Самостоятельное производство биогаза

Самостоятельное производство биогаза

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

Постройка биогазовой установки — способ самостоятельного обеспечения энергоресурсами

Общие принципы

Биогаз — продукт, который получается при разложении органических веществ. В процессе гниения/брожения выделяются газы, собрав которые, можно обеспечить нужды собственного хозяйства. Оборудование, в котором происходит данный процесс называю «биогазовая установка».

Процесс образования биогаза происходит за счет жизнедеятельности разного рода бактерий, которые содержатся в самих отходах. Но для того чтобы они активно «работали» необходимо им создать определенные условия: влажность и температуру. Для их создания строятся биогазовая установка. Это комплекс устройств, основа которого — биореактор, в котором и происходит разложение отходов, который сопровождается газообразованием.

Различают три режима переработки навоза в биогаз:

  • Психофильный режим. Температура в биогазовой установке от +5°C до +20°C. При таких условиях процесс разложения идет медленно,газа образуется намного, его качество низкое.
  • Мезофильный. На этот режим установка выходит при температуре от +30°C до +40°C. В этом случае активно размножаются мезофильные бактерии. Газа при этом образуется больше, процесс переработки занимает меньше времени — от 10 до 20 дней.
  • Термофильный. Эти бактерии размножаются при температуре от +50°C. Процесс идет быстрее всего (3-5 дней), выход газа — самый большой (при идеальных условиях с 1 кг завоза можно получить до 4,5 литров газа). Большинство справочных таблиц по выходу газа от переработки даны именно для этого режима, так что при использовании других режимов стоит делать корректировку в меньшую сторону.

Сложнее всего в биогазовых установках реализуется термофильный режим. Тут требуется качественная теплоизоляция биогазовой установки, подогрев и система контроля за температурой. Зато на выходе получаем максимальное количество биогаза. Еще одна особенность термофильной переработки — невозможность дозагрузки. Остальные два режима — психофильный и мезофильный — позволяют ежедневно добавлять свежую порцию подготовленного сырья. Но, при термофильном режиме, малый срок переработки позволяет разделить биореактор на зоны, в которых будет перерабатываться своя доля сырья с разными сроками загрузки.

Схема биогазовой установки

Основа биогазовой установки — биореактор или бункер. В нем происходит процесс брожения, в нем же скапливается полученный газ. Также есть бункер загрузки и выгрузки, выработанный газ выводится через вставленную в верхнюю часть трубу. Далее идет система доработки газа — ее очистка и повышение давления в газопроводе до рабочего.

Для мезофильных и термофильных режимов необходима также система подогрева биореактора — для выхода на требуемые режимы. Для этого обычно используются газовые котлы, работающие на произведенном топливе. От него система трубопроводов идет в биореактор. Обычно это полимерные трубы, так как они лучше всего переносят нахождение в агрессивной среде.

Еще биогазовая установка нуждается в системе для перемешивания субстанции. При брожении вверху образуется твердая корка, тяжелые частицы оседают вниз. Все это вместе ухудшает процесс газообразования. Для поддержания однородного состояния перерабатываемой массы и необходимы мешалки. Они могут быть механическими и даже ручными. Могут запускаться по таймеру или вручную. Все зависит от того, как сделана биогазовая установка. Автоматизированная система более дорога при монтаже, но требует минимума внимания при эксплуатации.

Биогазовая установка по типу расположения может быть:

  • Надземной.
  • Полузаглубленной.
  • Заглубленной.

Более затратны в установке заглубленные — требуется большой объем земельных работ. Но при эксплуатации в наших условиях они лучше — проще организовать утепление, меньше расходы на подогрев.

Что можно перерабатывать

Биогазовая установка по сути всеядна — перерабатываться может любая органика. Подходит любой навоз и моча, растительные остатки. Негативно влияют на процесс моющие вещества, антибиотики, химия. Их поступление желательно минимизировать, так как они убивают флору, которая занимается переработкой.

Идеальным считается навоз КРС, так как в нем содержатся микроорганизмы в большом количестве. Если в хозяйстве нет коров, при загрузке биореактора желательно добавить некоторую часть помета, для заселения субстрата требуемой микрофлорой. Растительные остатки предварительно измельчаются, разводятся с водой. В биореакторе смешиваются растительное сырье и экскременты. Такая «заправка» перерабатывается дольше, но на выходе при правильном режиме, имеем наибольший выход продукта.

Определение местоположения

Чтобы минимизировать затраты на организацию процесса, имеет смысл расположить биогазовую установку неподалеку от источника отходов — возле построек, где содержится птица или животные. Разработать конструкцию желательно так, чтобы загрузка происходила самотеком. Из коровника или свинарника можно проложить под уклоном трубопровод, по которому навоз будет самотеком поступать в бункер. Это существенно облегчает задачу по обслуживанию реактора, да и уборку навоза тоже.

Наиболее целесообразно расположить биогазовую установку так, чтобы отходы с фермы могли поступать самотеком

Обычно строения с животными находятся на некотором отдалении от жилого дома. Потому выработанный газ нужно будет передавать к потребителям. Но протянуть одну газовую трубу дешевле и проще, чем организовывать линию по транспортировке и загрузке навоза.

Биореактор

К емкости для переработки навоза предъявляются довольно жесткие требования:

Все эти требования по строительству биогазовой установки должны выполняться, так как они обеспечивают безопасность и создают нормальные условия для переработки навоза в биогаз.

Из каких материалов можно сделать

Стойкость к агрессивных средам — это основное требование к материалам, из которых можно сделать емкость. Субстрат в биореакторе может иметь кислую или щелочную реакцию. Соответственно материал, из которого изготавливают емкость, должен хорошо переносить различные среды.

Этим запросам отвечают не так много материалов. Первое что приходит на ум — металл. Он прочен, из него можно сделать емкость любой формы. Что хорошо, что использовать можно готовую емкость — какую-то старую цистерну. В этом случае строительство биогазовой установки займет совсем немного времени. Недостаток металла — он вступает в реакцию с химически активными веществами и начинает разрушаться. Для нейтрализации данного минуса металл покрывается защитным покрытием.

Отличный вариант — емкость биореактора из полимера. Пластик химически нейтрален, не гниет, не ржавеет. Только надо выбирать из таких материалов, которые выносят заморозку и нагрев до достаточно высоких температур. Стенки реактора должны быть толстыми, желательно армированными стекловолокном. Такие емкости недешевы, зато они служат долго.

Более дешевый вариант — биогазовая установка с емкостью из кирпича, бетонных блоков, камня. Для того чтобы кладка выдерживала высокие нагрузки, необходимо армирование кладки (в каждом 3-5 ряду в зависимости от толщины стены и материала). После завершения процесса возведения стен для обеспечения водо- и газо- непроницаемости необходима последующая многослойная обработка стен как изнутри, так и снаружи. Стены штукатурят цементно-песчаным составом с добавками (присадками), обеспечивающими требуемые свойства.

Определение размеров реактора

Объем реактора зависит от выбранной температуры переработки навоза в биогаз. Чаще всего выбирается мезофильная — ее легче поддерживать и она предполагает возможность ежедневной дозагрузки реактора. Выработка биогаза после выхода на нормальный режим (порядка 2 дней) идет стабильно, без всплесков и провалов (при создании нормальных условий). В этом случае имеет смысл рассчитать объем биогазовой установки в зависимости от количества навоза, образующегося в хозяйстве за сутки. Все легко подсчитывается, исходя из среднестатистических данных.

Разложение навоза при мезофильных температурах идет от 10 до 20 дней. Соответственно, объем рассчитывается умножением на 10 или 20. При расчете необходимо учитывать количество воды, которое необходимо для приведения субстрата к идеальному состоянию — его влажность должна быть 85-90%. Найденный объем увеличивают на 50%, так как максимальная загрузка не должна превышать 2/3 по объему резервуара — под потолком должен скапливаться газ.

Например, в хозяйстве 5 коров, 10 свиней и 40 кур. За сути образуется 5 * 55 кг + 10 * 4,5 кг + 40 * 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы привести куриный помет к влажности 85% необходимо добавить чуть больше 5 литров воды (это еще 5 кг). Итого общая масса получается 331,8 кг. Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг * 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Найденную цифру умножаем на 1,5 (увеличиваем на 50%), получаем 10,5 куб. Это и будет расчетная величина объема реактора биогазовой установки.

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

При заглубленном способе установки биогазовой установки, загрузочные и разгрузочные трубы подходят к корпусу под острым углом. Причем нижний конец трубы должен находится ниже уровня жидкости в реакторе. Таким образом исключается попадание воздуха в емкость. Также на трубах ставят поворотные или отсечные задвижки, которые в нормальном положении закрыты. Открываются они только на время загрузки или выгрузки.

Так как в навозе могут содержаться крупные фрагменты (элементы подстилки, стебли травы и т.д.), трубы малого диаметра будут часто забиваться. Потому для загрузки-выгрузки они должны быть диаметром 20-30 см. Монтировать их необходимо до начала работ по утеплению биогазовой установки, но после того, как емкость установлена на место.

Наиболее удобный режим работы биогазовой установки — с регулярной загрузкой и выгрузкой субстрата. Данная операция может проводится раз в сутки или раз в двое суток. Навоз и другие компоненты предварительно собираются в накопительной емкости, где доводятся до требуемого состояний — измельчаются, при необходимости увлажняются и перемешиваются. Для удобства в данной емкости может быть механическая мешалка. Подготовленный субстрат выливается в приемный люк. Если расположить приемную емкость на солнце, субстрат будет предварительно нагреваться, что уменьшит затраты на поддержание требуемой температуры.

Глубину установки приемного бункера желательно рассчитать так, чтобы отходы стекали в него самотеком. То же касается выгрузки в биореактор. Лучший случай, если подготовленный субстрат будет двигаться самотеком. А отгораживать его на время подготовки будет заслонка.

Для обеспечения герметичности биогазовой установки, люки на приемном бункере и в зоне выгрузки должны иметь герметизирующий резиновый уплотнитель. Чем меньше будет в емкости воздуха, тем чище будет газ на выходе.

Сбор и отвод биогаза

Отведение биогаза из реактора происходит через трубу, один конец которой находится под крышей, второй обычно опущен в гидрозатвор. Это емкость с водой, в которую выводится полученный биогаз. В гидрозатворе есть вторая труба — она находится выше уровня жидкости. В нее выходит уже более чистый биогаз. На выходе их биореактора устанавливается отсечной газовый кран. Лучший вариант — шаровый.

Какие материалы можно использовать для системы передачи газа? Гальванизированные металлические трубы и газовые трубы из ПНД или ППР. Они должны обеспечивать герметичность, швы и стыки проверяются при помощи мыльной пены. Весь трубопровод собирается из труб и арматуры одного диаметра. Без сужений и расширений.

Очищение от примесей

Примерный состав получаемого биогаза такой:

  • метан — до 60%;
  • углекислый газ — 35%;
  • другие газообразные вещества (в том числе и сероводород, придающий газу неприятный запах) — 5%.

Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Удаление углекислого газа происходит в гидрозатворе, если на дно установки добавить гашеную известь. Такую закладку придется периодически менять (как станет газ гореть хуже — пора менять).

Осушение газа можно сделать двумя способами — сделав в газопроводе гидрозатворы — вставив в трубу изогнутые участки под гидрозатворы, в которых будет скапливаться конденсат. Недостаток такого способа — необходимость регулярного опорожнения гидрозатвора — при большом количестве собранной воды она может заблокировать проход газа.

Второй способ — поставить фильтр с силикагелем. Принцип тот же, что и в гидрозатворе — газ подается в силикагель, отводится осушенный из-под крышки. При таком способе осушения биогаза, силикагель приходится периодически осушать. Для этого его требуется прогреть некоторое время в микроволновке. Он нагревается, влага испаряется. Можно засыпать и снова использовать.

Для удаления сероводорода используется фильтр с загрузкой из металлической стружки. Можно в емкость загрузить старые металлические мочалки. Очищение происходит точно также: газ подается в нижнюю часть заполненной металлом емкости. Проходя, он очищается от сероводорода, собирается в верхней свободной части фильтра, откуда выводится по через другую трубу/шланг.

Газгольдер и компрессор

Прошедший очистку биогаз поступает в емкость для хранения — газгольдер. Это может быть герметичный полиэтиленовый мешок, пластиковая емкость. Основное условие — газонепроницаемость, форма и материал не имеют значения. В газгольдере хранится запас биогаза. Из него, при помощи компрессора, газ под определенным давлением (задается компрессором) поступает уже к потребителю — на газовую плиту или котел. Этот газ также может использоваться для выработки электроэнергии при помощи генератора.

Для создания стабильного давления в системе после компрессора желательно установить ресивер — небольшое устройство для нивелирования скачков давления.

Устройства для перемешивания

Чтобы биогазовая установка работала в нормальном режиме, необходимо регулярное перемешивание жидкости в биореакторе. Этот несложный процесс решает множество задач:

  • перемешивает свежую порцию загрузки с колонией бактерий;
  • способствует высвобождению выработанного газа;
  • выравнивает температуру жидкости, исключая более прогретые и более холодные участки;
  • поддерживает однородность субстрата, предотвращая оседание или всплытие некоторых составляющих.

Обычно небольшая самодельная биогазовая установка имеет механические мешалки, которые приводятся в движение при помощи мускульной силы. В системах с большим объемом приводить в движение мешалки могут моторы, которые включаются таймером.

Второй способ — перемешивать жидкость, пропуская через нее част выработанного газа. Для этого после выхода из метатенка ставится тройник и часть газа полается в нижнюю часть реактора, где через трубку с дырками выходит. Эту часть газа нельзя считать расходом, так как он все равно снова попадает в систему и, в результате, оказывается в газгольдере.

Третий способ перемешивания — при помощи фекальных насосов перекачивать субстрат их нижней части, выливать его вверху. Недостаток этого способа — зависимость от наличия электроэнергии.

Система подогрева и теплоизоляция

Без подогрева перерабатываемой жижи размножаться будут психофильные бактерии. Процесс переработки в этом случае займет от 30 дней, а выход газа будет небольшим. Летом, при наличии теплоизоляции и предварительном подогреве загрузки возможен выход на температуры до 40 градусов, когда начинается развитие мезофильных бактерий, но зимой такая установка практически неработоспособна — процессы протекают очень вяло. При температуре ниже +5°C они практически замирают.

Чем греть и где расположить

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе. Максимальная температура, до которой требуется греть воду — +60°C. Более горячие трубы могут вызвать налипание на поверхность частиц, что приведет к снижению эффективности обогрева.

Для получения лучших результатов используют подогрев. Наиболее рациональный — водяной подогрев от котла. Работать котел может на электричестве, твердом или жидком топливе, также можно запустить его на вырабатываемом биогазе.

Можно использовать и прямой подогрев — вставить ТЭНы, но во-первых, сложно организовать перемешивание, во-вторых, на поверхности будет налипать субстрат, снижая теплоотдачу, ТЭНы будут быстро перегорать

Обогреваться биогазовая установка может с использованием стандартных радиаторов отопления, просто трубами, закрученными в змеевик, сварными регистрами. Трубы использовать лучше полимерные — металлопластиковые или полипропиленовые. Подходят также трубы из гофрированной нержавейки, их проще укладывать, особенно в цилиндрических вертикальных биореакторах, но гофрированная поверхность провоцирует налипание осадка, что не очень хорошо для теплоотдачи.

Чтобы снизить возможность осаждения частиц на греющих элементах, их располагают в зоне мешалки. Только при этом надо все спроектировать так, чтобы мешалка не могла задеть трубы. Часто кажется, что лучше нагреватели расположить снизу, но практика показала, что из-за осадка на дне такой обогрев неэффективен. Так что более рационально располагать нагреватели на стенках метатэнка биогазовой установки.

Способы водяного обогрева

По способу расположения труб обогрев может быть наружным или внутренним. При внутреннем расположении обогрев эффективен, но ремонт и обслуживание нагревателей невозможны без останова и откачки системы. Потому подбору материалов и качеству выполнения соединений уделяют особое внимание.

Обогрев повышает производительность биогазовой установки и сокращает сроки переработки сырья

При наружном расположении обогревателей, требуется больше тепла (затраты на подогрев содержимого биогазовой установки намного выше), так как много тепла уходит на обогрев стенок. Зато система всегда доступна для ремонта, а прогрев более равномерный, так как греется среда от стенок. Еще один плюс такого решения — мешалки не могут повредить систему обогрева.

Чем утеплять

На дно котлована насыпается сначала выравнивающий слой песка, затем теплоизоляционный слой. Это может быть глина, перемешанная с соломой и керамзитом, шлаком. Все эти компоненты можно смешать, можно насыпать отдельными слоями. Их выравнивают в горизонт, устанавливают емкость биогазовой установки.

Бока биореактора можно утеплять современными материалами или классическими дедовскими методами. Из дедовских методов — обмазка глиной с соломой. Наносится в несколько слоев.

Из современных материалов можно использовать экструдированный пенополистирол высокой плотности, газобетонные блоки малой плотности, . Наиболее технологичен в данном случае пенополиуретан (ППУ), но услуги по его нанесению недешевы. Зато получается бесшовная теплоизоляция, которая минимизирует затраты на обогрев. Есть еще один теплоизоляционный материал — вспененное стекло. В плитах он очень дорог, но его бой или крошка стоит совсем немного, а по характеристикам он почти идеален: не впитывает влагу, не боится замерзания, хорошо переносит статические нагрузки, имеет низкую теплопроводность.

Три четверти всех урожаев перерабатывается в навоз. Ведь до 90% всех овощей, злаков и трав скармливается скоту и птице, и только 10% потребляется человеком.

Так устроен мир — мир навоза и помета.

Например, при выращивании крупного рогатого скота в хозяйствах скапливается огромное количество навоза. В советское время весь этот навоз просто складывался в бурты, после того, как перегниёт – частично вывозился на поля. И по сей день хозяйства тратят огромные средства на утилизацию навоза, т.к. это вещество 2 класса опасности. А ведь коровий навоз – ценнейшее удобрение.

Навозы и помет — это сложный концентрат углеводов, азотистой органики, ферментов и витаминов. Фекалии — не просто корм, но ещё и биологическая закваска, стартер и ускоритель почвенной биологии. Без них полноценное плодородие невозможно.

Однако, навоз имеет и ряд недостатков: часто он бывает заражён гельминтами, патогенной флорой кишечника животных и прочими личинками насекомых, он имеет большую массу, и далее 4-5 километров вывозить его на поля нерентабельно.

В.И. Корнилов — Заслуженный агроном Республики Башкортостан приводит следующие расчеты по навозу:

  • 1. Тонна свежего навоза «из-под хвоста» — это 180 кг сухого вещества (остальное — вода), в котором 18 кг NPK и 162 кг сухой органики.
  • 2. ПЕРЕГНОЙ. При стандартном компостировании до состояния перегноя-сыпца от тонны навоза остаётся всего около 50 кг сухой органики. Чтобы получить 1 тонну такого сыпца, нужно «сжечь» в буртах 9,3 тонны свежего навоза.
  • 3. Минимальная норма внесения сыпца — 10 т/га (а максимальная может достигать 120 т/га). И только на 10 тонн на них уйдёт 93 тонны навоза.
  • 4. Гранулированный навоз в виде ОМУ. В 1 тонне — 800 кг органики и она более активная, чем в перегное сыпце. На неё ушло около 4 т свежего навоза.

Таким образом нормы внесения гранулированного навоза должны быть ниже, чем нормы внесения перегноя сыпца, что в конечном итоге существенно снижает затраты на ГСМ в любом хозяйстве.

Минеральные удобрения вдвое-втрое дороже ОМУ, а их эффект — недоимки, засоление и разрушение естественного плодородия со всеми вытекающими наперёд убытками. Другая сторона минералки — завалы сгорающих «без нужды» навозов.

Навоз нуждается в переработке, потому что, когда он гниёт в буртах – в атмосферу улетают 80% азота, так необходимого растениям в почве. А в почву вносят азотные удобрения, которые специально производят и затрачивают на это массу энергии, материалов и денежных ресурсов. С другой стороны, если бы в почву на полях вносилась вся та органика, которая гниёт сейчас в буртах, или стекает в реки, ухудшая экологию, урожаи росли бы год от года.

Технологии переработки навоза

Линии по переработке свежего навоза Яваджра в гранулированный навоз ОМУ позволяет без ущерба для окружающей среды перерабатывать большие объемы навоза с высокой эффективностью. Большим плюсом технологии АСКТ является кратковременное воздействие температур ниже 90 градусов Цельсия, что позволяет сохранить летучий азот и как бы запечатать ее в грануле. Навозная гранула не содержит никаких микроорганизмов, включая яйца глист и полностью стерильна.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Схемы самодельных биогазовых установок

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

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

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

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

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

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

Расчет объема бункера для переработки

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

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

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

Юридическое оформление

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

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

Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.

Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м 3 навозной жижи дадут в сутки 80 м 3 газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м 3 биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м 3 . В чистом остатке у вас 46 м 3 в день. И это при небольшой установке.

Итоги

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

РЕГЛАМЕНТ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО ПРЕПАРАТА «ТаМирЭМ» В ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСАХ КРС С ЦЕЛЬЮ УСТРАНЕНИЯ НЕПРИЯТНЫХ ВРЕДНЫХ ЗАПАХОВ И ПЕРЕРАБОТКИ НАВОЗА.

Область применения

Разве- дение

Расход раствора препарата

Способ, сроки и результаты применения препарата

Устранение вредных неприятных запахов в помещениях КРС в присутствии животных

10л на 20м 2

1 раз в 7 дней (до устранения запаха).Опрыскивать 2 раза в месяц.

Внесение в места скопления навоза карты, базы и др.

2 раза в месяц.Устранение неприятных вредных запахов при ферментации навоза.

Компостирование свежего навоза

Равномерно внести раствор препарата.Получение эффективного органического удобрения через 30-40 дней.

Компостирование лежалого навоза

Равномерно внести раствор препарата в компостируемую массу,обеспечив влажность 70%.Компостирование навоза через 40-60 дней.

Обработка подстилки КРС

1 раз в 7 дней.Устранение запахов и одновременная ферментация навоза.

ОБРАБОТКА МИКРООРГАНИЗМАМИ ПРЕПАРАТА «ТаМирЭМ» МЕСТ СКОПЛЕНИЯ И ХРАНЕНИЯ НАВОЗА КРС ДЛЯ УСКОРЕННОЙ ПЕРЕРАБОТКИ И УСТРАНЕНИЯ НЕПРИЯТНЫХ ВРЕДНЫХ ЗАПАХОВ.

Перемешать 1 л препарата «ТаМирЭМ

Равномерно распределить 10 л рабочего раствора на 20 м 2 поверхности.

  • два раза в месяц в присутствии животных с помощью опрыскивателя или моечногонасоса равномерно опрыскиваютсяповерхности стен, пола, перегородок, скребков, шнеков.
  • Равномерно обрабатываются места скопления навоза и сам навоз.
  • Рабочий раствор должен быть израсходован в течение суток.
  • Допускается попадание рабочего раствора препарата на животных и корм.
  • через 7- 10 дней с начала обработки исчезают вредные неприятные запахи.
  • Обработку желательно проводить в закрытом помещении.

Обработка навоза на площадках компостирования или в навозохранилищах.

Перемешать 1 л препарата «ТаМирЭМ » в 9 л питьевой воды (температура 20- 25 о С).

два раза в месяц в присутствии животных с помощью опрыскивателя или моечногонасоса равномерно опрыскиваютсяповерхности стен, пола, перегородок, скребков, шнеков.

  • два раза в месяц равномерно с помощью моечного насоса или ДУКа обработать навоз.
  • Препарат «ТаМирЭМ » вносится по мере заполнения емкости для хранениянавоза, при этом необходимо обеспечить равномерность внесения препарата.
  • Ферментация навоза происходит за 30-40 дней после начала обработкиприположительных температурах

Технология переработки навоза крупного рогатого скота препаратом «ТаМирЭМ »

С.Н. Буршина, С.В. Генералов, Е.В. Полукаров, Ю.В. Андреева

ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ» имени Н.И. Вавилова

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния биопрепарата «ТаМирЭМ » на трансформацию навоза крупного рогатого скота.

Экспериментальная часть работы выполнена на базе кафедры биотехнологии, органической и биологической химии института ветеринарной медицины и биотехнологии Саратовского государственного аграрного университета им. Н.И.Вавилова.

Экспериментальная часть работы выполнена на базе кафедры биотехнологии, органической и биологической химии института ветеринарной медицины и биотехнологии Саратовского государственного аграрного университета им.

Материалом исследования являлся навоз, взятый в животноводческом комплексе «Трудовое» Марксовского района Саратовской области от коров черно-пестрой породы третьей лактации, содержащихся на стандартном рационе.

Часть навоза (первая опытная партия) обрабатывали биопрепаратом «ТаМирЭМ » в соотношении 1:10 (на десять частей навоза — одна часть препарата), часть — в соотношении 1:100 (вторая опытная партия). После внесения препарата навоз тщательно перемешивали. Контролем служил навоз без обработки препаратом «ТаМирЭМ ». Затем через определенные промежутки времени (10, 20, 30 и 40 дней) проводили физико-химический анализ навоза.

Известно, что навоз крупного рогатого скота содержит определенный процент непереваренных кормов. Одним из основных компонентов растительных кормов является клетчатка (целлюлоза). Этот полисахарид не подвергается расщеплению в кишечнике человека, однако, микрофлора желудочно-кишечного тракта крупного рогатого скота в значительной степени расщепляет клетчатку, переводит ее в легкоусвояемые соединения.

Согласно нашим данным, в навозе коров содержится 17,85 ± 0,42 % клетчатки. За 40 дней эксперимента во всех партиях происходит снижение содержания клетчатки. Однако в контроле это снижение составляет 7,3% (16,55 ± 1,30%; Р > 0,05), в то время как в опытных партиях эффективные микроорганизмы действительно эффективно перерабатывают клетчатку.

Так, в первой опытной партии через 20 дней после начала ферментации это снижение составило 7,7% (16,47 ± 1,48%; Р > 0,05), а к 40-му дню — 17,4% (14,74 ± 1,32%; Р

Поскольку в нашей работе речь идет о получении биоудобрения, немаловажным является изучение содержания таких минеральных компонентов, как азот и фосфор.

Изначальный уровень азота в навозе составил 2,49 ± 0,29%. К 40-му дню наблюдения отмечали незначительную тенденцию к повышению данного показателя. Наиболее выражена она была во второй опытной партии (1:100): содержание азота, по сравнению с исходными данными, здесь увеличилась на 17,5% и составило 2,89 ± 0,31%. В первой опытной партии к концу периода наблюдения этот показатель составил 2,84 ± 0,42 (12,9%), а в контроле — 2,66 ± 0,45 (6,8%). Разница между контрольной и опытными партиями к концу периода наблюдения составила 6,8 — 8,6% в пользу опытных партий.

Интересные результаты получены нами при определении фосфора. Как установлено, исходный уровень фосфора в навозе был 0,53 ± 0,03% . Через 20 дней от начала ферментации в контроле содержание фосфора несколько уменьшилось и составило 0,45 ± 0,05% (Р > 0,05), а в опытных партиях — 0,50 ± 0,06 (1:10) и 0,52 ± 0,06%. Таким образом, на двадцатый день ферментации содержание фосфора в опытных партиях было соответственно на 11,1 и 15,6% выше, чем в контрольной.

Через 40 дней от начала ферментации уровень фосфора в контрольной партии навоза составил 0,56 ± 0,04%, в то время как в первой опытной партии — 0,66 ± 0,09%, а во второй — 1,03 ± 0,04%, что соответственно на 24,5 (Р > 0,05) и 83,9% (Р

Возможно, полученные нами данные связаны с ростом популяции эффективных микроорганизмов, накоплением фосфорсодержащих макроэргических соединений.

Таким образом, нами выявлено определенное влияние биопрепарата «ТаМирЭМ » на физико-химические показатели навоза. Следует отметить снижение уровня клетчатки, повышение фосфора и тенденцию к повышению содержания азота в навозе. Полученные данные свидетельствуют, о том что под действием микроорганизмов биопрепарата «ТаМирЭМ » идет более быстрая переработка трудноразлагаемых непереваренных остатков, в результате чего получаем биоудобрение.

Утилизации навоза

Утилизация навоза осуществляется в настоящее время по нескольким технологиям с применением механизмов.

1 — сбор, удаление из скотоместа, складирование, переработка и внесение в почву твердого подстилочного навоза;

2- удаление жидкого навоза механическими средствами, смешивание с кольностирующими материалами: торфом, резаной соломой, опилками и другими веществами, складирование, переработка и внесение в почву твердого навоза;

3- сбор и удаление бесподстилочного, жидкого навоза с разделением его на твердую и жидкую фракции, с последующим хранением и внесением каждой фракции отдельно. После разделения навоза твердую фракцию используют как обычный твердый навоз на удобрения, а жидкую фракцию — подвергают сложной обработке с целью ее обеззараживания, дезодорации и осветления.

Важнейшее мероприятие при обработке навоза — обеззараживание, так как необеззараженный навоз представляет серьезную угрозу обсеменения водоемов, почвы, подпочвенных вод кормовых угодий и пастбищ опасными для люден возбудителями инфекционных и инвазионных болезней.

Для утилизации твердого навоза в настоящее время применяют наиболее распространенную технологию: компостирование хранение в буртах с следующей вывозкой на поля.

При компостировании навоза наиболее ответственным моментом является его хранение в буртах, так как от этого зависит качество органических удобрений. При этом происходит не только разложение органического вещества, но и потери питательных веществ.

В зависимости от степени разложения навоза, его делят на свежий, полуупревший и перегной. В полупревшей стадии разложения навоз теряет 10 -13% органического вещества, перепревшей стадии — около 50%, перегной теряет до 75%.

Главным источником потерь азота в навозе является газообразный аммиак, который образуется при разложении навоза под действием микроорганизмов, что способствует загрязнению атмосферы. Как видно из таблицы 1, потери органического вещества и азота при различных способах хранения навоза в течении 3-5 месяцев в % составляет:

Потери органического вещества и азота при хранении навоза

Это показывает, что лучший способ хранения навоза-анаэробный с плотной укладкой в штабель, при котором питательные вещества сохраняются максимально. Однако при таком хранении степень разложения органического вещества весьма незначительна, что отрицательно влияет на удобрительные свойства навоза, так как при этом снижается отдача азота растениям. Кроме того, такой навоз привлекает патогенную микрофлору. Поэтому перед внесением навоза в почву необходимо, чтобы легкорастворимые органические вещества: жиры, белки и углеводы были разложены.

По оценкам специалистов, наиболее перспективным способом утилизации навоза является его анаэробное сбраживание.

Анаэробное сбраживание навоза представляет собой биохимический процесс разложения органического вещества без доступа воздуха, с образованием биологического газа, состоящего в основном из 55-70% метана и 27- 44% углекислого газа с примесью сероводорода (до 3%), водорода, азота.

Метановое сбраживание охватывает три этапа. На первом этапе путем биохимического расщепления все высокомолекулярные компоненты (жиры, белки и полисахариды) разлагаются на более простые химические соединения, на втором этапе при участии кислотообразующих бактерий происходит дальнейшее разложение с образованием летучих жирных кислот, спиртов, альдегидов, кетонов, аммиака, углекислого газа, водорода и воды. И только на третьем этапе начинается собственное метановое брожение. Под действием метанообразующнх бактерий органические соединения превращаются в метан СН4и углекислый газ СО2 — основные компоненты биогаза. Различают для вида анаэробного сбраживания навоза. Это связано с существованием различных групп бактерий. Для одной группы наиболее благоприятный температурный режим — от 30 до 40°С, для другой — от 50 до 60°С. В первом случае процесс называется мезофильным, во втором термофильным.

Добавить комментарий