Строительство биогазовой установки для частного дома своими руками

Подготовка ямы для биореактора

Устройство биогазовой установки предполагает ее подземное расположение. Нужно подготовить яму необходимого объема. Ее стенки можно герметично укрепить и отделать пластиком, полимерными кольцами или бетоном.

От герметичности зависит интенсивность переработки сырья. В идеале стоит приобрести заводские полимерные кольца, имеющие сухое дно. Это более дорогое решение, но можно избежать дополнительной герметизации.

• Генератор из асинхронного двигателя: схема, таблица, инструкция, как сделать своими руками + фото от мастера!

• Солнечная батарея своими руками — пошаговая инструкция как изготовить и провести монтаж солнечной батареи в домашних условиях (фото и видео-инструкция)

• Как подобрать солнечную электростанцию: готовые решения, принцип работы, как выбрать и установить своими руками (фото + видео-инструкция)

Полимерные материалы устойчивы к влажности и агрессивным средам. Их не нужно ремонтировать, а при повреждении можно быстро заменить.

Как получают биологический газ?

Для получения газа годится как сухая, так и влажная (содержание сухого сырья – менее 15 %) биомасса. В фермерских хозяйствах наибольшее распространение получили устройства, использующие влажную биомассу: такие биореакторы проще в изготовлении, эксплуатации, цена на них ниже, а сырье буквально валяется под ногами (навоз, пищевые отходы и т. д.).

Процесс производства довольно прост. На первом этапе сбраживания сложные органические вещества разлагаются до более простых органических соединений и газон, а на втором метанобразующие бактерии способствуют превращению полученных соединений в метан, углекислый газ и воду.

У биогазовых установок имеется еще один существенный плюс. Они не только производят необходимый для энергетики газ, но и перерабатывают отходы таким образом, что в остатке сохраняется достаточно питательных веществ и его можно использовать в качестве удобрения. Иначе говоря, биогазовая установка позволяет организовать такое производство, в котором даже отходы служат сырьем для получения нужных в хозяйстве ресурсов: электрической и тепловой энергии, удобрений.

Биогазовый генератор, ничем не отличается от обычного газового генератора, ведь у биогаза и природного газа состав аналогичный. Разница лишь в том, что биогазовая установка способна обеспечить загородному домовладению полную автономию, так как исходное сырье для получения электрической или тепловой энергии (газ) производится прямо в хозяйстве, а не покупается и доставляется извне.

Несомненным преимуществом биогаза является то, что благодаря ему можно обеспечить не только наличие электроэнергии, но и теплоснабжение, а также топливо для кухонной плиты.

Если применять газ по комбинированной схеме (получение электрической и тепловой энергий), то общий КПД системы достигает 90 %. При этом для выработки тепловой энергии используется отработанный горячий газ, который и служит для подогрева воды в отопительной системе и системе горячего водоснабжения.

Однако прежде, чем организовывать на своем участке производство биологического газа, нужно подсчитать: какое количество биогаза требуется для вашего хозяйства, какой должна быть мощность биогазовой установки и сколько потребуется сырья, чтобы обеспечить необходимое количество биогаза.

Следует отметить, что во многих случаях биогазовое энергоснабжение фермерских хозяйств не в состоянии полностью покрыть потребность в электрической и тепловой энергии: не хватает сырья для получения нужного количества биогаза. В этой ситуации возможны два варианта: либо сырье покупается (это возможно, если поблизости находится его источник, к примеру крупный животноводческий комплекс, деревообрабатывающее производство и т. д.), либо биогазовый генератор используется наряду с другими устройствами как часть общей системы энергоснабжения (например, вместе с ветрогенератором, солнечными батареями и т. д.).

Реактор для большого хозяйства

Простая схема биореактора подходит для небольших хозяйств с 1-2 животными. Если вы владеете фермой, лучше всего установить промышленный реактор, который справится с большими объемами топлива. Лучше всего привлечь специальные фирмы, занимающиеся разработкой проекта и установкой системы.

Мембранный биореактор

Промышленные комплексы состоят из:

• Емкости промежуточного хранения;
• Установки-смесителя;
• Биореактора;
• Небольшой ТЭЦ, которая дает энергию для отопления зданий и теплиц, а также электричество;
• Емкости для ферментированного навоза, используемого как удобрение.

Наиболее эффективный вариант – постройка одного комплекса для нескольких соседних хозяйств. Чем больше биоматериала перерабатывается, тем больше энергии получается в результате.

Перед тем как получить биогаз, промышленные установки нужно согласовать с санэпидемстанцией, пожарной и газовой инспекцией. Они документально оформляются, существуют специальные нормы по расположению всех элементов.

Расчет количества газа

В среднем, тонна навоза обеспечит владельца сотней кубометров биогаза. Для того чтобы рассчитать количество получаемого биогаза, необходимо умножить ежедневную массу навоза с каждого скота на количество животных.

Естественно, разные животные и птицы дают разное количество навоза:

• птицы (в первую очередь, куры) – 150-170 г в день
• корова — 34-36 кг
• коза – 900 – 1100 г
• лошадь – 14-16 кг
• овца – 900 – 1100 г
• свинья – 4-6 кг

Навоз свиней и коров дает большее количество топлива. Количество выделяемого биогаза можно увеличить, если добавить в смесь просо, ботву свеклы, болотные растения, водоросли или кукурузу (наличие хлорофилла в биомассе улучшает выделение метана).

Что такое биогаз + немного истории

Биогаз образуется в результате последовательного трёхступенчатого разложения (гидролиз, кислото- и метанообразование) биомассы различными видами бактерий. Полезная горючая составляющая — метан, может присутствовать также водород.

Процесс бактериального разложения, в результате которого образуется горючий метан

В большей или меньшей степени горючие газы образуются в процессе разложения любых остатков животного и растительного происхождения.

Ориентировочный состав биогаза, конкретные пропорции составляющих зависят от применяемых сырья и технологии

Люди издавна пытаются использовать этот вид природного топлива, в средневековых хрониках содержатся упоминания о том, что жители низменных районов нынешней Германии ещё тысячелетие назад получали биогаз из гниющей растительности, погружая в болотную жижу кожаные мехи. В тёмные средние века и даже просвещённые столетия наиболее талантливые метеористы, благодаря специально подобранной диете умевшие пустить и вовремя поджечь обильный метановый flatus, вызывали неизменный восторг публики на весёлых ярмарочных представлениях. Промышленные биогазовые установки с переменным успехом начали строить с середины XIX века. В СССР в 80-е годы прошлого века была принята, но не реализована госпрограмма по развитию отрасли, хотя с десяток производств всё же запустили. За рубежом технология получения биогаза совершенствуется продвигается относительно активно, общее число работающих установок исчисляется десятками тысяч. В развитых странах (ЕЭС, США, Канада, Австралия) это высокоавтоматизированные крупные комплексы, в развивающихся (Китай, Индия) — полукустарные биогазовые установки для дома и небольшого крестьянского хозяйства.

Процентное соотношение числа биогазовых установок в странах Евросоюза. Отчётливо видно, что технология активно развивается только в Германии, причина — солидные государственные дотации и налоговые льготы

Как работает биогазовая установка?

Принцип работы устройства по выработке биогаза достаточно прост:

• в герметичную емкость загружают разбавленную водой биомассу, где она начинает «бродить» и выделять газы;
• содержимое резервуара регулярно обновляют – сливают переработанное бактериями сырье и добавляют свежее (в среднем около 5-10% ежедневно);
• скопившийся в верхней части резервуара газ по специальной трубке поступает на газосборник, а затем – на бытовые приборы.

Схема биогазовой установки.

Какое сырье подходит для биореактора?

Установки для получения биогаза рентабельны только там, где есть ежедневное пополнение свежей органики – навоза или помета домашнего скота и птицы. Также в биореактор можно подмешивать измельченную траву, ботву, листву и бытовые отходы (в частности, очистки от овощей).

Эффективность установки во многом зависит от типа загружаемого сырья. Доказано, что при одинаковой массе самый большой выход биогаза получается из свиного навоза и индюшиного помета. В свою очередь, экскременты коров и силосные отходы дают меньшее количество газа при такой же загрузке.

Использование биосырья для отопления дома.

Что нельзя использовать в биогазовой установке?

Существуют факторы, которые могут существенно снизить активность анаэробных бактерий, а то и вовсе приостановить процесс выработки биогаза. Нельзя допускать, чтобы внутрь резервуара попадало сырье с содержанием:

• антибиотиков;
• плесени;
• синтетических моющих средств, растворителей и прочей «химии»;
• смол (в том числе опилки хвойных деревьев).

Малоэффективно использовать уже гниющий навоз – загрузке подлежат только свежие или предварительно просушенные отходы. Также нельзя допускать переувлажнения сырья – показатель в 95% уже считается критическим. Впрочем, небольшое количество чистой воды в биомассу добавлять все же нужно – для того, чтобы облегчить ее загрузку и ускорить процесс брожения. Разводят навоз и отходы до консистенции негустой манной каши.

Опубликовано 02.06.2020 Обновлено 13.06.2020 Пользователем admin

Принцип действия

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

Работа биогазовой установки осуществляется следующим образом:

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

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте в этом материале.

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Принцип получения биогаза

Получение биогаза осуществляется путем анаэробного (то есть, без доступа кислорода) сбраживания биомассы, которое обеспечивается специальными бактериями. В процессе участвуют три вида бактерий: гидролизные, кислотообразующие и метанобразующие.

Биогазовая установка состоит из нескольких частей (емкостей). Сначала сырье поступает в предварительную емкость, где тщательно перемешивается и измельчается (в случае твердой фракции) до однородной массы. Затем измельченное сырье поступает в реактор (емкость, где осуществляется непосредственно брожение биомассы).

Реактор обычно изготавливается из железобетона, обладающего кислотоустойчивостью. Эта емкость полностью герметична. Для того, чтобы ускорить процесс брожения, жидкость в емкости подогревается и перемешивается. Чаще всего для обогрева реактора используется когенерационная установка – в такой установке необходимо охлаждение теплоэлектрогенератора, и отведенное тепло поступает в реактор. Также тепло может поступать от специального водогрейного котла.

После того, как процесс брожения завершен, из реактора выработанный газ поступает в газгольдер, где выравнивается давление, а затем биогаз поступает уже в теплоэлектрогенератор (газовый или дизель-газовый), в результате чего и производится тепловая или электрическая энергия.

Кроме биогаза в реакторе оседает твердая фракция – органические удобрения, которые затем могут быть использованы на полях. Также из реактора получают жидкие удобрения – после выделения газа. И жидкие, и твердые удобрения являются концентрированными, и активно используются в сельском хозяйстве.

Промышленные биогазовые установки имеют автоматическое управление. Автоматика отвечает и за поступление сырья в установку, и за перемешивание, контролирует температуру, работу генератора и так далее. Также подобные установки оснащаются аварийными факельными устройствами – на случай остановки двигателя, тогда газ просто сжигается. Кроме того, нередко промышленные биогазовые установки оснащаются линией для упаковки жидких удобрений, в этом случае удобрения разливаются в небольшие (до 1 л) бутылки.

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 СН₄ 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

Биогазовая установка – 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:

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