Добыча газа из навоза в домашних условиях

Как добыть биогаз в домашних условиях

Вопрос получения метана интересен тем владельцам частных хозяйств, кто занимается разведением птицы или свиней, а также держит крупнорогатый скот. Как правило, в таких хозяйствах вырабатывается значительное количество органических отходов жизнедеятельности животных, они-то и могут принести немалую пользу, став источником дешевого топлива. Цель данного материала – рассказать, как добыть биогаз в домашних условиях, используя эти самые отходы.

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Как можно понять из таблицы, для эффективного производства газа из коровьего навоза и силосных отходов понадобится довольно большое количество сырья. Выгоднее добывать горючее из навоза свиней и помета индюков.

Оставшаяся доля веществ (25—45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Для справки. На практике проверено, что для обогрева утепленного дома, находящегося в средней полосе, потребно около 45 м3 биологического горючего на 1 м2 площади за отопительный сезон.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Технология получения биогаза

Суть эффективного производства — ускорение природного процесса разложения органического сырья. Для этого находящимся в нем бактериям необходимо создать наилучшие условия для размножения и переработки отходов. И первое условие – поместить сырье в закрытую емкость – реактор, иначе — генератор биогаза. Отходы измельчаются и перемешиваются в реакторе с расчетным количеством чистой воды до получения исходного субстрата.

Примечание. Чистая вода необходима для того, чтобы в субстрат не попали вещества, пагубно влияющие на жизнедеятельность бактерий. Как следствие, процесс брожения может сильно замедлиться.

Промышленная установка по производству биогаза оборудована подогревом субстрата, средствами перемешивания и контроля над кислотностью среды. Перемешивание выполняется с целью удалить с поверхности твердую корку, что возникает во время брожения и мешает выделению биогаза. Длительность технологического процесса – не менее 15 дней, за это время степень разложения достигает 25%. Считается, что максимальный выход горючего происходит до 33% разложения биомассы.

Технологией предусматривается ежедневное обновление субстрата, так обеспечивается интенсивное получение газа из навоза, в промышленных установках оно исчисляется сотнями кубических метров в день. Часть отработанной массы в размере порядка 5% от общего объема удаляется из реактора, а на ее место загружается столько же свежего биологического сырья. Отработанный материал используется в качестве органического удобрения полей.

Схема биогазовой установки

Получая биогаз в домашних условиях, невозможно создать столь благоприятные условия для микроорганизмов, как в промышленном производстве. И в первую очередь это утверждение касается организации подогрева генератора. Как известно, это требует затрат энергии, что ведет к существенному удорожанию себестоимости горючего. Контролировать соблюдение слабощелочной среды, присущей процессу брожения, вполне возможно. Только как ее корректировать в случае отклонений? Снова затраты.

Владельцам частных хозяйств, желающим добывать биогаз своими руками, рекомендуется изготовить реактор простой конструкции из доступных материалов, а потом его модернизировать в силу своих возможностей. Что надо сделать:

• герметично закрывающуюся емкость объемом не менее 1 м3. Разные баки и бочки малых размеров тоже подойдут, но горючего из них будет выделяться мало из-за недостаточного количества сырья. Такие объемы производства вас не устроят;
• организовывая производство биогаза в домашних условиях, вы вряд ли станете делать подогрев емкости, а вот утеплить ее нужно обязательно. Другой вариант – заглубить реактор в землю, выполнив тепловую изоляцию верхней части;
• установить в реакторе ручную мешалку любой конструкции, выведя рукоятку через верхнюю крышку. Узел прохода ручки должен быть герметичным;
• предусмотреть патрубки для подачи и выгрузки субстрата, а также для отбора биогаза.

Ниже показана схема биогазовой установки, размещенной ниже уровня земли:

1 – генератор горючего (емкость из металла, пластика или бетона); 2 — бункер для заливки субстрата; 3 – технический люк; 4 – сосуд, играющий роль водяного затвора; 5 – патрубок выгрузки отработанных отходов; 6 – патрубок отбора биогаза.

Как получить биогаз в домашних условиях?

Операция первая – измельчение отходов до фракции, чей размер не более 10 мм. Так гораздо легче приготовить субстрат, да и бактериям будет проще перерабатывать сырье. Получившаяся масса тщательно перемешивается с водой, ее количество – около 0.7 л на 1 кг органики. Как уже сказано выше, воду следует использовать только чистую. Затем субстратом заполняется биогазовая установка, сделанная своими руками, после чего реактор герметично закрывается.

Несколько раз в течении дня надо наведываться к емкости, чтобы перемешать содержимое. На 5-й день можно проверять наличие газа, и буде он появится, периодически откачивать его компрессором в баллон. Если этого вовремя не делать, то давление внутри реактора возрастет и брожение замедлится, а то и остановится вовсе. Спустя 15 дней надо производить выгрузку части субстрата и добавление такого же количество нового. Подробности можно узнать, просмотрев видео:

Заключение

Вполне вероятно, что простейшая установка для получения биогаза не обеспечит все ваши потребности. Но, учитывая нынешнюю стоимость энергоресурсов, это уже будет немалым подспорьем в домашнем хозяйстве, ведь за исходное сырье вам платить не приходится. Со временем, плотно занимаясь производством, вы сможете уловить все особенности и провести необходимое усовершенствование установки.

Способы переработки навоза в биогаз в домашних условиях

С необходимостью решать вопросы по утилизации продуктов жизнедеятельности животных приходится сталкиваться каждому фермеру, независимо от его статуса. Чтобы погрузить, вывезти и захоронить отходы требуются немалые вложения. Существует эффективное и относительное решение, позволяющее превратить экскременты в деньги. Переработка навоза в биогаз — это технология, которой уже давно пользуются в развитых странах.

Общие сведения о биогазе

Навоз содержит в себе множество питательных веществ и минералов. В малом количестве его можно реализовать в небольшом хозяйстве, где есть грядки и огороды. Для средних и крупных фермеров утилизация отходов является настоящей головной болью. Скапливающиеся кучи издают нестерпимый запах, являются источниками инфекции, их содержимое постепенно теряет свои полезные свойства.

Биогаз из навоза имеет практически одинаковый состав с природным газом, который используется в коммунальных системах. Образование горючих летучих соединений происходит благодаря деятельности анаэробных бактерий, для которых органическое сырье является источником пищи. Выделяемое ими вещество на 70% состоит из метана и на 30% из углекислого газа. Первый компонент легче воздуха, второй тяжелее, что способствует их естественному разделению без использования механики и электроники. Остается собрать газ из навоза и направить его к потребителям.

На этом преимущества добычи биотоплива в домашних условиях не заканчиваются. В бункере остается высококачественное удобрение, насыщенное фосфором и азотом, утратившее большую часть патогенных микроорганизмов, погибших в условиях отсутствия кислорода. Полученный газ по своим свойствам практически не уступает природным аналогам. По степени теплоотдачи 1 м³ сопоставим с 1,5 кг каменного угля.

Условия для образования газа из навоза

Горючее вещество является продуктом жизнедеятельности миллиардов бактерий перерабатывающих органические остатки, которые производят домашние животные и птицы. Чтобы этот процесс происходил интенсивно и непрерывно, должны быть созданы соответствующие условия. Метан природного происхождения образовался в недрах земли, на территории с теплым климатом.

Чтобы получить газ из навоза необходимо следующее:

• Герметичный резервуар. Находящийся в воздухе кислород угнетающе действует на анаэробных бактерий. От этого их активность снижается, выработка горючих соединений уменьшается до минимума. Кроме этого, наличие кислорода способствует развитию болезнетворных организмов, вредных и опасных для здоровья человека. Не следует забывать и о специфических ароматах, которые издают фекалии.
• Температурный режим. Участвующие в процессе разложения навоза бактерии активизируются и отлично себя чувствуют при температуре + 30-50 ºС. Чтобы этого достичь, потребуется создать надежную и эффективную теплоизоляцию для емкости с навозом.
• Оборудование для сбора, хранения и транспортировки добытого сырья в дом. Установку нужного типа можно купить или сделать ее самостоятельно из подручных материалов. Второй способ дешевле, но требует больше времени и сил.

При правильном подходе к делу несложно получать до 4 л биотоплива на 1 л полезного объема емкости.

Технология получения биогаза из навоза

Добыча газа из отходов и последующее его использование в качестве топлива позволяет сэкономить на коммунальных услугах и снизить нагрузку на окружающую среду. При большом объеме получаемого сырья его можно использовать для нагрева воды и выработки электроэнергии.

В качестве сырья для производства метана в домашних условиях применяются экскременты птиц, пушных животных, мелкого, среднего и крупного домашнего скота. Допускается включать в смесь ботву, опилки, траву, листву, животные жиры и субпродукты, оставшиеся после забоя.

Получение топлива происходит следующим образом:

1. Создание конструкции, которая по своему устройству напоминают место, где обитают анаэробные бактерии — желудок. Там тепло, темно и нет кислорода.
2. Приготовление смеси для брожения. Она на 90% должна состоять из воды без хлора. Раствор заливается и практически сразу начинается процесс брожения. При грамотно созданных условиях он длится около 12 дней.
3. Отработанный материал откачивается, вместо него заливается новый. Подсаживать свежих бактерий не нужно, так как они уже есть в помете.
4. Осушение биогаза. В нем содержится большое количество влаги, если продукт не переработать, гореть он не будет.
5. Сбор полученного топлива. Для этого используются цистерны, бочки, пластиковые резервуары или полимерные мешки.

Газодобывающие установки могут быть индивидуальными, для одного дома, или общими, снабжающими топливом несколько фермерских хозяйств, специализирующихся на животноводстве.

Схема базовой установки

Чтобы добыть биометан из навоза, нужно создать эффективную установку, в которой будет интенсивно и непрерывно происходить процесс брожения, вызванный деятельностью анаэробных бактерий. Чтобы перерабатывать сырье на протяжении года, вне зависимости от температуры воздуха, следует продумать систему подогрева.

Стандартная базовая установка состоит из таких частей:

• Биореактор. Представляет собой цистерну, емкостью 5-50 м³. Изделие имеет ревизионный люк, отверстия для подачи сырья, вывода удобрений и оттока продуктов брожения. Также в танке устанавливается устройство для перемешивания биомассы принудительного или естественного действия. Бак отделывается теплоизоляционным материалом для защиты от холода.
• Загрузочный контейнер. В него сваливается навоз и прочее сырье. После смешивания с водой субстанция насосом закачивается в реактор.
• Емкость для сбора удобрений. В него поступает отработанный материал, богатый минералами и питательными веществами.
• Система обогрева. Для поддержания нужной температуры под баком устанавливается отдельный обогреватель или по его периметру пускаются трубы от котла, работающего на биогазе.
• Трубопровод. В нем ставится фильтр, клапан, осушитель и компрессор. Эти конструкции забирают часть выделяемых из навоза веществ, но качество газа значительно повышается.
• Газгольдер. Находится на самой высокой точке конструкции. Предназначен для сбора и хранения готового продукта. Емкость хранилища соответствует расчетному объему производимого газа. Если бак металлический, газ содержится в нем под давлением до 12 атмосфер.

Некоторые модели установок оснащаются щитом управления. Это несколько увеличивает стоимость изделия, но полностью автоматизирует процесс получения биогаза. Контроллер поддерживает нужную температуру, производит перемешивание сырья, отводит газ, загружает навоз и откачивает отработанный материал.

Получение газа из навоза в домашних условиях

Для строительства установки для получения газа из навоза нет необходимости согласовывать свои планы с какими-либо инстанциями. Это сооружение замкнутого типа и не создает угрозы загрязнения почвы, атмосферы и грунтовых вод.

Возведение биореактора проводится в такой последовательности:

1. Определение места расположения и размера установки. Составление схемы.
2. Изготовление или покупка готового бака. Как вариант для маленького участка — строительство подземного резервуара из армированного бетона.
3. Сверление отверстий для труб, установка уплотнителей.
4. Установка бака для навоза и приема удобрения.
5. Прокладка коммуникаций (подающая и выводная труба, отопительный контур).
6. Монтаж баллона для сбора биогаза. Обустройство соединительного канала компрессором, фильтром и гидрозатвором.
7. Подвод воды и электричества.
8. Утепление и отделка сооружения, уборка территории.

Массу нужно постоянно перемешивать, чтобы она была однородной. Делать это можно вручную или с помощью электродвигателя. Используется миксер, закрепленный на верхней стенке реактора.

Добыча и использование биогаза дает фермерам множество преимуществ. Технология позволяет получать большой объем бесплатного топлива для отопления всех строений и высококачественные органические удобрения. При правильной организации процесс получения газа из помета можно вывести в отдельное прибыльное производство. Не стоит забывать и об экологии. Сжигание газа гораздо безопаснее, чем угля, мазута и дров.

Наипростейшая установка для получения биогаза для отопления дома

Биогаз — это газ, получаемый метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трёх видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид — бактерии гидролизные, второй — кислотообразующие, третий — метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида.

Для производства биогаза в домашних условиях используются так называемые биогазовые реакторы. Как правило это герметичная емкость обшитую сверху утеплителем. Так же можно реактор размещать под землей. Топливом для реактора служат отходы, в основном навоз.

Житель Липецкой области кузнец Юрий Давыдов нашел этим отходам замечательное применение — соорудил биогазовую установку.

Энергетическую проблему Давыдов решил так. Вырыл большую яму. Уложил в нее огромные бетонные кольца: сам отливал! Накрыл ее железным колоколом весом в тонну. Трубы в сторону от агрегата отвел. А потом собрал у всех соседей навоз, заполнил пахучей массой установку и стал ждать. Соседи поначалу подумали, что он спятил.

За один раз надо пять тонн отходов. Уже через несколько дней купол начинает наполняться газом. Летом, когда жарко, дело быстрее идет, зимой чуть помедленнее. Если газ не стравливать, может здорово рвануть!

Давыдовы сначала собственным газом баньку отапливали, еду на нем поросятам варили, а потом и в дом его провели.

Рис. 1 Принципиальная схема простейшей биогазовой установки.
1 — реактор, 2 — бункер загрузки, 3 — люк для доступа в реактор, 4 — водяной затвор, 5 -выгрузочная труба, 6 — отвод биогаза

Смешать 1,5 тонны коровьего навоза и 3,5 тонны сгнившей листвы, ботвы и прочих отходов.

Добавить в смесь воды до 60 — 70 процентов влажности.

Заложить смесь в яму и с помощью змеевика разогреть до 35 градусов. Дальше смесь начнет бродить и без доступа воздуха сама разогревается до 70 градусов.

Время производства газа из навоза — две недели.

Чтобы купол под давлением газа не слетел с ямы, к нему с помощью тросов необходимо прикрепить противовес.

В день установка вырабатывает до 40 кубометров «голубого топлива». Пяти тонн смеси ей хватает на шесть месяцев.

Что еще важно, что переработанные отходы из биогазовой установки — это высококачественное удобрение, которое можно использовать в сельскохозяйственных целях.

ВОЗМОЖНО ЛИ СДЕЛАТЬ БИОГАЗОВУЮ УСТАНОВКУ СВОИМИ РУКАМИ?

Ответить на этот вопрос можно однозначно – да! В самом деле, смонтировать небольшие установки можно и в домашних условиях. Для отступления скажу, что получение биогаза не является каким-то новым изобретением. Еще в древности биогаз в домашних условиях активно получали в Китае. Эта страна до сих пор является лидером по количеству биогазовых установок. Но вот как сделать биогазовую установку своими руками, что для этого необходимо, сколько это будет стоить – все это постараюсь рассказать в этой и последующих статьях.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Прежде чем приступать к покупке или самостоятельной сборке биогазовой установки необходимо адекватно оценить наличие сырья, его тип, качество и возможность бесперебойной поставки. Далеко не каждое сырье подходит для получения биогаза. Сырье, которое не походит:

сырье с высоким содержанием лигнина; сырье, которое содержит опилки хвойных деревьев, (с наличием смол) с влажностью, превышающей 94% гниющий навоз, а также сырье плесенью либо синтетическими моющими веществами.

Если сырье подходит для переработки, то можно приступать к определению объема биореактора. Общий объем сырья для мезофильного режима (температура биомассы колеблется от 25-40 градусов, наиболее распространенный режим) не превышает 2/3 объема реактора. Суточная доза составляет не более 10% от общего загруженного сырья.

Любое сырье характеризуется тремя важными параметрами:

плотность; зольность; влажность.

Последние два параметра определяются из статистических таблиц. Сырье разбавляется водой из учета достижения 80-92% влажности. Отношение количества воды и сырья может колебаться в соотношении от 1:3 и до 2:1. Это делается, чтобы предать субстрату требуемую текучесть. Т.е. чтобы обеспечить проходимость субстрата по трубам и возможность его перемешивания. Для малых биогазовых установок плотность субстрата допускается принимать равной плотности воды.

Попробуем определить объем реактора на примере.

Допустим, хозяйство имеет 10 голов КРС, 20 свиней и 35 кур. В сутки выходит экскрементов: 55 кг от 1 КРС, от 1 свиньи – 4,5 кг и 0,17 кг от курицы. Объем суточных отходов составит: 10х55+20х4,5+0,17х35 = 550+90+5,95 =645,95 кг. Округлим до 646 кг. Влажность экскрементов свиней и КРС составляет 86%, а куриного помета -75%. Чтобы добиться 85% влажности куриного помета необходимо добавить 3,9 л воды (около 4 кг).

Получается, что суточная доза загрузки сырья составит около 650 кг. Полная загрузка реактора: ОС=10х0,65=6,5 тонн, а объем реактора ОР=1,5х6,5=9,75 м³. Т.е. нам понадобится реактор объемом 10 м³.

РАСЧЕТ ВЫХОДА БИОГАЗА

Таблица расчета выхода биогаза в зависимости от типа сырья.

Тип сырья Выход газа, м³ на 1 кг сухого вещества Выход газа м³ на 1 тонну при влажности 85% Навоз КРС 0,25-0,34 38-51,5 Свиной навоз 0,34-0,58 51,5-88 Птичий помет 0,31-0,62 47-94 Конский навоз 0,2-0,3 30,3-45,5 Овечий навоз 0,3-0,62 45,5-94

Если взять все тот же пример, то перемножив вес каждого типа сырья на соответствующие табличные данные и просуммировав все три составляющие, получим выход биогаза равный приблизительно 27-36,5 м³ в сутки.

Для того чтобы сориентироваться в требуемом кол-ве биогаза скажу, что среднестатистической семье из 4 человек для приготовления пищи понадобится 1,8-3,6 м³. Чтобы обогреть помещение в 100 м² – 20 м³ биогаза в сутки.

УСТАНОВКА И ИЗГОТОВЛЕНИЕ РЕАКТОРА

быть водо- и газонепроницаемым. В реакторе недолжно происходить смешивание воздуха с газом. Между крышкой и корпусом должна быть прокладка из герметичного материала; быть теплоизолированным; выдерживать все нагрузки (давление газа, вес и т.д.); иметь люк для проведения ремонтных работ.

Установка и выбор формы реактора производится для каждого хозяйства индивидуально.

Тема изготовления биогазовой установки своими руками очень обширна. Поэтому в этой статье я на этом остановлюсь. В следующей статье поговорим о выборе остальных элементах биогазовой установки, ценах и где ее можно приобрести.

Вся информация по самодельному изготовлению биогазовых установок черпается из различных источников и абсолютно бесплатно будет представлена в заключительной статье.