Технология производства биогаза из навоза, полный цикл

Фермерским хозяйствам нелегко утилизировать навоз. Образуется его с излишком, много средств приходится тратить на вывоз и утилизацию. В небольших частных хозяйствах навоз активно используют в качестве бесплатного и эффективного удобрения. Оказывается, есть и иной способ полезного использования данного сырья, позволяющий получить природный газ.

Многие хозяйства уже сегодня занимаются производством биогаза из навоза, используя экологичную технологию, позволяющую получать ценный продукт. Биометан из навоза ценен хорошим качеством, потому применяется во многих странах.

Что такое биогаз

Биогаз может составить альтернативу обычному топливу, ведь изготавливается он из отходов жизнедеятельности животных и птиц, которых в избытке можно найти в любом сельском хозяйстве. При правильной обработке сырья можно получить бесцветный биогаз без характерного запаха, в котором содержится не менее 70 % метана.

Биогаз имеет хорошие характеристики. Один кубический метр такого топлива из навоза выпускает столько же тепла, что и полтора кг каменного угля.

Преимущества процесса

Переработкой навоза для получения биогаза занимались еще в советское время. На сегодняшний день многие страны занимаются данным видом промышленности, так как это выгодно, легко и не представляет опасности для окружающей среды.

Такой альтернативный биогаз не нуждается в трудоемком добывании сырья для производства, процесс его создания относительно дешев, а в окружающую среду не выделяются токсические вещества.

Конечно же, навоз можно использовать просто в качестве удобрения, если в хозяйстве всего несколько коров. Гораздо сложнее приходится крупным фермерам с сотнями голов скота, ведь каждый год им приходится избавляться от нескольких тонн навоза.

Чтобы навоз стал качественным удобрением, его необходимо хранить, соблюдая температурный режим. Но это требует лишних расходов, потому большинство фермеров просто собирают его в определенное место, а потом вывозят на пашни.

При неправильном хранении навоз теряет почти половину находящихся в нем азотистых соединений и большую часть фосфора, потому его показатели становятся гораздо хуже. В атмосферу же непрерывно из навоза выделяется газ метан, что ухудшает экологическую ситуацию.

Новейшие технологии получения биометана позволяют перерабатывать сырье таким образом, что полученный биогаз не имеет токсического эффекта для окружающей среды. Биогаз выделяет при сгорании невероятное количество энергии, а нагретый навоз после его использования становится очень ценным анаэробным удобрением.

Технология получения биогаза

Изготовление биогаза возможно при помощи бактерий, для жизнедеятельности которых не нужен кислород. Потому для производства биогаза необходимо соорудить герметичные емкости, в которых будет происходить брожение сырья. Трубы для отвода сконструированы в емкостях таким образом, что воздух из внешней среды не способен просочиться внутрь.

Сначала резервуар наполняют жидким сырьем и повышают температуру до необходимой отметки, чтобы мироорганизмы начали работать. Метан поднимается вверх из жидкого навоза, накапливается в специальных резервуарах, в которых проходит этап фильтрации. Дальше его собирают в газовые баллоны. Использованные массы навоза накапливаются на дне емкостей, откуда периодически их вынимают и хранят в других местах. После откачивания отработанной жидкости в резервуар подается новый навоз.

Температурный режим функционирования бактерий

Метан может выделяться из навоза только при создании для него подходящего температурного режима. Навоз содержит в себе разные бактерии, которые активизируются и выделяют биогаз при разных температурах и с разной скоростью:

• Мезофильные бактерии. Начинают работать, если температура окружающей среды становится выше 30 градусов. Вырабатывается биогаз очень медленно – продукцию можно будет собрать спустя полмесяца.
• Термофильные бактерии. Для их активации требуется температура, равная 50-65 градусам. Биогаз можно будет собрать уже через три дня. Особую ценность представляет шлам – отходы навоза после сильного нагрева. Это полезное удобрение и, главное, безвредное – любые гельминты, семена сорняков, патогенные микроорганизмы уничтожаются при нагревании.
• Встречается и другой вид термофильных бактерий, выживающих при нагревании до температуры в 90 градусов. Их дополнительно включают в навоз, чтобы брожение происходило быстрее.

При понижении температуры все типы бактерий становятся менее активными. В небольшом хозяйстве обычно пользуются мезофиллами, ведь в таком случае дополнительного нагрева не требуется. Дальше первичный биогаз можно использовать для искусственного нагрева навоза и активации термофильных бактерий.

Минус хранения сырья в том, что оно не должно подвергаться скачкам температур. Потому в зимнее время необходимо позаботиться о теплом помещении для складирования навоза.

Подготовка сырья для заливки в реактор

Как правило, дополнительно обогащать навоз микроорганизмами нет необходимости, так как они уже содержатся в нем. Все, что необходимо делать – это правильно подготовить навозный раствор, следить за температурой и вовремя менять сырье в биореакторе.

Влажность сырья должна составлять не менее 90 % (по консистенции как жидкая сметана). Потому перед использованием сухой помет (коз, овец, коней, кроликов) смешивают с водой. Навоз свиньи разводить нет необходимости из-за высокого содержания в нем мочи.

Также важно, чтобы навоз был однородным, без твердых частиц. От мелкости фракций зависит количество образуемого на выходе биогаза. По этой причине внутри оборудования устанавливается постоянно работающая мешалка, уничтожающая твердую корку на поверхности сырья и мешающая выделению метана.

Лучше всего для процесса подойдут отходы с высокой кислотностью (навоз свиней и коров). При снижении показателя кислотности бактерии замедляют свою работу, потому важно в первые разы выяснить, за какое время происходит полная переработка одной порции навозного раствора, и лишь потом заливать его заново.

Технология очистки газа

Получаемый продукт содержит около семидесяти процентов метана, один процент примесей (сероводородных и некоторых летучих элементов) и чуть менее тридцати процентов углекислого газа.

Использовать его как топливо можно только после очищения от примесей. Сероводородные соединения убирают при помощи специальных фильтров. Это необходимо делать по той причине, что такое вещество, образуя с водой кислоту, ускоряет процессы коррозии металлов, труб, резервуара и всей биогазовой установки, если она металлическая.

Углекислый газ также необходимо убрать из топлива, но это требует немало времени:

• В первую очередь биогаз сжимают при сильном давлении.
• В емкость направляют воду, в которой примесь растворится.

Если биогаз производится в огромных масштабах, то очистку производят известью, активированным углем и специальными фильтрами.

Уменьшение содержания влаги

На данном этапе очистку сырья проводят разными способами.

Первый способ похож на работу самогонного аппарата. Биогаз направляют вверх по холодным трубкам. Вода переходит в конденсат и стекает по трубке вниз, в то время как метан направляется в резервуар для дальнейшего хранения.

Другой способ – использование гидрозатвора. Полученный биогаз смешивают с водой, где остаются все примеси. Такой способ требует меньше времени на очистку, так как вода избавляет и от лишней жидкости, и от ненужных элементов.

Установки для получения биогаза

Для изготовления установки недалеко от фермерских хозяйств, наилучшим образом подходит конструкция, которую впоследствии легко будет разобрать и перенести на другую территорию. Главное оборудование всей установки – это биореактор – емкость для заливки навоза и его брожения. Большие предприятия пользуются цистернами в 50 кубометров.

Небольшие частные хозяйства вместо цистерн используют резервуар под землей. Он выкладывается кирпичом в вырытой яме. Для герметичности и прочности все закрепляют цементной массой. Объем зависит от количества образующегося ежедневно навоза.

Для наземной установки могут применять цистерны из пластика, металла или поливинилхлорида.

Установки могут быть как автоматизированными (в них весь процесс происходит без участия человека), так и механическими (откачивать, доливать сырье, забирать биогаз, следить за давлением и температурой необходимо самостоятельно).

В небольшом хозяйстве желательно пользоваться электрическими насосами, мешалками, измельчителями, которые предотвратят появление корок на поверхности навоза и очистки сооружения от отходов.

Советы по самодельному изготовлению

Самое важное правило – отсутствие кислорода в реакторе. При его наличии может произойти взрыв.

Для того чтобы крышку реактора не сорвало высоким давлением, необходимы противовесы, защитные прокладки между резервуарами и крышками.

Резервуар никогда не должен быть абсолютно полон. Желательно пятую часть его объема оставлять незаполненной.

На участке перед установкой оборудование необходимо:

• правильно выбрать место (желательно, как можно дальше от жилого дома)
• рассчитать ежедневные объемы образуемого навоза
• выбрать местоположение для труб (отгрузочных, погрузочных, конденсирующих влагу)
• найти место для отходов навоза
• выкопать котлован
• приобрести емкость для резервуара и закрепить ее на дне котлована
• загерметизировать все места стыков
• сконструировать люк для осмотра реактора (между люком и реактором обязательно поставить прокладку)

Если установка происходит в холодном климате, то обязательно стоит продумать способы её нагрева.

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).

Отходы биомассы после получения газа

Образуемый после нагревания навоза шлам применяют повсеместно в сельском хозяйстве в виде удобрений.

Образуемый углекислый газ обычно стремятся очистить, но при растворении его в воде получается полезная жидкость.

Полное использование продуктов биогазовой установки

При рациональном использовании навоза, отходов после образования биогаза может не быть вовсе. К примеру, углекислый газ применяют в качестве подкормки для овощных культур.

Потому при наличии небольшой установки по производству биогаза будет полезно установить и биотеплицу, которая за счет удобрений и полученной энергии может работать круглый год.