Біогазові установки за кордоном. Альтернативне опалення - біогаз Китайські біогазові установки для дому

Біогаз є чудовою альтернативоюстандартним пічним паливам. У статті інформація про історію використання біогазу та рекомендації щодо створення власної біогазової установки.

Серед важливих складових нашого життя велике значеннямають енергоносії, ціни на які зростають чи не щомісяця. Кожен зимовий сезон пробиває пролом у сімейних бюджетах, змушуючи нести витрати на опалення, а отже, на паливо для опалювальних казанів та печей.

А як бути, адже електроенергія, газ, вугілля чи дрова коштують грошей, і чим більш віддалені наші житла від великих енергетичних магістралей, тим дорожче обійдеться їхнє обігрів. Тим часом альтернативне опалення, незалежне від будь-яких постачальників та тарифів, можна побудувати на біогазі, видобуток якого не вимагає ні геологорозвідки, ні буріння свердловин, ні дорогого насосного обладнання.

Біогаз можна отримати практично в домашніх умовах, понісши при цьому мінімальні витрати, що швидко окупаються - багато інформації з цього питання ви знайдете в нашій статті.

Опалення біогазом

Історія

Інтерес до пального газу, що утворюється на болотах теплий сезонроку, виник ще у наших далеких предків – передові культури Індії, Китаю, Персії та Ассирії експериментували з біогазом понад 3 тисячоліття тому.

У ті ж давні часи в родоплемінній Європі шваби-алеманни помітили, що газ, що виділяється на болотах, чудово горить - вони використовували його в опаленні своїх хатин, підводячи до них газ по шкіряних трубах і спалюючи в осередках. Шваби вважали біогаз «диханням драконів», які, на їхню думку, мешкали в болотах.

Через століття і тисячоліття біогаз пережив друге своє відкриття - в 17-18 століттях відразу два європейські вчені звернули на нього увагу.

Відомий хімік свого часу Ян Баптіста ван Гельмонт встановив, що при розкладанні будь-якої біомаси утворюється горючий газ, а уславлений фізик і хімік Алессандро Вольта встановив пряму залежність між кількістю біомаси, в якій йдуть процеси розкладання, і кількістю біогазу, що виділяється.

У 1804 році англійський хімік Джон Дальтон відкрив формулу метану, а чотирма роками пізніше англієць Гемфрі Деві виявив його у складі болотного газу.

Ліворуч: Ян Баптіста ван Гельмонт. Праворуч: Алессандро Вольта

Інтерес до практичного застосування біогазу виник з розвитком газового освітлення вулиць - наприкінці 19 століття вулиці одного району англійського міста Ексетера висвітлювалися газом, отриманим з колектора зі стічними водами.

Формула метану

У 20 столітті потреба в енергоносіях, викликана Другою світовою війною, змусила європейців шукати альтернативні джерела енергії. Біогазові установки, в яких газ вироблявся з гною, поширилися у Німеччині та Франції, частково у Східній Європі.

Однак після перемоги країн антигітлерівської коаліції про біогаз забули - електроенергія, природний газ та нафтопродукти повністю покрили потреби виробництв та населення.

У СРСР технологія отримання біогазу розглядалася в основному з академічної точки зору і не вважалася затребуваною.

Сьогодні ставлення до альтернативним джереламенергії різко змінилося - вони стали цікавими, оскільки вартість звичних енергоносіїв зростає з року в рік.

По своїй суті біогаз - реальний спосіб уникнути тарифів і витрат на класичні енергоносії, отримати своє власне джерело палива, причому на будь-які цілі і в достатній кількості.

Найбільша кількість біогазових установок створена та експлуатується в Китаї: 40 мільйонів установок середньої та малої потужності, обсяг виробленого метану - близько 27 млрд. м3 за рік.

Біогаз – що це

Це газова суміш, що складається в основному з метану (зміст від 50 до 85%), вуглекислого газу (зміст від 15 до 50%) та інших газів у значно меншому відсотковому вмісті. Біогаз виробляє команда з трьох видівБактерій, що живляться біомасою - гідролізні бактерії, що виробляють їжу для кислотоутворюючих бактерій, які в свою чергу забезпечують їжею метанобразующие бактерії, що формують біогаз.

Хімічний склад біогазу

Ферментація вихідного органічного матеріалу(Наприклад, гною), продуктом якої і буде біогаз, проходить без доступу зовнішньої атмосфери і називається анаеробною.

Інший продукт такої ферментації, званий компостним перегноєм, добре відомий сільським жителям, які застосовують його для добрива полів та городів, а ось вироблені в компостних купахбіогаз та теплова енергіязазвичай не використовуються - і дарма!

Від яких факторів залежить вихід біогазу з більш високим вмістом метану

Насамперед - від температури. Активність бактерій, що ферментують органіку, тим вище, чим вище температура навколишнього середовища, при мінусових температурах ферментація сповільнюється або припиняється повністю.

З цієї причини вироблення біогазу найбільш поширене в країнах Африки та Азії, розташованих субтропіках і тропіках. У кліматі Росії отримання біогазу та повний перехід на нього, як на альтернативне паливо, вимагатиме теплоізоляції біореактора та введення теплої води в масу органіки, коли температура зовнішньої атмосфери опускається нижче за нульову позначку.

Органічний матеріал, що закладається в біореактор, має бути біологічно розкладається, потрібно вводити в нього значну кількість води - до 90% від маси органіки. Важливим моментомбуде нейтральність органічного середовища, відсутність у її складі компонентів, що перешкоджають розвитку бактерій, на кшталт миючих речовин, будь-яких антибіотиків.

Біогаз можна отримати практично з будь-яких відходів господарського та рослинного походження, стічних вод, гною і т.д.

Процес анаеробної ферментації органіки найкраще проходить, коли значення pH знаходиться в діапазоні 6,8-8,0 - велика кислотність уповільнить формування біогазу, тому що бактерії будуть зайняті споживанням кислот і виробництвом вуглекислого газу, що нейтралізує кислотність.

Співвідношення азоту та вуглецю в біореакторі необхідно розрахувати, як 1 до 30 - у цьому випадку бактерії отримають необхідну їм кількість вуглекислого газу, а вміст метану в біогазі буде найвищим.

Кращий вихід біогазу з досить високим вмістом метану досягається, якщо температура в органіці, що ферментується, знаходиться в діапазоні 32–35 °С, при нижчих і більш високих значеннях в біогазізбільшується вміст двоокису вуглецю, його якість падає.

Бактерії, що виробляють метан, поділяються на три групи: психрофільні, ефективні за температур від +5 до +20 °С; мезофільні, їхній температурний режим від +30 до +42 °С; термофільні, що працюють у режимі від +54 до +56 °С. Для споживача біогазу найбільший інтерес становлять мезофільні та термофільні бактерії, що ферментують органіку при більшому виході газу.

Мезофільна ферментація менш чутлива до змін температурного режиму на пару градусів від оптимального діапазону температур, що вимагає менших витрат енергії на обігрів органічного матеріалу в біореакторі.

Її мінуси, порівняно з термофільною ферментацією, у меншому виході газу, більшому терміні повної переробки органічного субстрату (близько 25 днів), розкладений в результаті органічний матеріал може містити шкідливу флору, тому що невисока температура в біореакторі не забезпечує 100% стерильності.

Підйом та підтримання внутрішньореакторної температури на рівні, прийнятному для термофільних бактерій, забезпечить найбільший вихід біогазу, повна ферментація органіки пройде за 12 днів, продукти розкладання органічного субстрату повністю стерильні.

Негативні характеристики: вихід за межі прийнятного термофільних бактерій діапазону температур на 2 градуси знизить вихід газу; висока потреба у обігріві, як наслідок – значні витрати енергоносіїв.

Вміст біореактора необхідно промішувати з періодичністю 2 рази на день, інакше на поверхні утворюється кірка, що створює перешкоду для біогазу. Крім її усунення промішування дозволяє вирівняти температуру та рівень кислотності всередині органічної маси.

У біореакторах безперервного циклу найбільший вихід біогазу відбувається при одночасному вивантаженні органіки, що пройшла ферментацію, і завантаженні нової органіки в кількості, що дорівнює об'єму, що вивантажується.

У невеликих біореакторах, що зазвичай використовують у дачних господарствах, щодобу необхідно витягувати та вносити органіку в обсязі, приблизно рівному 5% від внутрішнього об'єму камери ферментації.

Вихід біогазу безпосередньо залежить від типу органічного субстрату, що закладається в біореактор (нижче наведені середні дані на кг ваги сухого субстрату):

гній кінський дає 0,27 м3 біогазу, вміст метану 57%;
гній ВРХ (великої рогатої худоби) дає 0,3 м3 біогазу, вміст метану 65%;
свіжий гнійВРХ дає 0,05 м3 біогазу з 68% вмістом метану;
курячий послід - 0,5 м3, вміст метану в ньому становитиме 60%;
свинячий гній - 0,57 м3, частка метану становитиме 70%;
овечий гній - 0,6 м3 із вмістом метану 70%;
солома пшениці – 0,27 м3, з 58% вмістом метану;
солома кукурудзи – 0,45 м3, вміст метану 58%;
трава – 0,55 м3, з 70% вмістом метану;
деревне листя - 0,27 м3, частка метану 58%;
жир – 1,3 м3, вміст метану 88%.

Біогазові установки

Ці пристрої складаються з наступних основних елементів - реактор, бункер завантаження органіки, відведення біогазу, бункер вивантаження ферментованої органіки.

За типом конструкції біогазові установки бувають наступних типів:

без обігріву і без перемішування ферментованої органіки в реакторі;
без обігріву, але з змішуванням органічної маси;
з обігрівом та промішуванням;
з обігрівом, промішуванням та приладами, що дозволяють контролювати та керувати процесом ферментації.

Біогазова установка першого типу підходить для невеликого господарства і розрахована на психрофільні бактерії: внутрішній об'єм біореактора 1-10 м3 (переробка 50-200 кг гною за добу), мінімальна комплектація, отриманий біогаз не зберігається - відразу надходить до споживачів побутовим приладам.

Таку установку можна використовувати тільки в південних районах, вона розрахована на внутрішню температуру від 5 до 20 °С. Видалення ферментованої органіки проводиться одночасно із завантаженням нової партії, відвантаження виконується в ємність, обсяг якої повинен бути рівним або більше внутрішнього об'єму біореактора. Вміст ємності зберігатися в ній до введення в грунт, що удобрюється.

Конструкція другого типу також розрахована на невелике господарство, її продуктивність трохи вища за біогазові установки першого типу - в оснащення входить перемішуючий пристрій з ручним або механічним приводом.

Третій тип біогазових установок оснащений окрім пристрою, що промішує, примусовим обігрівом біореактора, водогрійний котел при цьому працює на альтернативному паливі, що виробляється біогазовою установкою. Виробленням метану в таких установках займаються мезофільні та термофільні бактерії, залежно від інтенсивності обігріву та рівня температури в реакторі.

Принципова схема біогазової установки: 1 – підігрів субстрату; 2 - заливна горловина; 3 - ємність біореактора; 4 – ручна мішалка; 5 - ємність для збирання конденсату; 6 – газовий клапан; 7 – резервуар для переробленої маси; 8 – запобіжний клапан; 9 – фільтр; 10 – газовий котел; 11 – газовий вентиль; 12 – газові споживачі; 13 - гідрозатвор

Останній тип біогазових установок найбільш складний та розрахований на кількох споживачів біогазу, в конструкцію установок вводяться електроконтактний манометр, запобіжний клапан, водогрійний котел, компресор (пневматичне промішування органіки), ресивер, газгольдер, газовий редуктор, відведення для завантаження біогазу у транспорт. Ці установки працюють безперервно, допускають встановлення будь-якого з трьох температурних режимів завдяки обігріву, що точно настроюється, відбір біогазу виконується в автоматичному режимі.

Біогазова установка своїми руками

Теплотворність біогазу, виробленого в біогазових установках, приблизно дорівнює 5500 ккал/м3, що трохи нижче калорійності природного газу (7000 ккал/м3). Для опалення 50 м2 житлового будинку та використання газової плитиз чотирма конфорками протягом години знадобиться в середньому 4 м3 біогазу.

Пропоновані на ринку Росії промислові установкиз виробництва біогазу коштують від 200 000 руб. - при їх зовні високої вартості варто відзначити, що ці установки точно розраховані за обсягом органічного субстрату, що завантажується, і на них поширюються гарантії виробників.

Якщо ж ви хочете створити біогазову установку самостійно, то подальша інформація – для вас!

Форма біореактора

Найкраща форма для нього буде овальною (яйцеподібною), проте спорудити такий реактор дуже складно. Більш легким для конструювання буде біореактор циліндричної форми, верхня та нижня частини якого виконані у вигляді конуса або півкола.

Реактори квадратної або прямокутної форми з цегли або бетону будуть малоефективні, тому що по кутах у них з часом утворюються тріщини, викликані тиском субстрату, в них також накопичуватимуться затверділі фрагменти органіки, що заважають процесу ферментації.

Сталеві ємності біореакторів герметичні, стійкі до високого тиску, їх не так складно збудувати. Їх мінус - у слабкій стійкості до іржі, потрібно нанесення на внутрішні стіни захисного покриття, наприклад, смоли. Зовні поверхні сталевого біореактора необхідно ретельно зачистити та пофарбувати у два шари.

Ємності біореакторів з бетону, цегли або каменю необхідно ретельно покрити зсередини шаром смоли, здатним забезпечити їх ефективну водо- і газонепроникність, витримувати температуру близько 60 ° С, агресію сірководню та органічних кислот.

Крім смоли для захисту внутрішніх поверхоньреактора можна використовувати парафін, розведений 4% моторного масла (нового) або гасу і розігрітий до 120-150 ° С - поверхні біореактора перед нанесенням на них парафінового шару необхідно прогріти пальником.

При створенні біореактора можна скористатися не схильними до іржі ємностями з пластику, але тільки з жорсткого з досить міцними стінками. М'який пластикможна використовувати тільки в теплий сезон, тому що з настанням холодів на ньому буде складно закріпити утеплювач, до того ж стінки недостатньо міцні. Пластикові біореактори можна застосовувати лише для психрофільної ферментації органіки.

Місце розміщення біореактора

Його розміщення планують залежно від вільного місця на ділянці, віддаленості від житлових споруд, місця розміщення відходів і тварин тощо. Планування наземного, повністю або частково зануреного в землю біореактора залежить від рівня ґрунтових вод, зручності введення та виведення органічного субстрату в ємність реактора

Оптимальним буде розміщення корпусу реактора нижче за рівень землі - досягається економія на устаткуванні для введення органічного субстрату, суттєво підвищується теплоізоляція, для забезпечення якої можна застосувати недорогі матеріали(солому, глину).

Оснащення біореактора

Місткість реактора потрібно обладнати люком, за допомогою якого можна виконувати ремонтні та профілактичні роботи. Між корпусом біореактора та кришкою люка необхідно прокласти гумову прокладку або шар герметика. Необов'язковим, але дуже зручним буде оснащення біореактора датчиком температури, внутрішнього тискута рівня органічного субстрату.

Теплоізоляція біореактора

Її відсутність не дозволить експлуатувати біогазову установку цілий рік, Лише у теплий час. Для утеплення заглибленого або напівзаглибленого біореактора використовується глина, солома, сухий гній та шлак. Укладання утеплювача виконується шарами - при встановленні заглибленого реактора котлован перекривається шаром ПВХ-плівки, що перешкоджає прямому контакту. теплоізоляційного матеріалуз ґрунтом.

До установки біореактора на дно котловану насипається солома, поверх неї шар глини, потім виставляється біореактор. Після цього всі вільні ділянки між ємністю реактора та прокладеним ПВХ-плівкою котлованом засипаються соломою практично до торця ємності, зверху засипається 300 мм шар глини впереміш зі шлаком.

Діаметр труб завантаження в біореактор і вивантаження з нього повинен бути не менше 300 мм, інакше вони заб'ються. Кожну з них з метою збереження анаеробних умов усередині реактора слід оснастити гвинтовими або напівоборотними засувками. Об'єм бункера для подачі органіки, залежно від типу біогазової установки, повинен дорівнювати добовому обсягу сировини, що вводиться.

Бункер подачі слід розташувати на сонячній стороні біореактора, тому що це сприятиме підвищенню температури у органічному субстраті, що вводиться, прискорюючи процеси ферментації. Якщо біогазова установка пов'язана безпосередньо з фермою, то бункер слід розмістити під її будовою так, щоб органічний субстрат надходив у нього під дією сил гравітації.

Трубопроводи завантаження і вивантаження органічного субстрату слід розташувати по протилежним сторонам біореактора - в цьому випадку сировина буде розподілена рівномірно, а ферментована органіка буде легко вилучатися під впливом гравітаційних сил і маси свіжого субстрату.

Отвори та монтаж трубопроводу під завантаження та вивантаження органіки слід виконати до монтажу біореактора на місце встановлення та до розміщення на ньому шарів теплоізоляції. Герметичність внутрішнього об'єму біореактора досягається тим, що вводи труб розташовані під гострим кутом, при цьому рівень рідини всередині реактора вище за точки введення труб - гідравлічний затвор блокує доступ повітря.

Введення нового і виведення органічного матеріалу, що пройшов ферментацію, найпростіше проводити за принципом переливу, тобто підйом рівня органіки всередині реактора при введенні нової порції виведе через трубу вивантаження субстрат в об'ємі, рівному обсягу матеріалу, що вводиться.

Якщо необхідне швидке завантаження органіки, а ефективність введення матеріалу самопливом низька через недоліки рельєфу, потрібно встановити насоси. Способів два: сухий, при якому насос встановлюється всередину завантажувальної труби та органіка, надходячи до насоса вертикальній трубі, прокачується ним; вологий, при якому насос встановлений в бункер завантаження, його привід здійснюється мотором, також встановленим в бункер (в непроникному корпусі) або через вал, мотор при цьому встановлений поза бункера.

Як збирати біогаз

Ця система включає газовий трубопровід, що розподіляє газ по споживачам, запірну арматуру, ємності для збору конденсату, запобіжний клапан, ресивер, компресор, газовий фільтр, газгольдер та прилади споживання газу. Монтаж системи виконується лише після повної установкибіореактора у місці розміщення.

Висновок для збору біогазу виконується в вищій точці реактора, до нього послідовно підключаються: герметична ємність для збору конденсату; запобіжний клапан і водяний затвор - ємність з водою, введення газопроводу в яку виконано нижче за рівень води, висновок - вище (трубу газопроводу перед водяним затвором слід вигнути, щоб вода не проникала в реактор), який не дозволить рухатися газу у зворотному напрямку.

Утворений у ході ферментації органічного субстрату біогаз містить у собі значну кількість пар води, що утворюють конденсат по стінках газопроводу і в деяких випадках блокують надходження газу до споживачів.

Оскільки складно збудувати газопровід таким чином, щоб по всій його довжині існував ухил у напрямку до реактора, куди б стікав конденсат, то в кожній його низькій ділянці потрібно встановити водяні затвори у вигляді ємностей з водою. Під час роботи біогазової установки періодично потрібно видаляти їх частину води, інакше її рівень повністю перекриє надходження газу.

Газопровід повинен бути побудований трубами одного діаметра та одного типу, всі клапани та елементи системи також повинні мати один і той же діаметр. Сталеві трубидіаметром від 12 до 18 мм застосовні для біогазових установок малої та середньої потужності, витрата біогазу, що надходить трубами цих діаметрів, не повинен бути вище 1 м3/год (при витраті 0,5 м3/год не допускається використання труб діаметром 12 мм на довжину понад 60 м).

Ця ж умова діє при використанні в газопроводі пластикових труб, крім того, ці труби необхідно закладати нижче за рівень землі на 250 мм, тому що їх пластик чутливий до сонячному світлуі втрачає під впливом сонячної радіації міцність.

При прокладанні газопроводу потрібно ретельно переконатися у відсутності протікання і газонепроникності місць з'єднань - перевірка виконується мильним розчином.

Газовий фільтр

У біогазі міститься невелика кількість сірководню, з'єднання якого з водою створює кислоту, що активно корозує метал - тому нефільтрований біогаз не можна використовувати для двигунів внутрішнього згоряння. Тим часом видалити сірководень з газу можна простим фільтром – 300 мм відрізком газової труби, наповненим сухою сумішшю металевої та дерев'яної стружки.

Через кожен 2000 м3 біогазу, пройденого через такий фільтр, необхідно витягти його вміст і витримати близько години на відкритому повітрі - стружка буде повністю очищена від сірки і її можна використовувати повторно.

Запірна арматура та клапани

У безпосередній близькості від біореактора встановлюється основний газовий клапан, магістраль газопроводу слід врізати клапан, що скидає біогаз при тиску більше 0,5 кг/см2. Кращими кранами для газової системи будуть кульові клапани хромованим покриттям, використовувати крани, призначені для водопровідних систем, у газовій не можна. На кожному із споживачів газу установка кульового кранаобов'язкова.

Механічне перемішування

Для біореакторів невеликого об'єму мішалки з ручним приводом підійдуть найкраще – вони прості за своєю конструкцією та не вимагають якихось особливих умов у процесі експлуатації. Мішалка з механічним приводом влаштована так - горизонтальний або вертикальний вал, розміщений усередині реактора по його центральній осі, на ньому закріплені лопаті, при обертанні переміщують маси органіки, багату на бактерії, від ділянки вивантаження ферментованого субстрату до місця завантаження свіжої порції.

Будьте уважні - мішалка повинна обертатися тільки в напрямку промішування від ділянки вивантаження до ділянки завантаження, переміщення метанообразующих бактерій від дозрілого субстрату до прискорить дозрівання органіки і вироблення біогазу з високим вмістом метану.

Як часто слід змішувати органічний субстрат у біореакторі? Необхідно визначити періодичність шляхом спостереження, орієнтуючись на вихід біогазу - зайве часто промішування порушить ферментацію, тому що завадить діяльності бактерій, крім того, викличе висновок непереробленої органіки. У середньому проміжок часу між перемішуваннями повинен становити від 4 до 6 годин.

Обігрів органічного субстрату в біореакторі

Без обігріву реактор може виробляти біогаз тільки в психрофільному режимі, в результаті кількість газу, що виробляється, буде менше, а якість добрив гірша, ніж при більш високотемпературних мезофільному і термофільному робочих режимах.

Нагрів субстрату може проводитися двома способами: підігрів пором; з'єднання органіки з гарячою водою або підігрів за допомогою теплообмінника, в якому циркулює гаряча вода(Без змішування з органічним матеріалом).

Серйозний недолік підігріву парою (прямого підігріву) полягає в потребі включення в біогазову установку системи парогенерації, що включає систему очищення води від присутньої в ній солі.

Парогенераційна установка вигідна тільки для дійсно великих установок, що переробляють великі обсяги субстрату, наприклад стічні води. Крім того, нагрівання пором не дозволить точно контролювати температуру нагрівання органіки, в результаті можливе її перегрів.

Теплообмінники, розміщені усередині або зовні біореакторної установки, виробляють непрямий підігрів органіки всередині реактора. Відразу варто відкинути варіант з обігрівом через підлогу (фундамент), тому що скупчення твердого осаду на дні біореактора йому перешкоджає. Найкращим варіантом буде введення теплообмінника всередину реактора, проте матеріал, що його утворює, повинен бути досить міцним і успішно витримувати напір органіки при її промішуванні.

Теплообмінник більшої площікраще і однорідніше обігріє органіку, покращуючи цим ферментаційний процес. Зовнішній обігрів, при його меншій ефективності через тепловтрату стінок, привабливий тим, що ніщо всередині біореактора не завадить руху субстрату.

Оптимальна температура в теплообміннику має бути близько 60 °С, самі теплообмінники виконуються у вигляді радіаторних секцій, змійовиків, паралельно зварених труб. Підтримка температури теплоносія на рівні 60 °С знизить загрозу налипання на стінки теплообмінника частинок суспензії, скупчення яких значно знизить теплопередачу. Оптимальне місце розміщення теплообмінника - поблизу лопатей, що промішують, в цьому випадку загроза осадження частинок органіки на його поверхні мінімальна.

Опалювальний трубопровід біореактора виконується і оснащується аналогічно звичайній системі опалення, тобто повинні дотримуватися умови повернення охолодженої води до найнижчої точки системи, потрібні вентилі спуску повітря в її верхніх точках. Контроль температури органічної маси всередині біореактора виконується термометром, яким реактор слід оснастити.

Газгольдери для збору біогазу

При постійному споживанні газу потреба в них відпадає, хіба що вони можуть використовуватися для вирівнювання тиску газу, що значно покращить процес горіння. Для біореакторних установок невеликої продуктивності роль газгольдерів підійдуть автомобільні камери великого обсягу, які можна з'єднати між собою паралельно.

Більш серйозні газгольдери, сталеві або пластикові, підбираються під конкретну біореакторну установку - кращому варіантігазгольдер повинен вміщувати обсяг біогазу добової вироблення. Необхідна ємність газгольдера залежить від його типу та тиску, на який він розрахований, як правило, його об'єм 1/5...1/3 від внутрішнього об'єму біореактора.

Сталевий газгольдер. Існують три типи газгольдерів зі сталі: низького тиску, Від 0,01 до 0,05 кг/см2; середнього, від 8 до 10 кг/см2; високого, до 200 кг/см2. Сталеві газгольдери низького тиску використовувати недоцільно, краще замінити їх пластиковими газгольдерами - вони дорогі та застосовні лише за значної дистанції між біогазовою установкою та приладами-споживачами.

Газгольдери низького тиску застосовуються в основному для вирівнювання різниці між добовим виходом біогазу та його фактичним споживанням.

У сталеві газгольдери середнього та високого тискубіогаз закачується компресором, вони використовуються тільки на біореакторах середньої та великої потужності.

Газгольдер необхідно оснастити наступними контрольно-вимірювальними приладами: запобіжним клапаном, водяним затвором, редуктором тисків і манометром. Газгольдери із сталі обов'язково підлягають заземленню!опубліковано

Якщо у вас виникли питання з цієї теми, задайте їх фахівцям та читачам нашого проекту.

Актуальність біогазових установок для дому зростає з кожним роком. Усі зростаючі ціни на електроенергію та природний газ спонукають людей шукати нові джерела енергії. Біогаз є ефективною та недорогою заміною традиційних енергоносіїв.

З чого одержують біогаз?

Біогаз виробляють з відходів органічного походження, велику кількістьнакопичуються при веденні присадибного господарства, розведення свійських птахів та тварин. В якості сировини застосовують гній великої і дрібної худоби, пташиний послід, силос, відходи бійні, зерно, що прогнило, жири, харчові відходи, вичавлення, молочну сироватку, бурякову бадилля, солодовий залишок та ін. Більшість перерахованих видів сировини можна змішувати між собою.

Процес виробництва біогазу в домашніх умовах

У процесі отримання біогазу використовується бродіння біомаси тваринного та рослинного походження в анаеробних (без надходження повітря) умовах. Органічні відходи за таких умов виділяють суміш газів, у складі якої метан займає більше 50%, вуглекислий газ - 35%, інші 15% - азот, сірководень та ін. Крім отримання безкоштовного пального процес переробки відходів дозволяє виробляти у вигляді побічного продукту високоякісні біодобрива.

Відео: принцип роботи біогазової установки

За кордоном домашні біогазові установки з'явилися давно. У Китаї їх задіяно у сільських господарствах понад 12 мільйонів. Широко поширені біогазові установки у Європі. Частка застосування біогазу у Швеції та Австрії становить близько 20%.
Зазвичай у таких установках застосовується порційне завантаження. При цьому реактор повністю заповнюється сировиною, яка в процесі ферментації остаточно виробляється.
Саморобні біогазові установки мають досить низький вихід біогазу при ферментації сировини, тому зазвичай окупаються тільки протягом 3-5 років. Професійні біогазові міні-установки здатні окупити витрати через рік-півтора.
На ефективність застосування біогазових установок впливають кліматичні умови, достатність кількості сировини. Професійні установкирозробляються з урахуванням цих факторів, тому вони економічніші і можуть використовуватися в різноманітних кліматичних умовах.

Опис поширеної домашньої біогазової установки

Найбільш популярні установки, що складаються з куполоподібного реактора та розвантажувальної області. Газ збирається у верхній куполоподібній частині реактора. Після завантаження нової порції відходів біогумус, що вийшов в результаті переробки сировини, надходить через спеціальний канал у вивантажувальну (компенсуючу) область. Тиск на ферментовану масу посилюється пропорційно обсягу отриманого газу і поступово все сильніше виштовхує перероблену сировину компенсуючу область.
Для ефективного використанняподібної установки необхідний теплий клімат, тому у Росії вони поширені широко. Для холодного клімату використовуються професійні біогазові установки, побудовані за спеціальною технологією.

Отримання електрики та тепла

Для вироблення електрики та теплової енергії з біогазу застосовуються когенераційні електростанції. Основна перевага таких електростанцій - використання теплової енергії, яка за звичайних умов йде в атмосферу з димовими газами. Дозволяють значно економити паливо. Види когенераційних електростанцій: поршневі (найпоширеніші) та турбінні.

Переваги біогазових установок для дому

значне зменшення витрат за придбання традиційних енергоносіїв;
економія на утилізації відходів;
збільшення врожаю завдяки застосуванню отриманих біодобрив;
економія коштів за рахунок використання біодобрив замість мінеральних;
можливість економії на утилізації відходів;
дохід від продажу надлишків біодобрив;
покращення екологічної та санітарної обстановки завдяки переробці відходів тваринницької промисловості.

Біогаз є відновлюваним та екологічно чистим енергоресурсом, що має великі перспективи в умовах подорожчання енергоносіїв та погіршення екологічної обстановки.

5.3. Електроенергія
5.4. Біогумус.
6. Зберігання продуктів, вироблених біогазовою установкою.
7. З чого починати.
8. Робимо самі.
8.1. "Китайська" яма.
8.2. Гнучкий ферментатор.
8.3. "Всепогодне" встановлення.
9. Промислові конструкції.

Таку назву для описуваної конструкції я вибрав, тому що дуже часто в літературі з біогазу таку конструкцію згадують, як тисячу років тому в Китаї. Звичайно, правильніше було б назвати її «підземною біогазовою установкою для теплого ґрунту».

Ця конструкція примітна тим, що в ній немає ніяких деталей, що рухаються, а сировина рухається по ній самопливом. Конструкція складається з вхідної труби, герметичної ями-реактора, вихідної труби для біогазу, вихідної труби для шламу та буферного накопичувача шламу.

До верхнього отвору вхідної труби стікається канавками сировина. Зазвичай застосовується рідкий гній (суміш гною з сечею), що стікає з стійла для утримання домашніх тварин, а також з туалету. Природно, що висота розташування таких збірників фекалій трохи більша за висоту розташування горловини приймальної труби, щоб фекалії вільно стікали в приймальну трубу. Вхідна труба косо опускається вниз під землю, і входить у стінку реактора нижче за рівень субстрату в реакторі. Виходить гідравлічний затвор, який пропускає всередину реактора новий субстрат, але не випускає біогаз. Звичайно, частина біогазу, що генерується в товщі субстрату точно під вхідним отвором у стінці реактора, піднімаючись вгору, потрапляє в цей отвір, рухається далі вхідною трубою і випаровується в повітря. Але цих втрат можна знехтувати. Вихідна труба виходить із протилежної стінки реактора майже від самого його днища і косо піднімається вгору. Вгорі вона входить знизу в ємність у формі відкритого зверху паралелепіпеда. Верхні краї цієї ємності повинні бути розташовані нижче за горловину вхідної труби. З цієї ємності повинен бути прокладений «аварійний» стік у нижчу лагуну або яму. Реактор у нижній частині має циліндричну форму, а верх реактора виконаний у формі купола-напівсфери. З вершини бані виходить трубка для відведення біогазу.

Стінки труб, реактора та буферного накопичувача повинні бути укріплені так, щоб не руйнуватися під тиском ґрунту або субстрату та повинні не пропускати крізь себе субстрат. Верхня частинакуполи реактора має бути виконана так, щоб крізь неї не просочувався біогаз. Раніше це робилося з цегли, розчину та спеціальної штукатурки. Зараз зазвичай застосовують бетон та полімери.

Розмір (об'єм) реактора підбирають відповідно до обсягу щодобових фекальних стоків. Цей обсяг залежить також від температурного режиму. Якщо температури ґрунту навколо реактора не опускається нижче 30° C, то всередині реактора відбуватиметься анаеробне бродіння в мезофільному режимі. Тривалість циклу такого бродіння лежить у межах двох-чотирьох тижнів. Відповідно, обсяг реактора має бути більшим за 14 добових доз стоків. Якщо температура в глибині землі становить 20-25 ° С, то відбуватиметься психрофільне бродіння. І тут обсяг реактора треба подвоїти.

Процес протікає так:

Фекальні стоки стікають вхідною трубою в реактор. При цьому аналогічна кількість шламу піднімається з дна реактора і виштовхується буферну ємність через вихідну трубу. У процесі бродіння виділяється біогаз і піднімається під купол реактора. Якщо через вихідну біогазову трубу до споживача надходить менше газу, ніж його виробляється, рівень субстрату в реакторі знижується, а у вхідній трубі і буферної ємності – підвищується. Тиск біогазу визначається різницею рівнів у буферній ємності і в реакторі. Купол реактора при цьому умовно можна назвати газгольдер. Робочий об'єм цього газгольдера дорівнюватиме різниці обсягів субстрату в реакторі у повернем і нижньому положенні, в проміжку між якими тиск біогазу лежатиме в заданих межах. Зазвичай для різних газових пальниківта котлів необхідно тиск газу 0,013-0,030 атм, або 13-30 см водяного стовпа. В принципі можна допустити тиск до 0,050 атм, якщо його витримає конструкція установки, тому що швидкість витікання біогазу можна підрегулювати вентилем або редуктором.

Оскільки щільність субстрату близька до щільності води, можна вважати, що різниця рівнів в реакторі і в буферному накопичувачі повинна становити 13-50 см.

Для того, щоб тиск біогазу всередині реактора не перевищив верхню межу 0,05 атм, необхідно передбачити клапан, який стравить біогаз, якщо його тиск перевищить це значення. Як Ви розумієте, тисячу років тому не було автоматичних механічних клапанів каліброваних на заданий тиск. Але завдання має просте рішення. Верхній зріз отвору з'єднання вхідної труби з реактором робиться на висоті на 50 см нижче за вершину стінок буферної ємності. Тоді, коли тиск біогазу зростає, рівень субстрату в реакторі знижується, піднімаючи рівень субстрату буферної ємності. Надлишок субстрату виливається із буферної ємності. Коли рівень субстрату всередині реактора опускається нижче за верхній зріз отвору вхідної труби, надлишок біогазу виходить назовні через вхідну трубу.

Щоб уникнути можливості попадання субстрату в біогазову трубу, необхідно, щоб рівень зливу з буферної ємності знаходився нижче точки виходу біогазової труби з реактора, тобто, нижче вершини купола реактора. Тому такі підземні реактори зручно розташовувати на схилі, щоб уникнути зайвих. земляних робіт.

При нормальній експлуатації шлам із буферної ємності щодня вичерпую в обсягах, що відповідають обсягу прийнятих фекальних стоків. Шлам використовують як біодобрива.

Конструкція ця досить проста, не потребує дефіцитних матеріалів. Але працюватиме вона лише в теплому кліматі. Навіть якщо зробити стінки такого реактора у вигляді термоса, щоб теплоізолювати їх від навколишнього ґрунту, ми не зможемо повністю виключити відтік тепла в холодну пору року. При падінні температури всередині реактора нижче 200C виділення біогазу практично припиниться.

Також ця конструкція має недолік – на дні реактора поступово накопичується пісок, або інші важкі опади. Тому час від часу такий реактор треба розкривати та чистити. Як Ви самі розумієте, по-перше, це ускладнює конструкцію реактора, а по-друге, сама процедура чищення – дуже брудна та трудомістка.

Павло Северилов

Серед промислово розвинених країн чільне місце у виробництві та використанні біогазу належить Данії. Біогаз, що виробляється у цій країні, займає до 18% у її загальному енергобалансі. За абсолютними показниками за кількістю середніх та великих установок чільне місце посідає Німеччина (близько 10000).

В Італії в даний час немає державної програми розвитку біогазових установок, але Італійська електро-компанія зобов'язана купувати електроенергію, вироблену з біогазу, за ціною на 80% вище за ціну для споживачів. В Австрії до 1997 р. діяло 46 переважно фермерського типу біогазових установок. У 1997 р. було введено в дію 10 установок фермерського типу та 5 великих. Передбачається збільшити кількість біогазових установок до 150. Австрія не має національної програми підтримки будівництва біогазових установок, проте їх будівництво підтримують Міністерства сільського господарства та екології. Фінансову підтримку надають федеральні сільськогосподарські організації та банки.

У північних районах з метою економії палива біогазові установки використовують мезофільний режим, при якому збільшуються час утримання та робочий обсяг реакторів. Прикладом можуть бути конструкції біогазових установок, розроблених фірмою «AB Enbom» (Фінляндія), що працюють в умовах Лапландії при температурному режиміферментації 33°С.

Нестача європейського шляху розвитку біогазової енергетики – відсутність гарантованого постачання генеруючих об'єктів відходами, закріпленого на законодавчому рівні. В результаті після збільшення кількості працюючих станцій та утворення дефіциту відходів різко зросли витрати на експлуатацію установок через підвищення витрат на придбання відходів або вирощування рослинної маси, а також їх доставку.

Переважна більшість біогазових станцій накопичують не перероблені відходи, що, з одного боку, погіршує екологічну обстановку, з іншого - веде до зростання витрат за їх зберігання та транспортування. Але на території Євросоюзу вже почали діяти поправки до закону про відходи, які зобов'язують власників біогазових станцій займатися переробкою маси, що перебродила, до добрив.

В Індії, В'єтнамі, Непалі та інших країнах будують малі (односімейні) біогазові установки. Одержуваний у яких газ використовується приготування їжі. В Індії з 1981 року було встановлено 3,8 млн. малих біогазових установок. У Непалі існує програма підтримки розвитку біогазової енергетики, завдяки якій сільскої місцевостідо кінця 2009 року було створено 200 тисяч малих біогазових установок.

Китай на сьогоднішній день є світовим лідером із впровадження технологій виробництва біогазу у сільських регіонах. Понад 40 млн. китайських сімей вже встановили біогазові установки у своїх будинках, і ця цифра зростає за рік по кілька мільйонів. Сумарний випуск біогазу становить 10,2 млрд. м3/рік, що ставить КНР на перше місце у світі за цим показником. Крім того, у Китаї збудовано 4000 великих біогазових станцій, що функціонують на основі відходів тваринницьких ферм, а частка сільгосппідприємств, що використовують біогазові технології, становить 52%.

Китайська влада всерйоз розраховує на біогаз, як на суттєве джерело електроенергії для сільських районів. Так, якщо до закінчення семирічного плану сумарна потужність установок когенерації становитиме 5.5 ГВт, то до 2030 року вона має збільшитися до 30 ГВт, тобто у 6 разів, що дозволить повністю забезпечити сільських мешканців електроенергією та теплом власного виробництва.

Але китайські установки мають суттєвий мінус: собівартість одержуваного продукту. Об'єм реактора китайської установки зазвичай становить щонайменше п'ять кубічних метрів. Ще аспект, це висока вартістьсамої установки. Витрати в основному йдуть на те, щоб вирити котлован, зробити великий обсяг цементних робітвстановити металевий купол-газгольдер. Через те, що залізний купол газгольдера схильний до корозії, дане обладнання розраховане на роботу, протягом всього 8 – 10 років.

Висновок

Сучасні технологіїпереробки відходів не стоять дома і стають дедалі ефективнішими.

Біогазова станція вирішує проблему утилізації органічних відходів та очищення стічних вод, тим самим мінімізує можливі штрафи за екологічні порушення, пов'язані із зберіганням та вивезенням гною. Використання біогазу дає не тільки значне зниження собівартості продукції, безперебійне електро- та теплопостачання власного виробництва, а й можливість отримання додаткового прибутку від продажу енергії, тепла та біодобрив. Використання біодобрив сприяє підвищенню якості ґрунтів та збільшенню врожайності. На виході виходить екологічно чиста продукція рослинництва та тваринництва та зменшення загалом забруднення навколишнього середовища та орних земель.

Обережний господар мріє про дешеві енергоресурси, ефективну утилізацію відходів та отримання добрив. Домашня біогазова установка власноруч – це недорогий спосіб втілення мрії в реальність.

Самостійне складання такого обладнання обійдеться в розумні гроші, а газ, що виробляється, стане гарною підмогою в господарстві: його можна використовувати для приготування їжі, опалення будинку та інших потреб.

Спробуймо розібратися в специфіці роботи цього обладнання, його перевагах і недоліках. А також у тому, чи можливо самостійно збудувати біогазову установку і чи буде вона ефективна.

Біогаз утворюється внаслідок бродіння біологічного субстрату. Його розкладають гідролізні, кислото- та метаноутворюючі бактерії. Суміш газів, що виробляються бактеріями, виходить пальною, т.к. містить великий відсотокметану.

За своїми властивостями вона практично не відрізняється від природного газу, що використовується для промислових та побутових потреб.

За бажанням кожен власник будинку може придбати біогазову установку промислового виготовлення, але це дорого, а окупаються вкладення протягом 7-10 років. Тому має сенс докласти зусиль і зробити біореактор своїми руками.

Біогаз – екологічно чисте паливо, а технологія його отримання не має особливого впливу на навколишнє середовище. Більш того, як сировина для біогазу використовують відходи життєдіяльності, які потребують утилізації.

Їх поміщають у біореактор, де відбувається переробка:

протягом деякого часу біомаса піддається дії бактерій. Термін бродіння залежить від обсягу сировини;
в результаті діяльності анаеробних бактерій виділяється горюча суміш газів, до складу якої входять метан (60%), вуглекислий газ (35%) та деякі інші гази (5%). Також при бродінні у невеликих кількостях виділяється потенційно небезпечний сірководень. Він отруйний, тому вкрай небажано, щоб люди зазнавали його впливу;
суміш газів з біореактора очищається і надходить у газгольдер, де зберігається до моменту використання за призначенням;
газ з газгольдера можна використовувати так само, як природний. Він надходить до побутових приладів. газовим печам, опалювальним котламі т.п.;
біомасу, що розклалася, необхідно регулярно видаляти з ферментатора. Це додаткові трудовитрати, проте зусилля окупаються. Після бродіння сировина перетворюється на високоякісне добриво, яке використовують на полях та городах.

Біогазова установка вигідна для власника приватного будинку лише в тому випадку, якщо він має постійний доступ до відходів тваринницьких ферм. У середньому із 1 м.куб. субстрату можна отримати 70-80 м3. біогазу, але вироблення газу йде нерівномірно і від багатьох чинників, зокрема. температури біомаси. Це ускладнює розрахунки.