Технология получения биогаза из навоза: особенности процесса, выход газа и рентабельность производства, а также плюсы и минусы использования этого топлива

Механизм образования газа из органического сырья

Биогаз представляет собой бесцветное летучее вещество без запаха, содержащее до 70% метана. По качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. У него хорошая теплотворная способность, 1 м3 биогаза выделяет столько тепла, сколько вы получаете от сжигания полутора килограммов угля.

Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, активно работающим по расщеплению органического сырья, которое используется в качестве навоза животных, птичьего помета, отходов растений.

В биогазе собственного производства можно использовать птичий помет и отходы мелкого и крупного скота. Сырье можно использовать в чистом виде и в виде смеси с включением травы, листвы, старой бумаги

Для активации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть аналогичны тем, где микроорганизмы развиваются в природном резервуаре — в желудке животных, где тепло и нет кислорода.

Собственно, это два основных условия, которые способствуют чудесному превращению перегнившего навоза в экологически чистое топливо и ценное удобрение.

Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс ферментации навоза и его расщепление на составляющие:

• метан (до 70%);
• углекислый газ (около 30%);
• другие газообразные вещества (1-2%).

Образующиеся газы поднимаются наверх резервуара, откуда затем откачиваются, а остаточный продукт оседает – высококачественное органическое удобрение, которое в результате переработки сохранило в удобрении все ценные вещества – азота и фосфора, и потерял значительную часть болезнетворных микроорганизмов.

Биогазовый реактор должен иметь полностью герметичную конструкцию, где нет кислорода, иначе процесс разложения навоза будет крайне медленным

Другим важным условием эффективного разложения навоза и образования биогаза является соблюдение температурного режима. Бактерии, участвующие в процессе, активизируются при температуре +30 градусов.

Кроме того, навоз содержит два вида бактерий:

• мезофильный. Их жизнедеятельность проходит при температуре +30 – +40 градусов;
• теплолюбивый. Для их размножения необходимо соблюдать температурный режим +50 (+60) градусов.

Время обработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и колеблется от 12 до 30 дней. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 литра биотоплива. При использовании установок второго типа время производства конечного продукта сокращается до трех суток, а количество биогаза увеличивается до 4,5 литров.

Эффективность теплолюбивых установок видна невооруженным глазом, но стоимость обслуживания очень высока, поэтому перед выбором того или иного способа получения биогаза необходимо все тщательно просчитать

Несмотря на то, что КПД термофильных установок в десятки раз выше, применяются они значительно реже, так как поддержание высоких температур в реакторе связано с большими затратами.

Обслуживание и содержание мезофильных растений дешевле, поэтому большинство ферм используют их для производства биогаза.

По критериям энергетического потенциала биогаз несколько уступает обычному газовому топливу. Однако он содержит пары серной кислоты, наличие которых следует учитывать при выборе материалов для конструкции установки

Расчеты эффективности применения биогаза

Простые расчеты помогут оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива. Корова весом 500 кг производит около 35-40 кг навоза в день. Этого количества достаточно для производства примерно 1,5 м3 биогаза, который, в свою очередь, может быть произведен для производства 3 кВтч электроэнергии.

Используя данные таблицы, легко рассчитать, сколько м3 биогаза можно получить на выходе в зависимости от имеющегося в хозяйстве поголовья скота

Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и смеси нескольких компонентов с влажностью 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонних химических примесей, негативно влияющих на процесс обработки.

Самый простой рецепт смешивания придумал еще в 2000 году россиянин из Липецкой области, который своими руками построил простейшую биогазовую установку. Он смешал 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавил воды (около 65% от веса всех ингредиентов) и нагрел смесь до 35 градусов.

Через две недели бесплатное топливо будет готово. Эта небольшая установка производила 40 м3 газа в сутки, чего хватило для обогрева дома и хозяйственных построек в течение полугода.

Читайте также: Как использовать куриный помет для удобрения огорода и других целей

Варианты установок для получения биотоплива

После проведения расчетов необходимо решить, как создать установку для получения биогаза в соответствии с потребностями вашего хозяйства. Если поголовье небольшое, подойдет самый простой вариант, который несложно сделать из подручных средств своими руками.

Для крупных хозяйств, имеющих постоянный источник большого количества сырья, целесообразно построить промышленную автоматизированную биогазовую установку. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения специалистов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.

На схеме наглядно видно, как работает промышленный автоматизированный комплекс по производству биогаза. Строительство такого масштаба могут организовать сразу несколько близлежащих ферм

На сегодняшний день существуют десятки компаний, которые могут предложить самые разные варианты: от готовых решений до разработки индивидуального проекта. Чтобы снизить затраты на строительство, вы можете сотрудничать с соседними фермами (если таковые есть поблизости) и строить по одной биогазовой установке на всех.

Следует отметить, что для строительства даже небольшой установки необходимо подготовить соответствующие документы, создать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается внутри помещения), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.

Мини-завод по производству газа для нужд небольшого частного домовладения можно сделать своими руками, ориентируясь на конструкцию и спецификацию монтажа установок, выпускаемых в промышленных масштабах.

Проектирование установок по переработке навоза и растительной органики в биогаз несложно. Оригинал, выпускаемый промышленностью, вполне подойдет в качестве шаблона для построения собственного мини-завода

Самостоятельные мастера, решившие начать строительство собственной установки, должны запастись баком для воды, водопроводными или дренажными пластиковыми трубами, уголковыми отводами, уплотнителями и баллоном для хранения полученного в установке газа.

Особенности процесса

Навоз, как и мусор, это не только экскременты животных, но и очень сложное вещество.

Он наполнен различными микроорганизмами, которые участвуют во многих химических и физических процессах.

Находясь в кишечнике, они перерабатывают пищу, расщепляют сложные органические цепи и превращают их в простые вещества, пригодные для всасывания через стенки кишечника.

При этом количество и активность микроорганизмов корректируются желудочным соком и веществами, выделяемыми кишечником.

После попадания в биореактор некоторые из них начинают усиленно поглощать кислород, выделяя в течение своей жизни различные газы. Именно они расщепляют сложные органические соединения, превращая их в вещества, пригодные для питания метанообразующих микроорганизмов.

Этот процесс называется гидролизом или ферментацией. Когда уровень кислорода падает до критического значения, эти микроорганизмы погибают и перестают участвовать в происходящих процессах, а их работу выполняют анаэробные археи, то есть кислород им не нужен.

Большинство людей считают метанообразующие микроорганизмы бактериями, отсюда и их небольшой размер, но недавно (1990 г.) ученые отнесли их к метаногенам, т).

Они отличаются от бактерий по своему строению, но сравнимы с ними по размерам. Поэтому многие производители удобрений до сих пор называют их бактериями, ведь на уровне среднестатистического пользователя биотопливных установок оба названия одинаково корректны.

Метанобразующие микроорганизмы питаются разложившейся органикой и превращают ее в сапропель (донный ил, состоящий из смеси органических и неорганических веществ, в том числе гуминовых кислот, являющихся органической основой почвы) и воду с выделением метана.

Поскольку в процессе разложения участвуют не только метанообразующие микроорганизмы, выделяемый ими газ состоит не только из метана, но и включает в себя:

• углекислый газ;
• сероводород;
• азот;
• воздушно-водяная дисперсия.

Доля каждого газа зависит от количества и активности соответствующих микроорганизмов, на жизнедеятельность которых влияет множество факторов.

Среди них:

• размер твердых фракций содержимого биореактора;
• процентное содержание жидких/твердых органических фракций;
• оригинальный состав материала;
• температура;
• баланс питательных веществ, подходящий для этих микроорганизмов в данный момент.

Деятельность метанообразующих микроорганизмов

Активность всех микроорганизмов, участвующих в процессе производства биотоплива, напрямую зависит от температуры окружающей среды, но наименьшую зависимость имеют гнилостные микроорганизмы.

Хотя некоторые из них также выделяют метан, общее количество этого газа уменьшается с понижением температуры, а количество других газов увеличивается.

При температуре 5–25 градусов работают только психрофильные метаногены, отличающиеся минимальной продуктивностью. Другие процессы тоже замедляются, но бактерии гниения достаточно активны, поэтому смесь начинает довольно быстро гнить, после чего в ней сложно запустить процессы образования метана.

Нагревание до температуры 30–42° (мезофильный процесс) повышает активность мезофильных метаногенов, которые не обладают очень высокой продуктивностью, а их основные конкуренты, гнилостные бактерии, чувствуют себя вполне комфортно.

При температуре 54-56 градусов (термофильный процесс) вступают в действие термофильные микроорганизмы, обладающие максимальной способностью продуцировать метан, что не только увеличивает выход биогаза, но и увеличивает в нем долю метана.

Кроме того, значительно снижается активность их основных конкурентов — гнилостно-активных микроорганизмов, в связи с тем, что снижаются затраты расщепленного органического материала на получение других газов и шламов.

Помимо газа, любые метаногены также выделяют тепловую энергию, но только мезофильные бактерии могут эффективно поддерживать температуру на комфортном уровне. Термофильные микроорганизмы выделяют меньше энергии, поэтому субстрат необходимо нагревать до оптимальной для их активного существования температуры.

Как увеличить выход?

Поскольку метан вырабатывают метаногены, для увеличения выхода газа необходимо создать максимально комфортные условия для этих микроорганизмов.

Этого можно добиться только комплексно, затрагивая все этапы от сбора и подготовки навоза до сброса отходов и методов газоочистки.

Метаногены не могут эффективно переваривать твердые фрагменты, поэтому навоз/подстилка, а также другие органические материалы, такие как подстилка, скошенная трава и т д., должны быть максимально измельчены.

Чем меньше размер крупных фрагментов, а также чем меньше их процентное содержание, тем больше материала может быть переработано бактериями. Кроме того, очень важно достаточное количество воды, поэтому удобрение или подстилку нужно разводить водой до определенной консистенции.

Необходимо поддерживать баланс между метаногенами и бактериями, расщепляющими органику на простые компоненты, особенно расщепляющими жиры.

При избытке метаногенов они будут быстро вырабатывать доступные питательные вещества, после чего продуктивность резко снизится, но возрастет активность разлагающих микроорганизмов, которые иначе перерабатывают органику в гумус.

При избытке бактерий, расщепляющих органику, доля углекислоты в биогазе резко возрастет, из-за чего после очистки готового продукта она будет заметно меньше.

В стационарном состоянии содержимое биореактора расслоено по плотности, в связи с тем, что только часть метанообразующих микроорганизмов получает достаточное количество питания, поэтому в биореакторе необходимо периодически смешивать мусор/удобрение.

Образовавшийся ил имеет большую плотность, чем водный раствор навоза, поэтому он оседает на дно, откуда его необходимо удалить, чтобы освободить место для новой порции экскрементов.

Очистка готового продукта снижает объем биогаза, но значительно повышает теплотворную способность. Чтобы не терять готовый биогаз, его необходимо закачивать в готовые хранилища (газгольдеры), откуда он затем доставляется потребителям.

Принцип работы установки

Основным элементом системы является биореактор. Вариантов исполнения несколько, главное обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание кислорода. Он может быть выполнен в виде металлической емкости различной формы (обычно цилиндрической), размещенной на поверхности. Часто для этих целей используются пустые топливные баки объемом 50 куб.

Вы можете купить готовые контейнеры со сборно-разборной конструкцией. Их преимуществом является возможность быстрой разборки и, при необходимости, перевозки в другое место. Промышленные наземные установки целесообразно использовать в крупных хозяйствах, где есть постоянный приток большого количества органического сырья.

Для небольших ферм больше подходит вариант подземного размещения емкости. Подземный бункер строится из кирпича или бетона. Можно закопать в землю уже готовую тару, например бочки из металла, нержавейки или ПВХ. Также возможно их надводное расположение на улице или в специально отведенном помещении с хорошей вентиляцией.

Для производства биогазовой установки можно купить готовые контейнеры из ПВХ и установить их в помещении, оборудованном системой вентиляции

Независимо от того, где и как размещен реактор, он оснащен воронкой для загрузки удобрений. Перед загрузкой сырья оно должно пройти предварительную подготовку: измельчается на фракции не более 0,7 мм и разбавляется водой. В идеале влажность субстрата должна быть около 90%.

Автоматизированные установки промышленного типа снабжены системой подачи сырья, включающей ресивер, где смесь доводится до необходимой влажности, трубопровод подачи воды и насосный агрегат для перекачки массы в биореактор.

В домашних установках для приготовления субстрата используются отдельные контейнеры, где отходы измельчаются и смешиваются с водой. Затем масса загружается в приемное отделение. В реакторах, расположенных под землей, емкость для приема субстрата выносится наружу, приготовленная смесь самотеком поступает по трубопроводу в ферментационную камеру.

Если реактор размещается на земле или в помещении, подводящий патрубок с приемным устройством может располагаться в нижней части корпуса. Также можно вывести трубу на верхнюю часть, а на горловину надеть раструб. В этом случае биомассу придется подавать насосом.

В биореакторе также необходимо предусмотреть выпускное отверстие, которое выполнено практически на дне емкости на противоположной от кормовой емкости стороне. При размещении под землей выпускная труба монтируется по диагонали вверх и ведет к контейнеру для отходов, имеющему форму прямоугольного ящика. Его верхний край должен быть ниже уровня входного отверстия.

Входной и выходной патрубки размещают диагонально вверх по разным сторонам бака, при этом компенсационный бак, в который поступают отходы, должен быть ниже приемной емкости

Процесс протекает следующим образом: в питающую емкость поступает новая порция субстрата, которая поступает в реактор, при этом такое же количество отработанной массы поднимается по трубе в приемник отходов, откуда затем вычерпывается и используется как высококачественное биоудобрение.

Биогаз хранится в газгольдере. Чаще всего он размещается непосредственно на крыше реактора и имеет форму купола или конуса. Его изготавливают из кровельного железа, а затем для предотвращения коррозионных процессов окрашивают в несколько слоев масляной краской.

В промышленных установках, предназначенных для приема больших количеств газа, газгольдер часто выполняют в виде отдельной емкости, соединенной с реактором трубопроводом.

Газ, который получается при брожении, к употреблению не пригоден, так как содержит большое количество водяного пара, и в таком виде он не сгорит. Для очистки от водяных фракций газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера снимается труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а оттуда по пластиковой или металлической трубе доставляется потребителям.

В некоторых случаях для хранения газа используют специальные газгольдер-мешки из поливинилхлорида. Мешки размещают рядом с растением и постепенно наполняют газом. По мере заполнения эластичный материал надувается, и объем мешков увеличивается, так что при необходимости можно временно хранить большее количество конечного продукта.

Условия эффективной работы биореактора

Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходима равномерная ферментация органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на нем образуется корка, процесс разложения замедляется, в результате получается меньше газа, чем предполагалось изначально.

Для обеспечения активного перемешивания биомассы в верхней или боковой части типичного реактора устанавливаются погружные или наклонные мешалки с электрическим приводом. В самодельных установках перемешивание производится механическим способом с помощью устройства, аналогичного бытовому миксеру. Он может управляться вручную или поставляться с электрическим приводом.

При вертикальном расположении реактора ручка перемешивания оказывается в верхней части установки. Если емкость установлена ​​горизонтально, то винт также располагается в горизонтальной плоскости, а ручка находится сбоку от биореактора

Одним из важнейших условий получения биогаза является поддержание необходимой температуры в реакторе. Отопление может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках используются автоматизированные системы обогрева, которые включаются при падении температуры ниже заданного уровня и выключаются при достижении нужной температуры.

Для отопления можно использовать газовые котлы, прямой нагрев с помощью электронагревателей или встроить в дно бака ТЭН.

Для уменьшения теплопотерь рекомендуется соорудить вокруг реактора небольшой каркас со слоем стекловаты или покрыть установку теплоизоляцией. Пенополистирол и другие его разновидности обладают хорошими теплоизоляционными свойствами.

Для обустройства системы отопления на биомассе можно проложить трубопровод от бытового отопления, которое питается от реактора

Определение требующегося объема

Объем реактора определяется исходя из суточного количества удобрений, производимых в хозяйстве. Также необходимо учитывать вид сырья, температуру и время брожения. Для полноценной работы установки емкость заполняется на 85-90% ее объема, не менее 10% должно быть свободно для выхода газа.

Процесс разложения органики в мезофильном растении при средней температуре 35 градусов продолжается от 12 суток, после чего перебродившие остатки удаляют и реактор заполняют новой частью субстрата. Поскольку перед отправкой в ​​реактор отходы разбавляются водой до 90 %, при определении суточной загрузки необходимо учитывать и количество жидкости.

Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству приготовленного субстрата (удобрения с водой), умноженному на 12 (время, необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).

Плюсы и минусы по сравнению с другими видами топлива

Для того чтобы сравнивать различные виды топлива, а также различные виды энергии, необходимо решить, какие параметры подлежат сравнению. В то же время сравнивать стоимость некорректно, потому что цена биогаза становится нормальной только после периода окупаемости.

Также некорректно сравнивать по теплотворности, потому что топливо с более низкой теплотой сгорания не всегда хуже, чем более высококалорийное.

Древесина, например, имеет более низкую теплотворную способность, чем дизельное топливо, но во многих случаях это более подходящий вид топлива.

Поэтому можно сравнивать разные виды топлива и энергии по таким параметрам, как:

1. Пригодность для использования в автомобилях, электрогенераторах и системах отопления (по баллам, 1 балл — подходит для всех, 2 балла — для некоторых, 3 балла — для всех).
2. Необходимость создания специальных условий для хранения (1 балл — возможно при всех условиях, 2 балла — требуются специальные контейнеры, 3 балла — помимо специальных контейнеров требуется дополнительное оборудование, 4 балла — хранение невозможно).
3. Сложность перевода оборудования на другое топливо или энергию (1 балл — минимальные изменения, которые может произвести даже человек без опыта; 2 — изменения, доступные более-менее сведущему дилетанту и не требующие узкоспециализированного оборудования, 3 балла — требуется серьезное изменение).
4. Негативное воздействие на окружающую среду (в баллах, 1 — минимальное, 2 балла — среднее, 3 балла — максимальное);
5. Возобновимо ли топливо или энергия (в баллах, 1 балл — полностью (например, ветер или солнечный свет); 2 балла — условно, то есть при определенных условиях или после какого-либо действия, 3 балла — нет).
6. Зависит ли от местности, времени года и погоды (в баллах, 1 балл — нет, 2 балла — частично, 3 балла — зависит от всего).

Название топлива или энергии	Параметры для сравнения
Возможности использования	Хранилище	Оборудование	Воздействие на окружающую среду	Возобновляемость	Зависимость от внешних факторов
Очищенный биогаз (содержание метана 95-99%)	1	3	1–2	1	1	1
Пропан	1	2–3	1–2	2	3	1
Бензин	1	2	2	3	3	1
Горючее	3	2	3	3	3	1
Дизельное топливо	2	2	3	3	3	1
Топливо	3	1	3	2	1	2
Уголь	3	1	3	2	3	2
Электричество	1	4	3	1	2	1
Ветровая энергия	2	4	3	1–2	1	3
Энергия солнца	2	4	3	1	1	3
Энергия движения воды (реки)	2	4	3	1–2	1	3

Технология производства и оборудование

Замкнутый технологический цикл, предполагающий минимальное использование внешней энергии, включает:

• сбор и подготовка навоза;
• загрузка и обслуживание биореактора;
• сброс и утилизация отходов;
• очистка газа;
• выработка электрической и тепловой энергии.

Сбор и подготовка материала

Экскременты, собранные в навозосборнике, содержат много крупных фрагментов, поэтому их измельчают подходящими измельчителями. Часто эту функцию выполняет насос, перекачивающий материал в биореактор.

Вручную или с помощью автоматизированных систем определяют уровень влажности продукта и при необходимости добавляют в него чистую нехлорированную воду.

Если для увеличения объема биогаза в сырье добавляют зеленую массу (скошенную траву, листья и т д.), то ее также предварительно измельчают на специальном оборудовании.

Загрузка и обслуживание биореактора

Измельченный и при необходимости наполненный зеленой мезгой субстрат фильтруют, затем перекачивают в емкость, расположенную возле биореактора.

В ней готовый к употреблению раствор нагревается до нужной температуры (в зависимости от режима брожения) и после заполнения заливается в биореактор, который со всех сторон окружен водяной рубашкой.

Такой способ обогрева обеспечивает одинаковую температуру во всех слоях содержания, а часть добываемого газа идет на подогрев теплоносителя (воды) (при первых нагрузках теплоноситель придется нагревать за счет сторонней энергии источники). Однако возможны и другие способы подогрева содержимого.

содержимое перемешивают 1-3 раза в сутки во избежание сильного расслоения и повышения эффективности переработки удобрения в газ.

Вырабатываемый бактериями газ скапливается в верхней части реактора, что создает небольшое избыточное давление. Отбор газа в газгольдер происходит периодически при достижении определенного давления или постоянном, но в этом случае количество отбираемого газа регулируется для поддержания необходимого давления.

Слив и утилизация отходов

Полностью разложившийся материал из-за большей плотности оседает на дно реактора, а между ним и наиболее активным слоем появляется слой отработанной жидкости. Поэтому перед смешиванием его удаляют вместе с частью шлама, который затем отделяют.

Оба вида отходов являются сильными природными удобрениями – жидкость ускоряет развитие растений, а ил улучшает структуру/качество почвы и содержит гуминовые вещества.

Поэтому оба вида отходов можно продавать, а также использовать на отдельных полях. Если отходы не планируется сразу делить на фракции, их необходимо периодически перемешивать, чтобы шлам не слеживался, иначе его будет сложно удалить при опорожнении контейнера.

Очистка газа

Для очистки биогаза используют несколько технических решений, каждое из которых направлено на удаление из состава определенного вещества. Вода удаляется конденсацией, для чего продукт сначала нагревают, затем пропускают через холодную трубу, на стенках которой оседают капли воды.

Сероводород и углекислый газ удаляют с помощью сорбентов высокого давления. Грамотно построенная линия очистки увеличивает содержание метана до 93-98%, что делает биогаз высокоэффективным топливом, способным составить конкуренцию другим газообразным топливам.

Изготовить серьезное очистительное оборудование в домашних условиях невозможно, но можно пропускать готовый продукт через воду под высоким давлением, за счет чего углекислый газ будет превращаться в углекислый газ.

При этом воду необходимо постоянно менять, потому что ее способность поглощать углекислый газ ограничена. Сточные воды необходимо подогреть (выделяется углекислый газ), после чего их можно снова использовать для очистки. Но и таким образом очищать готовый продукт должен опытный химик, умеющий правильно подобрать температуру и давление.

Генерация тепловой и электрической энергии

Благодаря высокой теплотворной способности очищенный биогаз хорошо подходит для электрогенераторов и различных отопительных приборов.

Это снижает выход готового газа, но устраняет необходимость в дополнительных источниках энергии, за исключением первых дней, пока биореактор не выйдет на полную мощность.

Для перевода двигателей внутреннего сгорания на метан необходимо выставить правильный угол зажигания, ведь октановое число этого топлива составляет 105-110 единиц. Это можно сделать как механически (повернув трамблер), так и изменив программу электронного блока управления.

Если двигатель работает только на метане, без использования бензина, его необходимо форсировать, увеличив степень сжатия.

Это не только повысит КПД двигателя, позволяя более бережно использовать газ, но и сделает двигатель более долговечным, ведь чем ниже степень сжатия, тем выше температура в камере сгорания, а значит, вероятность поломки поршней или прогорание клапанов выше.

Для перевода отопительных приборов, в том числе водогрейных котлов, на биогаз необходимо подобрать правильный размер форсунки, чтобы количество вырабатываемого тепла соответствовало режиму работы. Это особенно важно для систем с автоматическим управлением, которые работают по определенной программе.

Объем биореактора

Объем биореактора рассчитан исходя из цикла полной переработки органики, который рассчитан на:

• мезофильный процесс 12–30 дней;
• термофильный процесс 3–10 дней.

Объем реактора определяют следующим образом – суточную выработку удобрения, разбавленного до необходимой влажности (90%), умножают на максимальное количество дней, необходимых для полного распада, затем результат увеличивают на 10–30%.

Такое увеличение необходимо для создания первого газгольдера, где будет скапливаться вырабатываемый газ.

Производительность

Несмотря на то, что общий выход газа при любом температурном режиме примерно одинаков, есть существенная разница — получить его за 3-5 дней при максимальной производительности или собрать в течение месяца.

Следовательно, производительность можно повысить только за счет увеличения объема перерабатываемого материала и, следовательно, за счет использования более крупного биореактора.

Переход на термофильный процесс позволяет повысить производительность даже при уменьшении объема реактора, но при этом резко возрастают затраты, связанные с подогревом смеси.

Приблизительные параметры производства биогаза из различных видов удобрений/подстилки, а также других материалов будут оценены в таблицах ниже. Для перевода указанных величин в тонны готовой смеси влажностью 90 % данные из второго столбца необходимо умножить на 80-120.

Этот разброс обусловлен:

• приспособления для кормления животных или птиц;
• материал и наличие постельного белья;
• эффективность измельчения.

Отходы животноводства и птицеводства

Тип сырья	Газовый эффект (м3 на кг сухого вещества)	Содержание метана (%)
Навоз крупного рогатого скота	0,250 — 0,340	65
Свиной навоз	0,340 — 0,580	65-70
Птичий помет	0,310-0,620	60
Конский навоз	0,200 — 0,300	56-60
Овечий навоз	0,300 — 0,620	70

Бытовые отходы

Тип сырья	Газовый эффект (м3 на кг сухого вещества)	Содержание метана (%)
Сточные воды, фекалии	0,310-0,740	70
Овощные отходы	0,330 — 0,500	50-70
Картофельная ботва	0,280 — 0,490	60-75
Свекольная ботва	0,400-0,500	85

Растительность

Тип сырья	Газовый эффект (м3 на кг сухого вещества)	Содержание метана (%)
Пшеничная солома	0,200-0,300	50-60
Ржаная солома	0,200-0,300	59
Ячменная солома	0,250-0,300	59
Овсяная солома	0,290-0,310	59
Кукурузная солома	0,380-0,460	59
Шерсть	0,36	59
Конопля	0,36	59
Свекольный жом	0,165
Листья подсолнуха	0,3	59
Клевер	0,430-0,490
Трава	0,280-0,630	70
Листва дерева	0,210-0,290	58

Оценка рентабельности

При оценке рентабельности необходимо учитывать все виды доходов и расходов, в том числе косвенные.

Например, производство электроэнергии для собственных нужд позволяет отказаться от покупки, а в некоторых случаях и от вложений в коммуникации, которые можно отнести к косвенным доходам.

Одним из видов косвенного дохода является отсутствие жалоб со стороны жителей соседних стран, вызванных неприятным запахом, издаваемым навозом, сваливаемым в кучи. Ведь законы РФ гарантируют человеку право дышать чистым воздухом, поэтому при обращении в суд такой истец может выиграть процесс и заставить производителя удобрений устранить неприятный запах за свой счет.

Сбрасывание навоза или навоза в кучи не только портит воздух, но и представляет серьезную угрозу почве и грунтовым водам. Естественно перегнивающая куча органики резко повышает кислотность почвы и вытягивает из нее азот, поэтому даже через несколько лет на этом месте трудно что-либо выращивать.

В любых экскрементах содержатся гельминты и возбудители различных заболеваний, которые, попав в грунтовые воды, могут проникнуть в водопровод или колодец, что будет представлять угрозу для животных и людей.

Таким образом, возможность переработки опасных отходов в относительно безопасный шлам и техническую воду может быть связана с очень большими косвенными доходами.

Косвенные затраты включают расход газа на производство электроэнергии и подогрев теплоносителя. Кроме того, на рентабельность влияет возможность реализации технологических отходов, т.е высушенного или влажного шлама (шлама) и очищенной технической воды, насыщенной различными микроэлементами.

Многое зависит от размера капитальных вложений, ведь все оборудование можно купить у известной фирмы и по достаточно высокой цене, а можно часть сделать самому.

Не менее важен уровень автоматизации, ведь чем он выше, тем меньше требуется рабочих, а значит меньше затрат на заработную плату и уплату налогов за них.

При правильном выборе оборудования и грамотной организации всего процесса производство биогаза окупается за несколько лет даже без реализации очищенного биогаза.

Ведь к доходам можно отнести:

• заметное снижение затрат, связанных с утилизацией экскрементов;
• повысить плодородие почвы за счет удобрения технической водой и илом;
• снизить стоимость покупки энергии;
• сократить расходы на приобретение удобрений.

Меры безопасности

Производство биогаза — очень опасный процесс, ведь приходится работать с токсичными и взрывоопасными материалами. Поэтому повышенные меры безопасности должны быть реализованы на всех этапах – от разработки проекта оборудования до транспортировки очищенного газа конечным потребителям и обращения с отходами.

По этой причине лучше оставить разработку проекта биореактора и его производство профессионалам. Если вам приходится делать это самостоятельно, желательно брать за основу серийно выпускаемые устройства и тщательно проверять герметичность.

Даже небольшая щель или трещина в реакторе или газгольдере приведет к утечке воздуха и создаст высокую вероятность образования взрывоопасной смеси метана и кислорода.

Кроме того, поступающий внутрь кислород негативно скажется на деятельности метаногенов, из-за чего суточная выработка метана уменьшится, а при достаточном количестве кислорода и вовсе прекратится. Утечка метана или неочищенного газа в помещении создает опасность отравления и высокую опасность взрыва.

Получение разрешения

Несмотря на то, что навоз относится к третьему классу опасности, т.е к умеренно опасным отходам, необходимо получить лицензию на утилизацию.

Но это касается только тех случаев, когда биогаз или электроэнергия из него подлежат продаже.

Кроме того, лицензия требуется, если котел будет работать на покупном сырье. Если полученный биогаз будет использоваться только для нужд того, кто его производит, то получать лицензию не нужно.

Кроме того, необходимо получить разрешение на строительство, а также согласовать проект со следующими ведомствами:

• Ростехнадзор;
• Норвежская пожарная служба;
• СЭС;
• Газовая служба.

Иногда владельцы мелких и не очень фермерских хозяйств пренебрегают согласованиями и разрешениями, потому что строят все на своей земле и никому не продают продукты переработки.

Такая позиция наполняется серьезным штрафом, ведь биогазовые установки относятся к опасным производствам, поэтому должны быть внесены в государственный реестр опасных производственных объектов в Ростехнадзоре.

Кроме того, такие объекты должны быть застрахованы на случай аварии, а перед запуском должны быть проверены специалистами соответствующих ведомств.

Однако владельцы небольших домашних установок пренебрегают регистрацией, поскольку стоимость разрешений сводит на нет все преимущества этого метода удаления навоза.

Однако делают они это на свой страх и риск, ведь в экстренной ситуации им придется не только платить штрафы за отсутствие сведений в ЕГРЮЛ, но и нести все последствия.

Строительство подземного сооружения

Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз дома по минимально возможной цене. Подумайте о строительстве подземной системы. Для его изготовления необходимо выкопать яму, основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.

С противоположных сторон камеры видны входное и выходное отверстия, в которых установлены наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.

Выходная труба диаметром ок. 7 см должны располагаться почти в самом низу бункера, другой конец монтируется в прямоугольную компенсирующую емкость, в которую будут откачиваться отходы.Трубопровод для подачи субстрата находится примерно в 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы выходит в помещение для приема сырья.

Реактор должен быть полностью герметичен. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции

Верхняя часть бункера представляет собой газгольдер куполообразной или конусообразной формы. Изготавливается из листового металла или кровельного железа. Возможна также завершение конструкции кирпичной кладкой, которая затем обшивается стальной сеткой и оштукатуривается. В верхней части газгольдера нужно сделать герметичный люк, убрать газовую трубу, проходящую через гидрозатвор, и установить вентиль для сброса давления газа.

Для перемешивания субстрата агрегат может быть оборудован дренажной системой, работающей по пузырьковому принципу. Для этого вертикально внутри конструкции прикрепите пластиковые трубы так, чтобы их верхний край находился над слоем подложки. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет спускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать биомассу в резервуаре.

Если вы не хотите строить бункер из бетона, вы можете купить готовый контейнер из ПВХ. Для сохранения тепла его необходимо окружить слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно котлована заливается железобетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида можно использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.