Био газовая установка своими руками. Альтернативное отопление — биогазовая установка. Где применяется биогаз

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий. Ее использование позволит значительно сэкономить на энергоносителях, которые сегодня с каждым разом становятся все дороже. Если вы самостоятельно решите соорудить оборудование, позволяющее из отходов получить биогаз, то сможете потреблять дешевую энергию, которая пойдет на отопление жилища и иные нужды.

Выгодное использование

Если в ходе работы установки будут образовываться излишки биогаза или удобрений, то есть возможность продать их по рыночной цене, тем самым вы превратите в прибыль то, что буквально лежит под ногами. Если вы крупный фермер, то у вас есть возможность приобрести готовую станцию по выработке биогаза. Такие установки, произведенные в заводских условиях, стоят очень дорого, однако имеют длительный срок жизнедеятельности.

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена из подручных материалов, это будет стоить не очень дорого, а работать такое оборудование будет по тому же принципу. Использовать при этом можно доступные инструменты, а также имеющиеся в арсенале мастера детали.

Принцип образования биогаза

Если вы задались целью изготовить установку, которая будет работать на биологическом газу, то необходимо представить технологию возникновения биогаза. Так, в специальной емкости, которая именуется биореактором, осуществляется процесс переработки биологической массы, в этом принимают участие анаэробные бактерии.

Биогазовая установка своими руками для дома на перепелином помете работает по принципу создания условий, которые характеризуются отсутствием воздуха и брожения. Все это длится в течение некоторого времени, продолжительность которого зависит от количества используемого в процессе сырья.

В конечном итоге происходит образование смеси газов, которая имеет в составе 60% метана и 35% углекислого газа. Остальные газообразные компоненты содержатся в массе в количестве 5%. Среди последних можно выделить сероводород в незначительном количестве. Образуемый таким образом газ непрерывно отводится из реактора, а после того как проходит процесс очистки, поступает на применение по назначению.

Особенности обслуживания

Отходы, которые претерпели переработку, становятся качественными удобрениями, которые время от времени необходимо устранять из биореактора. Их можно закладывать на поля. Биогазовая установка своими руками может быть выполнена без особых усилий, если вы имеете доступ к животноводческим и сельскохозяйственным предприятиям. Это указывает на то, что экономически выгодным станет производство биогаза только лишь в том случае, если есть источник поставки навоза и других органических отходов животноводческого производства.

Особенности самостоятельного строительства биореактора

Для того чтобы понять, как самостоятельно изготовить биогазовую установку, необходимо разобраться, из каких частей она состоит. Можно взять за основу самую простую схему оборудования, которое возможно соорудить своими силами. В конструкции не предусмотрен подогрев и перемешивающее устройство, однако есть одна из основных частей - реактор, который еще известен как метантенк. Эта составляющая требуется для осуществления переработки навоза. Помимо этого, есть бункер, посредством которого производится загрузка сырья. Необходимо снабдить конструкцию входным люком, а также гидрозатвором. А вот для того, чтобы была возможность выгружать отработанное сырье, нужна будет труба. Подобный элемент потребуется для того, чтобы реализовать возможность отвода биогаза.

Вот так выглядит схема биогазовой установки. Своими руками изготовить такую конструкцию несложно. Для того чтобы получать бесплатное биологическое топливо, на участке следует выбрать место, где можно произвести строительство армированной емкости, в основе которой будет бетон. Этот сосуд станет выполнять роль биореактора. В его основании необходимо предусмотреть наличие отверстия, сквозь которое станет удаляться сырье, прошедшее отработку. Это отверстие необходимо сделать таким, чтобы была возможность хорошо его закрыть. Это обусловлено тем, что функционирование системы возможно только в герметичных условиях.

Габариты бетонного отсека можно определить, учитывая количество используемых единовременно органических отходов. Нужно выяснить, какое количество сырья каждый день будет появляться в фермерском хозяйстве или частном подворье. Но не стоит экономить, так как обеспечить полноценную работу биореактора можно будет только в том случае, если заполнить резервуар на 2/3 от имеющегося объема. Если вами будет изготавливаться биогазовая установка своими руками из бочки, то работать она будет по следующему принципу: как только в хорошо закрытую емкость биореактора, которая находится на глубине в почве, попадают органические отходы, они начинают бродить, что и приводит к выделению биогаза.

Особенности изготовления емкости

Биогазовая установка своими руками может быть выполнена с учетом каждодневного использования незначительного количества отходов. В этом случае железобетонный резервуар допустимо заменить стальной емкостью, в качестве которой может выступить даже бочка. Если вы решили прибегнуть именно к такому решению, то выбирать металлический сосуд необходимо, руководствуясь некоторыми правилами.

В первую очередь необходимо обратить внимание на сварные швы, которые должны быть достаточно прочными и герметичными. При использовании маленькой емкости не стоит рассчитывать на то, что удастся получить значительное количество биогаза. Выход будет зависеть от массы органических отходов, которые единовременно перерабатываются в реакторе. Таким образом, для того чтобы образовалось 100 м 3 биогаза, необходимо подвергнуть переработке тонну отходов.

Оборудование реактора подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть изготовлена таким образом, что при ее работе удастся получить большую эффективность. Это обеспечивается за счет подогрева. Такие манипуляции позволят ускорить процесс брожения биологической массы. Если оборудование установлено в южных районах, то такой необходимости не возникает. Температура внешней среды обеспечивает естественную активацию брожения. Однако если установка работает в регионах с холодным климатом, то в зимний период подогрев выступает в качестве необходимого условия работы оборудования по выработке биогаза. Необходимо помнить, что процесс брожения начинается при температуре, которая превышает 38 о С.

Способы оборудования биогазовой установки подогревом

Биогазовая установка своими руками для дома может быть оборудована подогревом несколькими методами. Первый предполагает необходимость подключения установки к системе отопления по типу змеевика. Его нужно монтировать под реактором. Второй способ предусматривает установку в основание резервуара электрического нагревательного элемента. Третий способ характеризуется обеспечением непосредственного нагрева резервуара методом применения электрических отопительных систем.газового оборудования. Активацию выработки биологического газа в домашних условиях можно дополнить функцией перемешивания массы в отсеке. Для этого следует сконструировать устройство, которое походит на бытовой миксер. В движение оно будет приводиться с помощью вала, выведенного сквозь отверстие в крышке, в качестве альтернативного решения можно расположить его в стенках резервуара.

Оборудование установки системой вывода

Мини-биогазовая установка, своими руками сконструированная, не может работать без системы отвода газа. Для этого установка должна обладать специальным отверстием, которое необходимо монтировать в верхней части крышки, последняя должна хорошо закрывать резервуар. Для исключения вероятности смешивания газа с воздухом необходимо обеспечить его отвод сквозь гидрозатвор.

Получить дешевый источник энергии можно самостоятельно, в домашних условиях - достаточно лишь собрать биогазовую установку. Если понимать принцип ее функционирования и устройство, то сделать это несложно. Вырабатываемая ею смесь содержит большое количество метана (в зависимости от загружаемого сырья – до 70%), поэтому она имеет широкую сферу применения.

Заправка баллонов авто, работающих на газе, в качестве топлива для котлов отопления – это далеко не полный перечень всех возможных вариантов использования готового продукта. О том, как смонтировать своими руками биогазовую установку – наш рассказ.

Существует несколько конструктивных исполнений агрегата. При выборе того или иного инженерного решения нужно понять, насколько данная установка подходит к местным условиям. Это основной критерий оценки целесообразности монтажа. Плюс к этому – свои возможности, то есть, какой вид сырья и в каком объеме получится использовать, что под силу сделать именно своими руками.

Биогаз получается при разложении органики, но его «выход» (в объемном исчислении), и, следовательно, эффективность установки, зависит от того, что именно в нее загружается. В таблице представлена соответствующая информация (данные ориентировочные), которая поможет определиться с выбором конкретного инженерного решения. Нелишними будут и некоторые пояснительные графики.

Варианты конструкции

С ручной загрузкой сырья, без подогрева и перемешивания

Для бытового использования такая модель считается наиболее удобной. При вместимости реактора от 1 до 10 м³ ежесуточно понадобится навоза порядка 50 – 220 кг. Вот из этого нужно и исходить, определяясь с размерами емкости.

Установка монтируется в грунте, поэтому для нее понадобится небольшой котлован. В соответствие с ее расчетными габаритами подбирается место на участке. Состав и назначение всех элементов схемы понять нетрудно.

Особенность монтажа

После установки реактора по месту необходимо проверить его герметичность. Затем металл подлежит окраске (желательно морозостойким составом) и утеплению.

Удаление отработки происходит естественным путем – или в процессе закладки новой порции, или при избытке газа в реакторе при закрытом вентиле. Следовательно, вместимость емкости для сбора отходов должна быть не меньше, чем у рабочей.
Несмотря на простоту устройства и привлекательность для сборки своими руками, в связи с тем, что перемешивание массы и подогрев не предусматривается, такой вариант установки целесообразно эксплуатировать в регионах с мягким климатом, то есть в основном на юге России. Хотя при качественной теплоизоляции, в условиях, когда подземные водяные пласты находятся глубоко, это исполнение вполне подойдет и для средней полосы.

Без подогрева, но с перемешиванием

Практически то же самое, лишь небольшая доработка, которая существенно повышает производительность установки.

Как сделать механизм? Для того, кто своими руками собирал, например, это не проблема. В реакторе придется монтировать вал с лопастями. Следовательно, необходимо устанавливать опорные подшипники. В качестве передаточного звена между валом и рычагом хорошо использовать цепь.

Биогазовую установку можно эксплуатировать практически во всех регионах, за исключением северных районов. Но в отличие от предыдущей модели, она требует присмотра.

Перемешивание + подогрев

Термическое воздействие на биомассу повышает интенсивность происходящих в ней процессов разложения и брожения. Биогазовый агрегат более универсальный в использовании, так как может работать в двух режимах – мезофильном и термофильном, то есть в диапазоне температур (примерно) 25 – 65 ºС (см. графики выше).

На указанной схеме котел работает на получившемся газе, хотя это и не единственный вариант. Подогрев биомассы можно осуществлять по-разному, как удобнее его организовать хозяину.

Автоматизированные варианты

Отличие данной схемы в том, что к установке подключается . Это позволяет накапливать запасы газа, а не расходовать его сразу же по назначению. Удобство использования и в том, что для интенсивного брожения подходит практически любой температурный режим.

Такая установка отличается еще большей производительностью. В сутки она способна переработать до 1,3 т сырья при аналогичном объеме реактора. Загрузка, перемешивание – за это «отвечает» пневматика. Отводящий канал позволяет удалять отходы или в бункер для кратковременного хранения, или в мобильные емкости с целью немедленного вывоза. К примеру, для удобрения полей.

Для бытового применения эти варианты биогазовой установки вряд ли подходят. Их монтаж, да еще своими руками, намного сложнее. А вот для небольшого фермерского хозяйства – хорошее решение.

Механизированная биогазовая установка

Отличие от предыдущих моделей в дополнительном резервуаре, в котором происходит предварительная подготовка сырьевой массы.

Подача в загрузочный бункер, а потом в реактор производится сжатым биогазом. Он же используется и для подогрева.

Единственное, что необходимо при сборке любой из установок своими руками – точные инженерные расчеты. Возможно, понадобится консультация специалиста. А в остальном все довольно просто. Если хоть один из читателей заинтересуется биогазовым агрегатом и смонтирует его самостоятельно, значит, автор не зря работал над этой статьей. Успехов!

Необходимые обязательные материалы:

две ёмкости;
соединительные трубы;
клапаны;
газовый фильтр;
средства обеспечения герметичности (клей, смола, герметик и т.п.);

Желательные:

мешалка с электродвигателем;
датчик температуры;
датчик давления;

Указанная ниже последовательность подходит для южных регионов. Для работоспособности в любых условиях следует добавить систему подогрева реактора, которая будет обеспечивать нагрев сосуда до 40 градусов Цельсия и повысить теплоизоляцию, например, обнести конструкцию теплицей. Теплицу желательно покрыть черной пленкой. Также желательно добавить к трубопроводу устройство вывода конденсата.

Создание простой биогазовой установки:

Создать накопительную ёмкость. Выбираем резервуар, где будет храниться полученный биогаз. Резервуар фиксируется клапаном и оснащается манометром. Если потребление газа постоянно, то необходимости в газгольдере нет.
Утеплить конструкцию внутри котлована.
Установить трубы. Проложить в котлован трубы для загрузки сырья и выгрузки компостного перегноя. В ёмкости реактора делается входное и выходное отверстие. Реактор помещается в котлован. К отверстиям подводятся трубы. Трубы плотно закрепляются с помощью клея или других подходящих средств. Диаметр труб менее 30 см будет способствовать их забиванию. Место загрузки следует выбирать на солнечной стороне.
Установить люк. Ректор, оснащённый люком, делает более удобными работы по ремонту и профилактике. Люк и корпус реактора следует проклеить резиной. Также можно установить датчики температуры, давления и уровня сырья.
Выбрать ёмкость для биореактора. Выбранная ёмкость должна быть прочной – так как при ферментации выделяется большое количество энергии; обладать хорошей теплоизоляцией; быть воздухо и водонепроницаемой. Лучше всего подходят сосуды яйцеобразной формы. Если соорудить такой реактор проблематично, то хорошей альтернативой будет сосуд цилиндрической формы с округлёнными краями. Ёмкости квадратной формы менее эффективны потому, что в углах будет накапливаться затвердевшая биомасса, затрудняющая ферментацию.
Подготовить котлован.
Выбрать место для монтажа будущей установки. Желательно выбирать место достаточно далеко от дома и так, чтобы можно было выкопать яму. Размещение внутри ямы позволяет существенно сэкономить на теплоизоляции, используя для этого дешёвые материалы вроде глины.
Проверить герметичность полученной конструкции.
Запустить систему.
Добавить сырьё. Ждём около двух недель пока пройдут все необходимые процессы.Необходимое условие горения газа – избавление от двуокиси углерода. Для этого подойдёт обычный фильтр из строительного магазина. Самодельный фильтр делается из отрезка газовой трубы длиной в 30 см, наполненного сухими деревянными и металлическими стружками.

Состав и виды

Биогазом называется газ, полученный в результате трёхфазного биохимического процесса над биомассой, проходящего в герметичных условиях.

Процесс разложения биомассы последователен: сперва она подвергается воздействию гидролизных бактерий, затем кислотообразующих и в конце метанобразующих. Материалом для микроорганизмов на каждом этапе служит продукт деятельности предшествующего этапа.

На выходе приблизительный состав биогаза выглядит так:

метан (от 50 до 70%);
углекислый газ (от 30 до 40%);
сероводород (~2%);
водород (~1%);
аммиак (~1%);

На точность пропорций влияет используемое сырьё и технология получения газа. Потенциалом для горения обладает метан, чем его процент выше, тем лучше.

Опыт применения горючего болотного газа имеют древние культуры, датируемые более трёх тысячелетним возрастом (Индия, Персия или Ассирия). Научное обоснование сформировалось гораздо позже. Химическая формула метана СН 4 была открыта учёным Джоном Дальтоном, вхождение метана в состав болотного газа обнаружено Гемфри Дэви. Большую роль на развитии отрасли альтернативной энергии сыграла Вторая мировая война, требующая от воюющих сторон огромной потребности в энергоресурсах.

Обладание СССР громадными запасами нефти и природного газа привело к невостребованности других технологий получения энергии, исследование биогаза в основном было предметом интереса академической науки. На текущий момент ситуация поменялась настолько, что, помимо промышленной добычи разных видов топлива, создать биогазовую установку для своих целей под силу любому человеку.

Устройство установки

– комплекс оборудования, предназначенного для получения биогаза из органического сырья.

По типу подачи сырья выделяют следующие виды биогазовых установок:

с порционной подачей;
с непрерывной подачей;

Биогазовые установки с постоянной подачей сырья являются более эффективными.

По типу обработки сырья:

Без автоматического перемешивания сырья и поддерживания необходимой температуры – комплексы с минимальной комплектацией, подходят для малых хозяйств (схема 1).
С автоматическим перемешиванием , но без поддержки необходимой температуры – также служит небольшим хозяйствам, эффективней предыдущего типа.
С поддержкой необходимой температуры , но без автоматического перемешивания.
С автоматическим перемешиванием сырья и поддержкой температуры.

Принцип работы

Процесс преобразования органического сырья в биогаз называется ферментацией. Сырьё загружается в специальную ёмкость, обеспечивающую надёжную защиту биомассы от доступа кислорода. Событие, происходящее без вмешательства кислорода, называется анаэробным.

Под воздействием специальных бактерий в анаэробной среде начинает происходить ферментация. По мере развития брожения сырьё покрывается коркой, которую необходимо регулярно разрушать. Разрушение производится с помощью тщательного перемешивания.

Перемешивать содержимое требуется минимум два раза в сутки, не нарушая при этом герметичности процесса. Кроме удаления корки промешивания позволяет равномерно распределить кислотность и температуру внутри органической массы. В результате этих манипуляций вырабатывается биогаз.

Полученный газ собирается в газгольдере, оттуда по трубам доставляется потребителю. Биоудобрения, полученные после переработки исходного сырья, можно использовать как пищевую добавку для животных или добавлять в почву. Такое удобрение называется компостным перегноем.

Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:

ёмкость гомогенизации;
реактор;
мешалки;
резервуар для хранения (gas-holder);
комплекс отопления и смешивания воды;
газовый комплекс;
комплекс насосов;
сепаратор;
датчики контроля;
КИПиА с визуализацией;
система безопасности;

Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.

Используемое сырьё

Разложение любых остатков животного или растительного происхождения выделяет горючий газ в различной степени. Хорошо подходят для сырья смеси различного состава: навоз, солома, трава, разные отходы и т.д. Для химической реакции требуется влажность в 70%, поэтому сырьё необходимо разбавлять водой.

Неприемлемо наличие в органической биомассе очистительных средств, хлора, стиральных порошков, так как они препятствуют химическим реакциям и могут повредить реактор. Также не подходит для реактора сырьё с опилками хвойных деревьев (содержащие смолы), с высокой долей лигнина и с превышением порога влажности в 94%.

Растительное. Растительное сырьё великолепно подходит для производства биогаза. Максимальный выход топлива даёт свежая трава – из тонны сырья получается около 250 м 3 газа с долей метана в 70%. Кукурузный силос немногим меньше – 220 м 3 . Ботва от свеклы – 180 м 3 .

Можно использовать в качестве биомассы практически любые растения, сено или водоросли. Недостаток применения заключается в длительности производственного цикла. Процесс получения биогаза занимает до двух месяцев. Сырьё должно обязательно быть мелко измельчено.

Животное. Отходы перерабатывающих, молочных предприятий, со скотобоен и т.д. пригодны для биогазовой установки. Максимальный выход топлива дают животные жиры – 1500 м 3 биогаза с долей метана в 87%. Основной недостаток – дефицит. Животное сырьё также должно быть измельчено.

Экскременты. Главное достоинство навоза его дешевизна и легкодоступность. Недостаток – количество и качество биогаза ниже, чем от других видов сырья. Лошадиные и коровьи экскременты можно перерабатывать сразу. Производственный цикл займёт приблизительно две недели и даст выход объемом 60 м 3 с 60% содержанием метана.

Куриный помёт и свиной навоз напрямую применять нельзя, потому что они токсичны. Чтобы запустить процесс ферментации их надо смешать с силосом. Продукт жизнедеятельности человека также можно использовать, но канализационные стоки не подойдут, так как содержание фекалий мало.

Схемы работы

Схема 1 – биогазовая установка без автоматического перемешивания сырья:

Схема 2 – биогазовая установка промышленного типа:

Напоследок приведём список полезной информации, которая поможет вам избежать дополнительных проблем при создании биогазовой установки:

Практика говорит, что для обогрева жилого помещения площадью 50 м 2 необходимо затратить газа объёмом 3,5 м 3 в час.
Нежелательно применять биогаз напрямую для приготовления пищи, потому что могут измениться вкусовые качества.
Необходимо избегать попадания в сырьё твёрдых предметов (гаек, болтов и т.п.), потому что оборудование может испортиться.

Чтобы биогаз стабильно горел, он должен соответствовать определённым стандартам:

содержание метана минимум 65% (оптимальное содержание от 90 до 95%);
должны отсутствовать водяные пары, водород и углекислый газ;
нормальное давление при подаче газа 12,5 бар;

В случае, если при скачке давления или по другим причинам газ потухнет, а его подача будет продолжаться, может привести к трагическим последствиям. Поэтому следует использовать современное оборудование с датчиками газового контроля.

Приводились теоретические основы производства газа метана из биомассы путем анаэробного сбраживания.

Была объяснена роль бактерий в поэтапном преобразовании органических веществ с описанием необходимых условий для наиболее интенсивного получения биогаза. В данной статье будут приведены практические реализации биогазовых установок, с описанием некоторых самодельных конструкций.

Поскольку цены на энергоносители растут, и у многих собственников животноводческих ферм и малых хозяйств существуют проблемы с утилизацией отходов, появились в продаже промышленные комплексы по производству биогаза и небольшие биогазовые установки для частного дома. Пользуясь поисковиками, пользователь сети Интернет сможет легко найти доступное готовое решение, чтобы биогазовая установка и цена на нее соответствовали запросам, выйти на связь с поставщиками оборудования и договориться о постройке биогазового генератора у себя дома или на хозяйстве.

Промышленный комплекс по производству биогаза

Биореактор – основа биогазовой установки

Емкость, в которой происходит анаэробное разложение биомассы, называют биореактором , ферментатором, или метантанком. Биореакторы бывают полностью герметичными, с фиксированным или плавающим куполом, имеющие конструкцию водолазного колокола. Колокольные психрофильные (не требующие подогрева) биореакторы имеют вид открытого резервуара с жидкой биомассой, в которую погружена емкость в виде цилиндра или колокола, где собирается биогаз.

Собравшийся биогаз оказывает давление на цилиндр, из-за чего тот приподнимается над резервуаром. Таким образом, колокол также выполняет функцию газгольдера – временного хранилища образовавшегося газа.

Биореактор с плавающим куполом

Недостатком колокольной конструкции биогазового реактора является невозможность перемешивания субстрата и его подогрева в холодные периоды года. Также негативным фактором является сильный запах, и антисанитария из-за открытой поверхности части субстрата.

К тому же, часть образовавшегося газа улетучится в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Поэтому данные биореакторы используются лишь в кустарных биогазовых установках в бедных странах с жарким климатом.

Еще один пример биореактора с плавающим куполом

Ради предотвращения загрязнения окружающей среды и исключения неприятного запаха реакторы биогазовых установок для дома и больших производств имеют конструкцию с фиксированным куполом. Форма конструкции в процессе газообразования большого значения не имеет, но при использовании цилиндра с крышей в виде купола достигается значительная экономия строительных материалов. Биореакторы с фиксированным куполом снабжаются патрубками для добавления новых порций биомассы и отбора отработанного субстрата.

Разновидность биореактора с фиксированным куполом

Основные типы биогазовых установок

Поскольку наиболее приемлемой является конструкция с фиксированным куполом, то большинство готовых решений биореакторов имеют данный тип. В зависимости от способа загрузки биореакторы имеют различную конструкцию и подразделяются на:

Порционные, с разовой загрузкой всей биомассы, и с последующей полной выгрузкой после отработки сырья. Основным недостатком данного типа биореакторов является неравномерность выделения газа в течение переработки субстрата;
непрерывной загрузкой и выгрузкой сырья, благодаря чему достигается равномерное выделение биогаза. Благодаря конструкции биореактора во время загрузки и выгрузки не прекращается производство биогаза и не происходит утечек, так как патрубки, по которым осуществляется добавление и удаление биомассы, выполнены в виде гидрозатвора, предотвращающего вытекание газа.

Пример порционного биореактора

Порционные биогазовые реакторы могут иметь любую конструкцию, предотвращающую утечку газа. Так, например, в свое время в Австралии были популярны канальные метантанки с эластичным надувающимся сводом, где небольшое избыточное давление внутри биореактора надувало пузырь из прочного полипропилена. При достижении определенного уровня давления внутри биореактора, включался компрессор, откачивающий выработанный биогаз.

Канальные биореакторы с эластичным газгольдером

Тип брожения в данной биогазовой установке может быть мезофильным (со слабым подогревом). Из-за большой площади раздувающегося купола, канальные биореакторы могут устанавливаться только в отапливаемых помещениях, или в регионах с жарким климатом. Достоинством конструкции является отсутствие необходимости в промежуточном ресивере, но большим недостатком является уязвимость эластичного купола к механическим повреждениям.

Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером

В последнее время набирают популярности порционные биореакторы с сухой ферментацией навоза без добавления воды в субстрат. Поскольку в навозе имеется своя влажность, ее будет достаточно для жизнедеятельности организмов, хотя интенсивность реакций уменьшится.

Биореакторы сухого типа имеют вид герметичного гаража с плотно закрывающимися дверьми. Биомасса загружается в реактор при помощи фронтального погрузчика и остается в таком состоянии до завершения полного цикла газообразования (примерно полгода), при этом не требуется добавления субстрата и его перемешивания.

Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь

Биогазовая установка своими руками

Следует заметить, что у большинства биореакторов, как правило, герметичной является только зона газообразования, а жидкая биомасса на входе и выходе пребывает под атмосферным давлением. Избыточное давление внутри биореактора вытесняет часть жидкого субстрата в патрубки, из-за чего уровень биомассы в них несколько выше, чем внутри емкости.

Красными линиями на схеме указана разница уровней в биореакторе и патрубках

Данные конструкции самодельных биореакторов являются популярными среди народных мастеров, которые самостоятельно изготавливают биогазовые установки своими руками для дома, допускающие многоразовую ручную загрузку и выгрузку субстрата. При изготовлении биореакторов своими руками многие мастера ставят эксперименты с полностью герметичными емкостями, применяя в качестве газгольдера несколько резиновых камер от шин колес крупной автотехники.

Рисунок газгольдера, сделанного из тракторных камер

На видео ниже энтузиаст самодельного производства биогаза на примере бочек, заполненных птичьим пометом, доказывает возможность реального получения горючего газа в домашних условиях, перерабатывая в полезное удобрение отходы из птичника. Единственное, что можно добавить к конструкции, описанной в данном видеоролике, так это то, что нужно поставить манометр и предохранительный клапан на самодельный биореактор.

Расчеты продуктивности биореактора

Количество биогаза определяется массой и качеством используемого сырья. В сети интернет можно найти таблицы, где указано количество отходов, производимых различными животными, но хозяевам, которым приходится каждый день убирать навоз, данная теория ни к чему, так как они благодаря собственной практике знают количество и массу будущего субстрата. Исходя из наличия возобновляемых каждый день запасов сырья, можно рассчитать требуемый объем биореактора и ежедневное производство биогаза .

Таблица получения количества навоза от некоторых животным с приблизительным расчетом выхода биогаза

После произведенных расчетов и утвержденной конструкции биореактора можно приступить к его постройке. Материалом может служить железобетонная емкость, залитая в земле, или кирпичная кладка, герметизированная специальным покрытием, которым обрабатывают бассейны.

Также возможна постройка основной емкости домашней биогазовой установки из железа, покрытого антикоррозионным материалом. Малые промышленные биореакторы часто делают из химически стойких пластиковых резервуаров большого объема.

Строительство биореактора из кирпичной кладки

В промышленных биогазовых установках применяются электронные системы контроля и различные реактивы для коррекции химического состава субстрата и его уровня кислотности, а также добавляются в биомассу специальные вещества – энзимы и витамины, стимулирующие размножение и жизнедеятельность микроорганизмов внутри биореактора. В процессе развития микробиологии создаются все более устойчивые и эффективные штаммы бактерий метаногенов, которые можно приобрести у занимающихся производством биогаза фирм.

Из графика видно, что с применением энзимов максимальный выход биогаза наступает в два раза быстрее

Необходимость в откачивании и очистке биогаза

Постоянная выработка газа в биореакторе любой конструкции приводит к необходимости откачивания биогаза. Некоторые примитивные биогазовые установки могут сжигать полученный газ прямо в горелке, установленной неподалеку, но нестабильность избыточного давления в биореакторе может привести к исчезновению пламени с последующим выбросом ядовитого газа . Применение такой примитивной биогазовой установки, подключенной к плите категорически недопустимо из-за возможности отравления ядовитыми компонентами неочищенного биогаза.

Пламя горелки при горении биогаза должно быть чистым, ровным и стабильным

Поэтому практически любая схема биогазовой установки включает в себя емкости для хранения газа и систему его очистки. В качестве самодельного комплекса очистки можно применить водяной фильтр, и самодельную емкость, наполненную металлической стружкой, или приобрести профессиональные системы фильтрации. Емкость для временного хранения биогаза может быть выполнена из камер от автошин, из которых газ время от времени откачивается компрессором в стандартные пропановые баллоны для хранения и последующего употребления.

В некоторых африканских странах для хранения и транспортировки биогаза используют надувные газгольдеры в виде подушки

Как альтернативу обязательному применению газгольдера можно воспринимать усовершенствованный биореактор с плавающим куполом. Усовершенствование состоит в добавлении концентрической перегородки, которая образует водяной карман, действующий наподобие гидрозатвора и не допускающий соприкосновения биомассы с воздухом. Давление внутри плавающего купола будет зависеть от его веса. Пропуская газ через систему очистки и редуктор, его можно использовать в бытовой плите, периодически стравливая из биореактора.

Биореактор с плавающим куполом и водяным карманом

Измельчение и перемешивание субстрата в биореакторе

Перемешивание биомассы является важной составляющей процесса образования биогаза, обеспечивая бактериям доступ к питательным веществам, которые могут сбиться в ком на дне биореактора. Чтобы частицы биомассы лучше перемешивались в биореакторе, их нужно измельчить механическим или ручным способом до загрузки в метантанк. В настоящий момент в промышленных и самодельных биогазовых установках применяются три способа перемешивания субстрата:

механические мешалки, приводимые в действие электродвигателем или вручную;
циркуляционное перемешивание при помощи насоса или гребного винта, перекачивающего субстрат внутри биореактора;
барботажное перемешивание при помощи продувки уже имеющимся биогазом жидкой биомассы. Недостатком данного способа является образование пены на поверхности субстрата.

Стрелкой указан перемешивающий циркуляционный винт в самодельном биореакторе

Механическое перемешивание субстрата внутри биореактора может осуществляться вручную, или автоматически, путем включения электродвигателя при помощи электронного таймера. Водоструйное или барботажное перемешивание биомассы может осуществляться только при помощи электродвигателей, управляемых вручную или при помощи программного алгоритма.

В данном биореакторе установлено механическое перемешивающее устройство

Подогрев субстрата в мезофильных и термофильных биогазовых установках

Оптимальной для газообразования является температура субстрата в пределах 35-50ºC. Для поддержания данной температуры в биореактор могут устанавливаться различные системы обогрева – водяные, паровые, электрические. Контроль температуры должен производиться при помощи термореле или термопар, подключенных к исполнительному механизму, регулирующему отопление биореактора.

Также нужно помнить, что открытое пламя будет перегревать стенки биореактора, и внутри его биомасса будет пригорать. Пригоревший субстрат понизит теплоотдачу и качество подогрева, а раскаленная стенка биореактора будет быстро разрушаться. Одним из лучших вариантов является водяной подогрев из обратной трубы системы отопления дома. Нужно установить систему электрических вентилей для возможности отключения подогрева биореактора или подключения обогрева субстрата напрямую от котла, если будет слишком холодно.

Электрическая и водяная система обогрева биореактора

Подогрев субстрата в биореакторе при помощи ТЭНов будет выгоден лишь в случае наличия альтернативного электричества, получаемого от ветрогенератора или солнечных батарей. В данном случае ТЭНы могут быть подключены напрямую к генератору или батарее, что исключит из схемы дорогие преобразователи напряжения. Чтобы снизить потери тепла и уменьшить расходы на подогрев субстрата в биореакторе нужно его максимально утеплить с помощью различных утеплителей.

Утепление биореактора термоизоляционным материалом

Практические опыты, неизбежные при постройке биогазовых установок своими руками

Сколько бы литературы не прочитал начинающий энтузиаст самостоятельного производства биогаза, и сколько бы видеороликов не пересмотрел, на практике многое придется познавать самому, и результаты, как правило, будут далеки от расчетных.

Поэтому, многие начинающие мастера идут по пути самостоятельных экспериментов по получению биогаза, начиная с малых емкостей, определяя, сколько газа из имеющегося сырья дает его небольшая экспериментальная биогазовая установка. Цены на комплектующие, выход метана и будущие расходы на постройку полноценной рабочей биогазовой установки будут определять ее рентабельность и целесообразность.

В приведенном выше видеоролике мастер демонстрирует возможности своей биогазовой установки, засекая, сколько биогаза получится за одни сутки. В его случае, при закачке в ресивер компрессора восьми атмосфер, объем получившегося газа после перерасчетов с учетом объема емкости 24л будет около 0,2 м².

Данный объем биогаза, полученный из двухсотлитровой бочки, не является значительным, но, как показано в следующем видео этого мастера, такого количества газа хватит на час горения одной конфорки плиты (15 мин умножить на четыре атмосферы баллона, который в два раза больше ресивера).

В другом видеоролике ниже мастер рассказывает о получении биогаза и биологически чистых удобрений путем переработки в биогазовой установке органических отходов. Нужно иметь в виду, что ценность экологических удобрений может превысить стоимость полученного газа, и тогда биогаз станет полезным побочным продутом процесса изготовления качественных удобрений. Еще одним полезным свойством органического сырья является возможность его хранения некоторый период для использования в нужное время.

У нас в Сербии, да и в Европе в целом, люди не хотят зависить от энергетических и газовых компаний, поэтому стремятся приобрести альтернативные источники энергии. Будь то солнечные батареи, тепловые коллекторы, или биогазовые установки.

Я как-то уже рассказывал в своем журнале о биогазовых установках промышленного производства, теперь мой рассказ о самодельной установке, которая может вырабатывать газ для вашего дома или дачи. Принцип действия понятен из рисунка. Я лишь сделаю пояснения и сообщу назначение некоторых элементов.

Для изготовления установки вам потребуется:

*Две пластиковые бочки по 200 литров (в Сербии в таких бочках солят капусту), но могут быть и металлические бочки от дизельного топлива.

* Пять переходников-штуцеров для соединения элементов с шлангом толщиной не менее 13 мм.

* Пластиковый шланг (длина в зависимости от потребностей установки).

* Пластиковое ведро.

* Пластиковая канистра 3 - 5 литров (от автомобильного масла с завинчивающейся крышкой) для аварийного клапана.

* Две пластиковые трубки диаметром 5 см.

Элемент 1 - на рисунке, БИО газогенератор

Он состоит: из герметичного ствола, двух пластиковых труб и выходного штуцера для биогаза.

В генераторе органическая масса распададатся в процессе гниения, освобождая 60% метана и 40% SO2.

Через первую пластиковую трубку с воронкой, мелко нарезанные отходы биомассы засыпаются, смешиваются с водой в соотношении 10% биомассы и 90% дождевой воды (мягкая вода).

Хорошо, если бы ещё добавить естественную смесь свежего навоза от коров, свиней и птицы, чтобы таким образом ввести микроорганизмы от которых зависит производство биогаза. За неимением, можно добавить немного грязи из реки или пруда, чтобы ускорить процесс.

Процесс занимает около 3-х недель, чтобы газ был сформирован. На ранней стадии вы заметите, что газ выделяется, но знайте, что это SO2 - углекислый газ, который не является горючим. Только после того, как пройдет 3 недели, присходит образование метана, - биогаза.

В нижней части контейнера с течением времени появляется остаток, который является отличным натуральным удобрение для овощей в садоводстве.

Идеальная температура составляет от 12 до 36 градусов, защитите бочку от попадания прямых солнечных лучей в тени, а зимой от замерзания. Имейте в виду, что это бочка "живая", то есть она содержит миллиарды микроорганизмов, работающих на процесс разложения биомассы.

В случае, если вы БИО Газогенератор "пережарите" или "заморозите" - исчезнут микроорганизмы, так что весь процесс придется начинать заново.

Элемент 2 на рисунке представляет собой контейнер для сбора биогаза и гидрозатвор

Она состоит из открытй пластиковой бочки, ведра и двух штуцеров (вентил) для потока газа и разновеса (тегови) .

В этом контейнере - бочке на 200 литров, собран газ, как это показано на рисунке. Обеспечивает простое и гибкое решение без потери газа. Кроме того, вода еще выполняет функцию фильтра, очищая метан от примесей.

Обратите внимание на то, что газ поднял емкость с водой, и это указывает на количество собранного газа.

Масса разновеса поможет сделать давление газа достаточным, который далее направляется в аварийный клапан, элемент № 4.

Держите этот контейнер наполненным водой и защищенным от замерзания.

Элемент 3 - горелка

Элемент 4 - Аварийный клапан

Аварийный клапан состоит из пластиковой канистры с водой, с завинчивающейся крышкой и двух переходников.

Пустые канистры из под масла для автомобиля - хорошая импровизация.

Аварийный клапан предназначен для перехвата пламени, чтобы остановить обратный эффект. Аварийный клапан расположен между Элементом 3 - горелкой и контейнером для сбора газа, Элемент 2.

Крайне важно, чтобы вы установили аврийный клапан, чтобы предотвратить возможность зажигания контейнера с газом, что привело бы к аварии или взрыву.