на обогрев органического материала в биореакторе.

Её минусы, по сравнению с термофильной ферментацией, в меньшем выходе газа, большем сроке полной переработки органического субстрата (около 25 дней), разложенный в результате органический материал может содержать вредоносную флору, т. к. невысокая температура в биореакторе не обеспечивает 100% стерильности.

Подъём и поддержание внутриреакторной температуры на уровне, приемлемом для термофильных бактерий, обеспечит наибольший выход биогаза, полная ферментация органики пройдёт за 12 дней, продукты разложения органического субстрата полностью стерильны.

Отрицательные характеристики: выход за пределы приемлемого для термофильных бактерий диапазона температур на 2 градуса понизит выход газа; высокая потребность в обогреве, как следствие - значительные затраты энергоносителей.

Содержимое биореактора необходимо промешивать с периодичностью 2 раза за день, иначе на его поверхности образуется корка, создающая преграду для биогаза. Помимо её устранения промешивание позволяет выровнять температуру и уровень кислотности внутри органической массы.

В биореакторах непрерывного цикла наибольший выход биогаза происходит при одновременной выгрузке органики, прошедшей ферментацию, и загрузке новой органики в количестве, равном выгружаемому объёму.

В небольших биореакторах, что обычно используют в дачных хозяйствах, каждые сутки необходимо извлекать и вносить органику в объёме, примерно равном 5% от внутреннего объёма камеры ферментации.

Выход биогаза напрямую зависит от типа органического субстрата, закладываемого в биореактор (ниже приведены средние данные на кг веса сухого субстрата):

• навоз конский даёт 0,27 м3 биогаза, содержание метана 57%;
• навоз КРС (крупного рогатого скота) даёт 0,3 м3 биогаза, содержание метана 65%;
• свежий навоз КРС даёт 0,05 м3 биогаза с 68% содержанием метана;
• куриный помёт - 0,5 м3, содержание метана в нём составит 60%;
• свиной навоз - 0,57 м3, доля метана составит 70%;
• овечий навоз - 0,6 м3 с содержанием метана 70%;
• солома пшеницы - 0,27 м3, с 58% содержанием метана;
• солома кукурузы - 0,45 м3, содержание метана 58%;
• трава - 0,55 м3, с 70% содержанием метана;
• древесная листва - 0,27 м3, доля метана 58%;
• жир - 1,3 м3, содержание метана 88%.

Биогазовые установки

Эти устройства состоят из следующих основных элементов - реактор, бункер загрузки органики, отвод биогаза, бункер выгрузки ферментированной органики.

По типу конструкции биогазовые установки бывают следующих типов:

• без обогрева и без промешивания ферментируемой органики в реакторе;
• без обогрева, но с промешиванием органической массы;
• с обогревом и промешиванием;
• с обогревом, промешиванием и приборам, позволяющими контролировать и управлять процессом ферментации.

Биогазовая установка первого типа подходит для небольшого хозяйства и рассчитана на психрофильные бактерии: внутренний объём биореактора 1–10 м3 (переработка 50–200 кг навоза за сутки), минимальная комплектация, полученный биогаз не хранится - сразу поступает к потребляющим его бытовым приборам.

Такую установку можно использовать только в южных районах, она рассчитана на внутреннюю температуру 5–20 °С. Удаление ферментированной органики производится одновременно с загрузкой новой партии, отгрузка выполняется в ёмкость, объём которой должен быть равным или больше внутреннего объёма биореактора. Содержимое ёмкости храниться в ней до введения в удобряемую почву.

Конструкция второго типа также рассчитана на небольшое хозяйство, её производительность несколько выше биогазовых установок первого типа - в оснащение входит перемешивающее устройство с ручным или механическим приводом.

Третий тип биогазовых установок оснащён помимо промешивающего устройства принудительным обогревом биореактора, водогрейный котёл при этом работает на альтернативном топливе, производимом биогазовой установкой. Выработкой метана в таких установках занимаются мезофильные и термофильные бактерии, в зависимости от интенсивности обогрева и уровня температуры в реакторе.

Принципиальная схема биогазовой установки: 1 - подогрев субстрата; 2 - заливная горловина; 3 - ёмкость биореактора; 4 - ручная мешалка; 5 - ёмкость для сборки конденсата; 6 - газовый клапан; 7 - резервуар для переработанной массы; 8 - предохранительный клапан; 9 - фильтр; 10 - газовый котёл; 11 - газовый вентиль; 12 - газовые потребители; 13 - гидрозатвор

Последний тип биогазовых установок наиболее сложен и рассчитан на нескольких потребителей биогаза, в конструкцию установок вводятся электроконтактный манометр, предохранительный клапан, водогрейный котёл, компрессор (пневматическое промешивание органики), ресивер, газгольдер, газовый редуктор, отвод для загрузки биогаза в транспорт. Эти установки работают непрерывно, допускают установку любого из трёх температурных режимов благодаря точно настраиваемому обогреву, отбор биогаза выполняется в автоматическом режиме.

Биогазовая установка своими руками

Теплотворность биогаза, произведённого в биогазовых установках, примерно равна 5 500 ккал/м3, что немногим ниже калорийности природного газа (7 000 ккал/м3). Для отопления 50 м2 жилого дома и использования газовой плиты с четырьмя конфорками в течение часа потребуется в среднем 4 м3 биогаза.

Предлагаемые на рынке России промышленные установки по производству биогаза стоят от 200 000 руб. - при их внешне высокой стоимости стоит отметить, что эти установки точно рассчитаны по объёму загружаемого органического субстрата и на них распространяются гарантии производителей.

Если же вы хотите создать биогазовую установку самостоятельно, то дальнейшая информация - для вас!

Форма биореактора

Наилучшая форма для него будет овальной (яйцеобразной), однако соорудить такой реактор крайне сложно. Более лёгким для конструирования будет биореактор цилиндрической формы, верхняя и нижняя части которого выполнены в виде конуса или полукруга.

Реакторы квадратной или прямоугольной формы из кирпича или бетона будут малоэффективны, т. к. по углам в них со временем образуются трещины, вызванные давлением субстрата, в них также будут накапливаться затвердевшие фрагменты органики, мешающие процессу ферментации.

Стальные ёмкости биореакторов герметичны, устойчивы к высокому давлению, их не так сложно построить. Их минус - в слабой устойчивости к ржавчине, требуется нанесение на внутренние стенки защитного покрытия, к примеру, смолы. Снаружи поверхности стального биореактора необходимо тщательно зачистить и окрасить в два слоя.

Ёмкости биореакторов из бетона, кирпича или камня необходимо самым тщательным образом покрыть изнутри слоем смолы, способным обеспечить их эффективную водо- и газонепроницаемость, выдерживать температуру порядка 60 °С, агрессию сероводорода и органических кислот.

Помимо смолы для защиты внутренних поверхностей реактора можно использовать парафин, разбавленный 4% моторного масла (нового) или керосина и разогретый до 120–150 °С - поверхности биореактора перед нанесением на них парафинового слоя необходимо прогреть горелкой.

При создании биореактора можно воспользоваться не подверженными ржавчине ёмкостями из пластика, но только из жёсткого с достаточно прочными стенками. Мягкий пластик можно использовать только в тёплый сезон, т. к. с наступлением холодов на нём будет сложно закрепить утеплитель, к тому же стенки его недостаточно прочны. Пластиковые биореакторы можно применять только для психрофильной ферментации органики.

Место размещения биореактора

Его размещение планируют в зависимости от свободного места на участке, удалённости от жилых построек, места размещения отходов и животных и т. д. Планирование наземного, полностью или частично погруженного в землю биореактора зависит от уровня грунтовых вод, удобства ввода и вывода органического субстрата в ёмкость реактора.

Оптимальным будет размещение корпуса реактора ниже уровня земли - достигается экономия на оборудовании для введения органического субстрата, существенно повышается теплоизоляция, для обеспечения которой можно применить недорогие материалы (солому, глину).

Оснащение биореактора

Ёмкость реактора требуется оборудовать люком, с помощью которого можно выполнять ремонтные и профилактические работы. Между корпусом биореактора и крышкой люка необходимо проложить резиновую прокладку или слой герметика. Необязательным, но крайне удобным будет оснащение биореактора датчиком температуры, внутреннего давления и уровня органического субстрата.

Теплоизоляция биореактора

Её отсутствие не позволит эксплуатировать биогазовую установку круглый год, лишь в тёплое время. Для утепления заглубленного или полузаглубленного биореактора используется глина, солома, сухой навоз и шлак. Укладка утеплителя выполняется слоями - при установке заглубленного реактора котлован перекрывается слоем ПВХ-плёнки, препятствующей прямому контакту теплоизоляционного материала с почвой.

До установки биореактора на дно котлована насыпается солома, поверх неё слой глины, затем выставляется биореактор. После этого все свободные участки между ёмкостью реактора и проложенным ПВХ-плёнкой котлованом засыпаются соломой практически до торца ёмкости, сверху засыпается 300 мм слой глины вперемешку со шлаком.

Диаметр труб загрузки в биореактор и выгрузки из него должен быть не меньше 300 мм, иначе они забьются. Каждую из них в целях сохранениях анаэробных условий внутри реактора следует оснастить винтовыми или полуоборотными задвижками. Объём бункера для подачи органики, в зависимости от типа биогазовой установки, должен быть равным суточному объёму вводимого сырья.

Бункер подачи следует расположить на солнечной стороне биореактора, т. к. это будет способствовать повышению температуры во вводимом органическом субстрате, ускоряя процессы ферментации. Если же биогазовая установка связана непосредственно с фермой, то бункер следует разместить под её строением так, чтобы органический субстрат поступал в него под действием сил гравитации.

Трубопроводы загрузки и выгрузки органического субстрата следует расположить по противоположным сторонам биореактора - в этом случае вводимое сырьё будет распределено равномерно, а ферментированная органика будет легко извлекаться под воздействием гравитационных сил и массы свежего субстрата.

Отверстия и монтаж трубопровода под загрузку и выгрузку органики следует выполнить до монтажа биореактора на место установки и до размещения на нём слоёв теплоизоляции. Герметичность внутреннего объёма биореактора достигается тем, что вводы труб расположены под острым углом, при этом уровень жидкости внутри реактора выше точек ввода труб - гидравлический затвор блокирует доступ воздуха.

Ввод нового и вывод прошедшего ферментацию органического материала проще всего проводить по принципу перелива, т. е. подъём уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объёме, равном объёму вводимого материала.

Если необходима быстрая загрузка органики, а эффективность ввода материала самотёком низка из-за недостатков рельефа, потребуется установка насосов. Способов два: сухой, при котором насос устанавливается внутрь загрузочной трубы и органика, поступая к насосу по вертикальной трубе, прокачивается им; влажный, при котором насос установлен в бункер загрузки, его привод осуществляется мотором, также установленным в бункер (в непроницаемом корпусе) либо через вал, мотор при этом установлен вне бункера.

Как собирать биогаз

Эта система включает в себя газовый трубопровод, распределяющий газ по потребителям, запорную арматуру, ёмкости для сбора конденсата, предохранительный клапан, ресивер, компрессор, газовый фильтр, газгольдер и приборы потребления газа. Монтаж системы выполняется лишь после полной установки биореактора в месте размещения.

Вывод для сбора биогаза выполняется в наиболее высшей точке реактора, к нему последовательно подключаются: герметичная ёмкость для сбора конденсата; предохранительный клапан и водяной затвор - ёмкость с водой, ввод газопровода в которую выполнен ниже уровня воды, вывод - выше (трубу газопровода перед водяным затвором следует изогнуть, чтобы вода не проникала в реактор), который не позволит двигаться газу в обратном направлении.

Образованный в ходе ферментации органического субстрата биогаз содержит в себе значительное количество паров воды, образующих конденсат по стенкам газопровода и в некоторых случаях блокирующих поступление газа к потребителям.

Поскольку сложно выстроить газопровод таким образом, чтобы по всей его длине существовал уклон по направлению к реактору, куда бы стекал конденсат, то в каждом его низком участке требуется установить водяные затворы в виде ёмкостей с водой. Во время работы биогазовой установки периодически требуется удалять из них часть воды, иначе её уровень полностью перекроет поступление газа.

Газопровод должен быть построен трубами одного диаметра и одного типа, все клапаны и элементы системы также должны иметь один и тот же диаметр. Стальные трубы диаметром от 12 до 18 мм применимы для биогазовых установок малой и средней мощности, расход биогаза, поступающего по трубам этих диаметров, не должен быть выше 1 м3/ч (при расходе 0,5 м3/ч не допускается использование труб диаметром 12 мм на длину свыше 60 м).

Это же условие действует при использовании в газопроводе пластиковых труб, кроме того, эти трубы необходимо закладывать ниже уровня земли на 250 мм, т. к. их пластик чувствителен к солнечному свету и теряет под воздействием солнечной радиации прочность.

При прокладке газопровода требуется самым тщательным образом убедиться в отсутствии протечек и газонепроницаемости мест соединений - проверка выполняется мыльным раствором.

Газовый фильтр

В биогазе содержится небольшое количество сероводорода, соединение которого с водой создаёт кислоту, активно коррозирующую металл - по этой причине нефильтрованный биогаз нельзя использовать для двигателей внутреннего сгорания. Между тем удалить сероводород из газа можно простым фильтром - 300 мм отрезком газовой трубы, наполненным сухой смесью металлической и деревянной стружки.

Через каждый 2 000 м3 биогаза, пройдённого через такой фильтр, необходимо извлечь его содержимое и выдержать около часа на отрытом воздухе - стружка будет полностью очищена от серы и её можно использовать повторно.

Запорная арматура и клапаны

В непосредственной близости от биореактора устанавливается основной газовый клапан, в магистраль газопровода следует врезать клапан, сбрасывающий биогаз при давлении более 0,5 кг/см2. Лучшими кранами для газовой системы будут шаровые клапаны с хромированным покрытием, использовать краны, предназначенные для водопроводных систем, в газовой нельзя. На каждом из потребителей газа установка шарового крана обязательна.

Механическое перемешивание

Для биореакторов небольшого объёма мешалки с ручным приводом подойдут лучше всего - они просты по своей конструкции и не требуют каких-то особых условий в процессе эксплуатации. Мешалка с механическим приводом устроена так - горизонтальный или вертикальный вал, размещённый внутри реактора по его центральной оси, на нём закреплены лопасти, при вращении перемещающие массы органики, богатую бактериями, от участка выгрузки ферментированного субстрата к месту загрузки свежей порции.

Будьте внимательны - мешалка должна вращаться только в направлении промешивания от участка выгрузки к участку загрузки, перемещение метанообразующих бактерий от созревшего субстрата к вновь поступившему ускорит созревание органики и выработку биогаза с высоким содержанием метана.

Как часто следует промешивать органический субстрат в биореакторе? Необходимо определить периодичность путём наблюдения, ориентируясь на выход биогаза - излишне частое промешивание нарушит ферментацию, т. к. помешает деятельности бактерий, кроме того, вызовет вывод непереработанной органики. В среднем промежуток времени между перемешиваниями должен составлять от 4-х до 6-ти часов.

Обогрев органического субстрата в биореакторе

Без обогрева реактор может вырабатывать биогаз только в психрофильном режиме, в результате количество вырабатываемого газа будет меньше, а качество удобрений хуже, чем при более высокотемпературных мезофильном и термофильном рабочих режимах.

Нагрев субстрата может производиться двумя способами: подогрев паром; соединение органики с горячей водой или подогрев с помощью теплообменника, в котором циркулирует горячая вода (без смешивания с органическим материалом).

Серьёзный недостаток подогрева паром (прямого подогрева) заключается в потребности включения в биогазовую установку системы парогенерации, включающую в себя систему очистки воды от присутствующей в ней соли.

Парогенерационная установка выгодна только для действительно больших установок, перерабатывающих большие объёмы субстрата, к примеру, сточные воды. Кроме того, нагрев паром не позволит точно контролировать температуру нагрева органики, в результате возможен её перегрев.

Теплообменики, размещённые внутри или снаружи биореакторной установки, производят непрямой подогрев органики внутри реактора. Сразу стоит отбросить вариант с обогревом через пол (фундамент), т. к. скопление твёрдого осадка на дне биореактора ему препятствует. Наилучшим вариантом будет ввод теплообменника внутрь реактора, однако образующий его материал должен быть достаточно прочным и успешно выдерживать напор органики при её промешивании.

Теплообменник большей площади лучше и однороднее обогреет органику, улучшая тем самым ферментационный процесс. Внешний обогрев, при его меньшей эффективности из-за теплопотери стенок, привлекателен тем, что ничто внутри биореактора не помешает движению субстрата.

Оптимальная температура в теплообменнике должна быть порядка 60 °С, сами теплообменники выполняются в виде радиаторных секций, змеевиков, параллельно сваренных труб. Поддержание температуры теплоносителя на уровне 60 °С снизит угрозу налипания на стенки теплообменника частиц взвесей, скопление которых существенно снизит теплопередачу. Оптимальное место размещения теплообменника - вблизи промешивающих лопастей, в этом случае угроза осаждения частиц органики на его поверхности минимальна.

Отопительный трубопровод биореактора выполняется и оснащается аналогично обычной системе отопления, т. е. должны соблюдаться условия возврата охлаждённой воды в наиболее низкую точку системы, требуются вентили спуска воздуха в её верхних точках. Контроль температуры органической массы внутри биореактора выполняется термометром, которым реактор следует оснастить.

Газгольдеры для сбора биогаза

При постоянном потреблении газа потребность в них отпадает, разве что они могут использоваться для выравнивания давления газа, что существенно улучшит процесс горения. Для биореакторных установок небольшой производительности на роль газгольдеров подойдут автомобильные камеры большого объёма, которые можно соединить между собой параллельно.

Более серьёзные газгольдеры, стальные или пластиковые, подбираются под конкретную биореакторную установку - в лучшем варианте газгольдер должен вмещать в себя объём биогаза суточной выработки. Требуемая ёмкость газгольдера зависит от его типа и давления, на которое он рассчитан, как правило, его объём 1/5...1/3 от внутреннего объёма биореактора.

Стальной газгольдер. Существуют три типа газгольдеров из стали: низкого давления, от 0,01 до 0,05 кг/см2; среднего, от 8 до 10 кг/см2; высокого, до 200 кг/см2. Стальные газгольдеры низкого давления использовать нецелесообразно, лучше заменить их пластиковыми газгольдерами - они дороги и применимы только при значительной дистанции между биогазовой установкой и приборами-потребителями.

Газгольдеры низкого давления применяются в основном для выравнивания разницы между суточным выходом биогаза и его фактическим потреблением.

В стальные газгольдеры среднего и высокого давления биогаз закачивается компрессором, они используются только на биореакторах средней и крупной мощности.

Газгольдеры необходимо оснастить следующими контрольно-измерительными приборами: предохранительным клапаном, водяным затвором, редуктором давлений и манометром. Газгольдеры из стали обязательно подлежат заземлению! опубликовано

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта .

5.3. Электроэнергия.
5.4. Биогумус.
6. Хранение продуктов, произведенных биогазовой установкой.
7. С чего начинать.
8. Делаем сами.
8.1. "Китайская" яма.
8.2. Гибкий ферментатор.
8.3. "Всепогодная" установка.
9. Промышленные конструкции.

Такое название для описываемой конструкции я выбрал, потому что очень часто в литературе по биогазу такую конструкцию упоминают, как использовавшуюся еще тысячу лет назад в Китае. Конечно, правильнее было бы назвать ее «подземной биогазовой установкой для теплого грунта».

Эта конструкция примечательна тем, что в ней нет никаких движущихся деталей, а сырье движется по ней самотеком. Конструкция состоит из входной трубы, герметичной ямы-реактора, выходной трубы для биогаза, выходной трубы для шлама и буферного накопителя шлама.

К верхнему отверстию входной трубы стекается по канавкам сырье. Обычно применяется жидкий навоз (смесь навоза с мочой), стекающий из расположенного рядом стойла для содержания домашних животных, а также из туалета. Естественно, что высота расположения таких сборников фекалий немного больше высоты расположения горловины приемной трубы, чтобы фекалии свободно стекали в приемную трубу. Входная труба косо опускается вниз под землю, и входит в стенку реактора ниже уровня субстрата в реакторе. Получается гидравлический затвор, который пропускает внутрь реактора свежий субстрат, но не выпускает биогаз. Конечно, часть биогаза, генерирующаяся в толще субстрата точно под входным отверстием в стенке реактора, поднимаясь вверх, попадает в это отверстие, движется дальше по входной трубе и улетучивается в воздух. Но этими потерями можно пренебречь. Выходная труба выходит из противоположной стенки реактора почти от самого его днища и косо поднимается вверх. Наверху она входит снизу в емкость в форме открытого сверху параллелепипеда. Верхние края этой емкости должны быть расположены ниже горловины входной трубы. Из этой емкости должен быть проложен «аварийный» сток в более низкорасположенную лагуну или яму. Реактор в нижней части имеет цилиндрическую форму, а верх реактора выполнен в форме купола-полусферы. Из вершины купола выходит трубка для отвода биогаза.

Стенки труб, реактора и буферного накопителя должны быть укреплены так, чтобы не разрушаться под давлением грунта или субстрата и должны не пропускать сквозь себя субстрат. Верхняя часть купола реактора должна быть выполнена так, чтобы сквозь нее не просачивался биогаз. Раньше это делалось из кирпичей, раствора и специальной штукатурки. Сейчас обычно применяют бетон и полимеры.

Размер (объем) реактора подбирают в соответствии с объемом ежесуточных фекальных стоков. Этот объем также зависит от температурного режима. Если температуры грунта вокруг реактора не опускается ниже 30° C, то внутри реактора будет происходить анаэробное брожение в мезофильном режиме. Длительность цикла такого брожения лежит в пределах двух-четырех недель. Соответственно, объем реактора должен быть больше 14 суточных доз стоков. Если температура в глубине земли составляет 20-25° С, то будет происходить психрофильное брожение. В этом случае объем реактора надо удвоить.

Процесс протекает следующим образом:

Фекальные стоки стекают по входной трубе в реактор. При этом аналогичное количество шлама поднимается со дна реактора и выталкивается в буферную емкость через выходную трубу. В процессе брожения выделяется биогаз и поднимается под свод купола реактора. Если через выходную биогазовую трубу к потребителю поступает меньше газа, чем его вырабатывается, то уровень субстрата в реакторе понижается, а во входной трубе и буферной емкости – повышается. Давление биогаза задается разностью уровней в буферной емкости и в реакторе. Купол реактора при этом условно можно назвать газгольдером. Рабочий объем этого газгольдера будет равен разнице объемов субстрата в реакторе в вернем и нижнем положении, в промежутке между которыми давление биогаза будет лежать в заданных пределах. Обычно для различных газовых горелок и котлов необходимо давление газа 0,013-0,030 атм, или 13-30 см водяного столба. В принципе можно допустить и давление до 0,050 атм, если его выдержит конструкция установки, потому что скорость истекания биогаза можно подрегулировать вентилем или редуктором.

Поскольку плотность субстрата близка к плотности воды, то можно считать, что разница уровней в реакторе и в буферном накопителе должна составлять 13-50 см.

Для того, чтобы давление биогаза внутри реактора не превысило верхнюю границу 0,05 атм, необходимо предусмотреть клапан, который стравит биогаз, если его давление превысит это значение. Как Вы понимаете, тысячу лет назад не было автоматических механических клапанов, калиброванных на заданное давление. Но задача, тем не менее, имеет простое решение. Верхний срез отверстия соединения входной трубы с реактором делается на высоте на 50 см ниже вершины стенок буферной емкости. Тогда, когда давление биогаза растет, уровень субстрата в реакторе понижается, поднимая уровень субстрата в буферной емкости. Излишек субстрата выливается из буферной емкости. Когда уровень субстрата внутри реактора опускается ниже верхнего среза отверстия входной трубы, излишек биогаза выходит наружу через входную трубу.

Для того чтобы избежать возможности попадания субстрата в биогазовую трубу, необходимо, чтобы уровень слива из буферной емкости находился ниже точки выхода биогазовой трубы из реактора, то есть, ниже вершины купола реактора. Поэтому, такие подземные реакторы удобно располагать на склоне, чтобы избежать лишних земляных работ.

При нормальной эксплуатации шлам из буферной емкости ежедневно вычерпываю в объемах, соответствующих объему принятых фекальных стоков. Шлам используют в качестве биоудобрения.

Конструкция эта достаточно простая, не требует дефицитных материалов. Но работать она будет только в теплом климате. Даже если сделать стенки такого реактора в виде термоса, чтобы теплоизолировать их от окружающего грунта, мы не сможем полностью исключить отток тепла в холодное время года. При падении температуры внутри реактора ниже 200C выделение биогаза практически прекратится.

Также у этой конструкции есть недостаток – на дне реактора постепенно скапливается песок, или прочие тяжелые осадки. Поэтому время от времени такой реактор надо вскрывать и чистить. Как Вы сами понимаете, во-первых, это усложняет конструкцию реактора, а во-вторых, сама процедура чистки – весьма грязная и трудоемкая.

Павел Северилов

Социальный проект Biobolsa обеспечивает местных крестьян простыми биогазовыми установками, которые позволяют им автономно получать газ из органических отходов. В 2010 году проект стартовал в Мексике, а сегодня активно развивается в 9 странах Латинской Америки и Африке.

Идея проекта Biobolsa возникла еще в 2007 году, когда молодой мескиканец Алекс Итон решил сделать бюджетный анаэробный биореактор природного газа для фермерских хозяйств. К 2010 году Алекс оформил все патенты и полноценно запустил первый пилотный проект.

Что собой преставляет биореактор Biobolsa?

В принципе ничего сложного, большие прочные мембранные мешки 15 метров в длину 2 метра в ширину и более 2 м в высоту. Их вместимость около 40000 литров жидкости, и возможность переработки до 1 тонны отходов в день. Есть более компактные решения 2х2 метра для небольшой семьи, они перерабатывают до 20 кг отходов.




При помощи такой биогазовой установки одна крестьянская семья с четырьмя свиньями может производить достаточное количество биогаза для готовки на кухне.



Фермеры часто видят увеличение урожайности на 20-40% в первый год, и с каждым годом она только растет. На ферме с 1000 свиней, семья оснащается системой, которая способна производить больше энергии, чем они могут потреблять и они даже продают электроэнергию обратно в мексиканскую электросеть.


Повсеместное внедрение таких биогазовых установок благотворно сказывается и на экологии. Согласно исследований Организации продовольства FAO, современный сельскохозяйственный бизнес генерирует больше выбросов парниковых газов, чем транспорт. Этот сектор также загрязняет водные источники отходами животного происхождения, антибиотиками, гормонами, химическими удобрениями и пестицидами которые используются для выращивания сельскохозяйственных культур.


Биогазовые установки превращают метан и диоксид углерода в энергии, уменьшая парниковых газов от сельскохозяйственной деятельности, а использование органических удобрений предотвращает загрязнение водосборных бассейнов. Фермеры которые перешли на биогаз в качестве источника питания для своих домов не зависят от ископаемого топлива, не рубят для топлива. Это замедляет обезлесение и улучшает качество воздуха.

Таким образом биогазовые установки это немного больше, чем просто мешки для сельских семей. Итон утверждает, что такой подход также пробуждает эмоциональную связь с миром вокруг, и фермеры начинают проникаться культурой повторного использования отходов.

При поддержке различных фондов и государственных учреждений, создателям Biobolsa удалось обеспечить частичное субсидирование для заинтересованных сторон. И это послужило толчком для внедрения установок в самых бедных и депрессивных регионах Латинской Америки. В этом году планируется запустить еще 2 пилотных проекта в Африке.

Biobolsa получил несколько международных наград, как социальное предпринимательство, среди прочих, сеть развития бизнеса Network из Голландии, вручила награду 10000 евро, что послужило мощным толчком в развитии проекта.

«По нашим оценкам, только в Мескике есть 4 миллиона домов, которые потенциально могли бы использовать биогазовые установки», рассказывает Алекс Итон.

По материалам:

Актуальность биогазовых установок для дома растет с каждым годом. Все возрастающие цены на электроэнергию и природный газ побуждают людей искать новые источники энергии. Биогаз является эффективной и недорогой заменой традиционных энергоносителей.

Из чего получают биогаз?

Биогаз вырабатывают из отходов органического происхождения, в большом количестве скапливающихся при ведении приусадебного хозяйства, разведении домашних птиц и животных. В качестве сырья применяют навоз крупного и мелкого скота, птичий помет, силос, отходы бойни, прогнившее зерно, жиры, пищевые отходы, выжимку, молочную сыворотку, свекольную ботву, солодовый остаток и пр. Большинство перечисленных видов сырья можно смешивать между собой.

Процесс производства биогаза в домашних условиях

В процессе получения биогаза используется брожение биомассы животного и растительного происхождения в анаэробных (без поступления воздуха) условиях. Органические отходы при таких условиях выделяют смесь газов, в составе которой метан занимает более 50%, углекислый газ - 35%, остальные 15% - азот, сероводород и др. Помимо получения бесплатного горючего процесс переработки отходов позволяет производить в виде побочного продукта высококачественные биоудобрения.

Видео: принцип работы биогазовой установки

За рубежом домашние биогазовые установки появились уже давно. В Китае их задействовано в сельских хозяйствах более 12 миллионов. Широко распространены биогазовые установки и в Европе. Доля применения биогаза в Швеции и Австрии составляет около 20%.
Обычно в таких установках применяется порционная загрузка. При этом реактор полностью заполняется сырьем, которое в процессе ферментации до конца вырабатывается.
Самодельные биогазовые установки имеют довольно низкий выход биогаза при ферментации сырья, поэтому окупаются обычно только в течение 3-5 лет. Профессиональные биогазовые мини-установки способны окупить затраты через год-полтора.
На эффективность применения биогазовых установок оказывают влияние климатические условия, достаточность количества сырья. Профессиональные установки разрабатываются с учетом этих факторов, поэтому они более экономичны и могут использоваться в разнообразных климатических условиях.

Описание распространенной домашней биогазовой установки

Наиболее популярны установки, состоящие из куполообразного реактора и выгрузочной области. Газ собирается в верхней куполообразной части реактора. После загрузки новой порции отходов получившийся в результате переработки сырья биогумус поступает через специальный канал в выгрузочную (компенсирующую) область. Давление на ферментируемую массу усиливается пропорционально объему полученного газа и постепенно все сильнее выталкивает переработанное сырье в компенсирующую область.
Для эффективного использования подобной установки необходим теплый климат, поэтому в России они не распространены широко. Для холодного климата применяются профессиональные биогазовые установки, построенные по специальной технологии.

Получение электричества и тепла

Для выработки электричества и тепловой энергии из биогаза применяются когенерационные электростанции. Основное преимущество таких электростанций - использование тепловой энергии, при обычных условиях уходящей в атмосферу с дымовыми газами. Позволяют значительно экономить топливо. Виды когенерационных электростанций: поршневые (более распространенные) и турбинные.

Преимущества биогазовых установок для дома

• значительное уменьшение затрат на приобретение традиционных энергоносителей;
• экономия на утилизации отходов;
• увеличение урожая благодаря применению полученных биоудобрений;
• экономия средств за счет использования биоудобрений вместо минеральных;
• возможность экономии на утилизации отходов;
• доход от продажи излишков биоудобрений;
• улучшение экологической и санитарной обстановки благодаря переработке отходов животноводческой промышленности.

Биогаз является возобновляемым и экологически чистым энергоресурсом, имеющим большие перспективы в условиях удорожания энергоносителей и ухудшения экологической обстановки.