Установка для производства биогаза в частном доме

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации. Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

• В течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья.
• В результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию.
• Смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению.
• Газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.
• Разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Биогазовые установки идеально подходят для фермерских хозяйств. Отходы жизнедеятельности животных способны дать достаточно газа для полноценного обогрева жилых помещений и хозяйственных построек (+)

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно. Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

В идеале биореактор должен подогреваться. Каждые 10 градусов тепла увеличивают выработку газа вдвое. Хотя обустройство подогрева требует вложений, это окупается большей эффективностью конструкции (+)

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Биогенератор своими руками

Биореактор, изготовленный самостоятельно, может прослужить много лет. Основой для него чаще всего служит ПВХ-емкость, вкопанная в яму

В качестве материала для изготовления подойдет бетон, можно также просто выложить яму кирпичом – однако стоит принимать во внимание, что от герметичности будет зависеть производительность агрегата: для жизнедеятельности метановых бактерий нужно изолировать их от воздуха

Установка накрывается куполом, вверху устанавливается газоотводящая трубка.

Сверху такое сооружение, в которое вручную загружается сырье – биомасса, накрывают изолирующей пленкой.

Компрессором накопившееся топливо можно перегнать в баллоны.

На практике обеспечить требуемые условия непросто.

Получение газа

Горение биогаза

Выработанный во время реакции газ выходит через газоотводящую трубу, подсоединенную к верхней крышке. По трубе он подается в гидрозатвор, который исключит попадание воздуха в газ. Очищенный в гидрозатворе водой газ, направляется в газгольдер для дальнейшей транспортировки к потребителю. Для улучшения системы можно установить два газгольдера. В этой системе в первой емкости будет оседать конденсат, а во вторую емкость закачивают газ под давлением. Для контроля давления газа необходимо установить манометр и спусковой клапан. Превышающее давление газа будет открывать клапан, и стравливать излишки наружу.

Изготовленный вами биореактор существенно снизит растраты за энергоносители для отопления дома и поможет в развитии сельскохозяйственной фермы.

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

• баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
• Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
• При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Кратко об определении биогаза

Согласно научным определениям, биогаз – это продукт, полученный в результате процесса брожения массы биологических отходов. При этом продуктом брожения является метан или водород.

Образование метана (или водорода) происходит в результате жизнедеятельности бактерий трёх видов:

• гидролизных;
• образующих кислоты;
• образующих метан.

Качественным продуктом брожения считается состав газовой смеси, содержимое которой распределяется в соотношении: 50-85% метана, 15-50% углекислого газа, и менее 5% сероводорода.

Примерно так выглядит структурная схема добычи альтернативной энергии. При этом используются традиционные для быта источники сырья, удачно подходящие для получения альтернативной энергии – биотоплива

Эта газовая смесь пропускается сквозь фильтры с целью очистки от присутствия CO2 и H2S, после чего остаётся чистый биологический метан. Такой газ ничем не отличается от природного газа, используемого в бытовой и промышленной сфере.

Сырьём для получения качественной биологической газовой смеси обычно выступают:

• навоз и птичий помёт;
• отходы спиртового производства (барда);
• излишки пивоваренных производств (пивная дробина);
• фекальные массы и отходы рыбного производства;
• свекольный жом, бытовые отходы, трава и прочее.

Это лишь часть всего допустимого к применению сырья. Но даже этот список показывает: насколько многообразен перечень сырья, чтобы иметь возможность наладить производство биогаза на постоянной основе.

Установка производства биотоплива, изготовленная под нужды одного из многих действующих фермерских хозяйств. Небольшая по объёму станция, но вполне удовлетворяющая потребности частного фермерского хозяйства

Объёмные показатели выхода газовой смеси напрямую зависят от вида применяемого сырья и содержания в нём сухих веществ. Так, если применить в деле навоз крупного рогатого скота, реально из одной тонны навоза получить 50-60 м3биотоплива, содержащего до 60% метана.

Считается, что лучшим сырьём являются отходы с большим содержанием жира. Переработка одной тонны отходов жира через классическую установку получения биотоплива может давать до 1300 м3 газовой смеси, где содержание метана доходит до 90%.

Можно ли провести газ на дачу

Вряд ли кто поспорит с тем, что провести на дачу газ – это не только обеспечить себя дополнительными удобствами, но и сэкономить впоследствии. Магистральный газ по своей дешевизне вообще находится вне конкуренции, если сравнивать его с иными видами топлива. Но можно вспомнить и о других преимуществах газификации. Городским жителям пользоваться газом гораздо привычнее, чем печкой. Да и, по правде говоря, безопаснее.

В принципе, к плите можно подсоединить газовый баллон и готовить обычным способом, не экспериментируя с деревенской печью. Но такие запасы газа приходится постоянно пополнять, да и обходятся они дороже. Не лучше ли сразу провести газ на дачу?

Конечно, просто не будет. Чтобы провести газ, сначала нужно получить разрешение. А для этого придётся побегать по инстанциям за различными справками. При проведении газа на дачу вы не просто заключаете договор с поставщиком, в процедуре задействовано множество других сторон, а именно:

• Газораспределительная организация, о функциях которой говорит само её название.
• Газотранспортная компания. Фронт её работ тоже понятен (перекачка сырья).
• Газотранспортная система. Это «прямая линия» между клиентом и производителем топлива.
• Газоснабжающая организация, которая поставляет вам газ согласно подписанному договору.

Как этот договор заключить? Для начала отправьте по нужному адресу заявление о вашем намерении подключиться к магистральному газопроводу. Это и будет первым этапом долгой дистанции, которую, так или иначе, нужно пройти до конца.

Как провести газ на дачу по закону: 3 способа

Для проведения газа на дачу можно выбрать любой из трёх методов в зависимости от того, который вам больше подходит. Итак:

Непосредственное подключение к магистрали

Из всех способов этот самый выгодный в материальном плане. Да и самый удобный тоже. Правда, им не удастся воспользоваться, если ваша дача находится на слишком большом удалении от магистрального газопровода.

Применение сжиженного газа

Нет возможности провести газ на дачу от магистрали? Тогда в качестве альтернативы можно использовать сжиженный газ в баллонах. Неплохой вариант для дачи, но имеет свои недостатки. Во-первых, нужно где-то эти баллоны постоянно обновлять, и хорошо, если дачный поселок ими снабжается регулярно. Во-вторых, солидные дома с площадью больше 200 кв. м. таким способом не отопить, так как это слишком дорого. Ну, а если дача у вас небольшая, и вы всё же решили установить на ней газовое отопление, тогда придётся дополнительно приобрести газовый котёл, редуктор и специальные шланги.

Использование газгольдера

Установив огромный резервуар для хранения газа у себя на даче, вы, безусловно, сэкономите на перезаправке баллонов. Но есть одна тонкость: цена данного агрегата «кусается». Не каждый сможет выложить единовременно от 150 тыс. рублей и ждать, пока вложения окупятся.

Дополнительные требования к сырью

Серьёзная проблема, с которой сталкиваются хозяйства, установившие у себя современное оборудование для получения биогаза — сырьё не должно содержать твёрдых включений, случайно попавший в массу камень, гайка, кусок проволоки или доска закупорит трубопровод, выведет из строя дорогостоящий фекальный насос или мешалку.

Нужно сказать, что приведенные данные по максимальному выходу газа из сырья соответствуют идеальным лабораторным условиям. Чтобы приблизиться в реальном производстве к этим цифрам, необходимо соблюсти ряд условий: поддерживать необходимую температуру, периодически перемешивать мелко измельчённое сырье, вносить добавки, активизирующие ферментацию и т.д. На кустарной установке, собранной по рекомендациям статей о «получении биогаза своими руками», едва лишь можно достичь 20% от максимального уровня, высокотехнологические установки позволяют добиваться значений в 60-95%.

Достаточно объективные данные по максимальному выходу биогаза для различных типов сырья

Несколько рекомендаций

Еще одна немаловажная вещь. На фото видно, как шланг от третьей бочки находится в воде. Дело в том, что первую неделю с компоста будет выделяться только углекислый газ. В системе он не нужен, поэтому он будет выходить в воду. Кстати, некоторые фермеры пускают углекислый газ в теплицы, для лучшего роста растений.

Что бы понять, что пора подсоединить бочку к системе нужно вытащить шланг и поднести к нему зажигалку. Беспокоиться не стоит. Так как биогаз не находится под высоким давлением никакого взрыва не случится. К тому же в конечном продукте все равно будет содержаться до 50% углекислоты, которая не горит. Если от зажигалки с трубки начнет выступать пламя, значит биогаз уже начал вырабатываться и можно подключаться.

Еще один нюанс. Биогаз быстрее вырабатывается от продуктов животноводства. Соответственно шланг в воде можно проверять уже через неделю. Если биогаз будет производиться из растительных продуктов, то процесс выработки метана может затянуться и на месяц.

Преимущества и недостатки

Как можно заметить, установки для производства биогаза даже при должной сырьевой базе большого распространения не получают. Во многом это связано с недостатками данного способа получения газа.

К положительным сторонам можно отнести:

• автономность;
• можно изготовить самостоятельно;
• решается вопрос утилизации отходов;
• получение качественных удобрений;
• выработка экологически чистого топлива;
• стабильнее, чем солнечная и ветровая энергия.

То есть, для частного хозяйства производство биогаза в домашних условиях решает сразу несколько проблем. Появляется источник для обогрева жилья и нагрева еды, нет нужды тратиться на утилизацию отходов и больше не нужно закупать удобрения. А при должных инвестициях, можно даже продавать излишки соседям.

Тем не менее недостатки достаточно серьезные:

• долгий процесс брожения (от 10 дней);
• дороговизна профессионального оборудования (будет окупаться в течение 10-12 лет);
• для постоянного получения топлива нужно делать несколько установок (для обогрева дома на 50 кв. м. необходима установка минимум на 5 куб. м.);
• необходимость большого количества материала растительного или животного происхождения;
• не всегда получаемый газ будет приемлемого качества (в хорошем топливе должно быть не меньше 60% метана, а лучше 80%, чего не всегда можно достичь в домашних условиях).

Стоит оговориться, что в Германии, где все больше отдают предпочтение возобновляемым источникам, в биогазовую энергетику инвестируют серьезные деньги. На территории страны действует уже более 2200 производств биогаза.

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 работы

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

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

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

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

Биогазовая установка включает в себя следующие элементы:

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

Пример биогазовой установки промышленного типа приведен на схеме 2.

Сырье для производства биогаза

Биомасса – к примеру, сельскохозяйственные отходы – фактически бесплатное сырье для производства биогаза.

Естественно, стекло и пластик в этом случае бесполезны.

Отличным материалом является навоз, птичий помет, стебли растений, в том числе такой энергетической культуры, как силосной кукурузы, пищевые отходы, испорченное зерно, отходы бойни, рыбного цеха и пилорамы.

При этом самая насыщенная метаном смесь получается из переработки жира.

Допускается смешивание различных видов отходов – как животного, так и растительного происхождения.

Каким должен быть состав навозной массы?

Загружаемую массу навоза внутрь биореактора не следует рассматривать просто как сырьё, подходящее в любом качестве. Составляющая субстанции имеет принципиальное значение для процесса брожения. На практике отмечено, что уменьшение частичек субстрата сопровождается лучшей эффективностью процесса.

Выраженная волокнистость субстрата и увеличение площади взаимодействия бактерий – вот главные критерии, способствующие скорому разложению навозной массы. В таком состоянии навозное сырьё при подогреве и перемешивании не образует осадка или плёнки на поверхности, что существенно упрощает фильтрацию газовой смеси.

Подготовка навозной массы под загрузку в реактор

Этой процедуре уделяют не меньшее внимание, чем всему остальному, если есть желание получить значительный объём биотоплива за короткий отрезок времени. Степенью измельчения сырья определяется длительность брожения, что в свою очередь оказывает влияние на объём получаемого газа

Таким образом, для уменьшения времени брожения необходимо хорошо измельчать сырьё: чем лучше качество измельчения, тем меньше период брожения

Степенью измельчения сырья определяется длительность брожения, что в свою очередь оказывает влияние на объём получаемого газа. Таким образом, для уменьшения времени брожения необходимо хорошо измельчать сырьё: чем лучше качество измельчения, тем меньше период брожения.

Выводы и полезное видео по теме

Обзор агрегата для производства биогаза, при изготовлении которого использован пластиковый бак 127 л. Особенности устройства и советы по эксплуатации.

Особый интерес применения установок проявляется среди владельцев ресторанной и гастрономической сферы, где актуальной остаётся тематика переработки пищевых отходов. На этой базе есть хорошая возможность создать дешёвую утилизацию органических отходов с пользой для хозяйств. Наконец, технология производства биотоплива – это реальное сохранение окружающей среды, чего нельзя сказать о производстве других энергетиков.

А может вы не по наслышке знакомы с изготовлением биореактора и процессом получения биогаза? Поделитесь практическими знаниями и своим мнением по этому вопросу под нашей статьей – многим хозяйственникам будет интересен ваш опыт и рекомендации.