Как получить биогаз из навоза: обзор технологии + устройство установки по производству

Технология получения и производства биогаза из навоза

Для того чтобы утилизировать навоз необходимо не только специально отведенное место, но и немало средств. Если частники всецело используют его на своих огородах в больших количествах, то аграрные хозяйства уже давно начали перерабатывать ценное сырье в биогаз. Процесс, как оказывается, доступен каждому. О технологии получения и производства далее наша статья.

По своей сущности данный газ относится к экологически чистым источникам топлива. Его характеристики таковы, что он достаточно похож на природный газ, который добывается промышленными компаниями. Масштабы этого ресурса огромны.

Биогаз можно считать альтернативным топливом, поскольку для его выработки требуются отходы жизнедеятельности животных, которых достаточно в сельском хозяйстве. В результате качественной переработки получается бесцветный газ, не имеющий характерного запаха и содержащий в своем составе около 70% метана.

Теплотворные возможности такого топлива довольно внушительны. К примеру, 1 куб. м. переработанного газа может дать столько же тепла, что и 1,5 кг угля.

Биогаз получают из отходов жизнедеятельности животных

Непременно можно. И выполнить это достаточно просто. Прежде всего, нужно оборудовать специально отведенное место и оснастить его необходимым резервуаром. Но следует помнить, что для переработки понадобится немало биомассы. Для справки, 1 тонна навоза способна превратится в 100 куб. м необходимого топлива.

Каким же способом добывают биогаз:

• Промышленные масштабы выработки топлива подразумевают наличие специального биореактора. В нем при участии анаэробных бактерий происходит процесс переработки сырья. В биомассе происходит брожение и это продолжается определенное время. Важно не допускать попадание чистого воздуха. Длительность данной стадии напрямую зависит от того, сколько биомассы было помещено в реактор.
• Когда данная стадия находится на пике, происходит непрерывное выделение газовой массы. Она состоит из: метана – 60% и более, углекислого газа – 35% и 5% других веществ. Часто специалисты данной области находят частицы сероводорода в составе данной смеси.
• При непрерывной выработке газа, он все время отводится из биореактора на очистку.
• Процесс переработки останавливается и биогаз начинают применять по его прямому назначению, производят очистку установки. Из нее извлекают отходы, которые в дальнейшем направляются на удобрение полей.

Схема биогазового реактора

Биотопливо можно выработать на даче или прямо у себя на участке. Для этого выбираем максимально просторное и безопасное место для постройки конструкции. Затем нужно построить специальную емкость из бетона. При правильном ее обустройстве и отсутствия трещин, она будет служить самым настоящим реактором.

Перед тем, как начинать строительство, необходимо учесть, что отработанный навоз должен беспрепятственно извлекаться после переработки. Выход прост – заранее подготовить специальное отверстие, возможно с трубой. Его необходимо оборудовать так, чтобы была соблюдена полная герметичность всей конструкции. Она будет эффективна, только если газы не будут испаряться.

Выбор размера резервуара зависит от того, сколько навоза ежедневно появляется в хозяйстве. Будь то обычный двор с небольшим количеством скота или полноценная ферма в любом случае биореактор нужно заполнять не более чем на две трети от его полного объема. Только так процесс брожения будет протекать надлежащим образом.

Обратите внимание

После постройки необходимо проверить функциональность установки. После загрузки биомассы начинается переработка. Можно немного ускорить процесс. Для этого применяется весьма эффективный способ – нагрев сырья.

1. Можно использовать специальные нагревательные элементы, которые устанавливаются под емкость.
2. Подключить небольшой змеевик к центральной системе отопления и завести его под резервуар.
3. Можно обогревать реактор напрямую с помощью мощных отопительных приборов электрического типа.

Каждый из типов оборудования рассчитан на применение в определенной местности. На выбор влияют, как правило, погодные условия. Если климат теплый – можно обойтись недорогой, упрощенной установкой. При суровых условиях понадобятся дополнительные механизмы.

Схема получения биогаза в условиях сельского хозяйства

Основные виды:

1. Установка, рассчитанная на ручную загрузку, в которой нет функции перемешивания и подогрева. Одна из самых простых и распространенных вариаций. Может использоваться и в домашних условиях. Переработка навоза – до 200 кг в сутки.
2. Оборудование с ручной загрузкой и возможностью перемешивания биомассы. Более эффективное оснащение при столь же небольшой стоимости.
3. Обновленная система, предусматривающая ручную загрузку, подогрев навоза и его перемешивание. Более дорогостоящий вариант оснащения с реактором, подогреваемым специальным котлом. Он работает на постоянно вырабатывающемся биогазе. По карману промышленным фирмам.
4. Установка, в которую входит – пневматический механизм перемешивания массы, подогрев, газгольдер и ручная загрузка.
5. Полностью автоматизированный набор для сельскохозяйственных и животноводческих фирм. Дорогая и максимально продуктивная.

Задействование всего оборудования происходит следующим образом:

• Загружаются отходы;
• Плотно закрывается резервуар;
• Начинается нагрев массы;
• Выделяется газовая смесь;
• Биогаз очищается и отводится для дальнейшего применения.

Простую установку для реактора можно построить самостоятельно

Схема самодельной установки

Сделать всю перерабатывающую конструкцию достаточно просто. Необходимо сделать:

1. Реактор, исходя из объема навоза;
2. Специальную подставку под реактор, где будут обираться отходы;
3. Клапан;
4. Трубку для отвода биогаза;
5. Нагревающий механизм.

Максимум работоспособности самодельное устройство продемонстрирует при условии соблюдения нескольких правил. Первое – это герметичность. Второе – правильный подогрев. Третье – заполнение резервуара в пределах нормы.

С помощью данного типа топлива, которое будет постоянно производиться на участке, можно полноценно отапливать дом и некоторые другие сооружения. Если скота много, уточный объем навоза позволит производить достаточно «бесплатного» экологически чистого газа для отопления даже двухэтажного здания.

Второй способ использования – расходование углекислого газа. Это просто сделать с помощью воды.

Каждый частник, который держит хозяйство, может обзавестись продуктивным оборудованием для выработки биогаза. К тому же, его можно спроектировать самому. Нужно учитывать климатические условия и объемы сырья. В результате выгода использования данного топлива будет весьма ощутимой.

Получение биогаза из навоза

Биогаз – это один продуктов, образуемых в процессе разложения биомассы под влиянием бактерий определенного типа. Вырабатывается он анаэробно, то есть абсолютно исключая присутствие воздуха.

В каждом крестьянском или фермерском хозяйстве за год накапливается большое количество:

• Экскрементов от сельскохозяйственных животных;
• Ботвы полевых культур;
• Других отходов животноводства и земледелия.

Все это является прекрасным сырьем, которое можно использовать в качестве органического удобрения. Другой способом применения этих отходов — их переработка на биогаз посредством ферментации. Такой продукт просто необходим тем, кто занимается сельскохозяйственным производством.

Биогаз, по сути, есть смесь нескольких компонентов, главные из которых:

1. Метана (от 55 до 70%);
2. Углекислого газа (от 28 до 43%);
3. Сероводорода и других.

Если брать в среднем, то 1 кг биологической массы, разлагаясь, выделяет примерно:

• 0.18 кг метана;
• 0.32 кг углекислоты;
• 0.2 кг обычной воды.

Остаток, не подлежащий разложению, составляет всего 300 г.

Зачем перерабатывать навоз?

Свежий навоз, с его жидкостными составляющими, который никак не перерабатывается, это проблема для окружающей среды. Распространяясь по округе, вперемежку со сточными водами, он загрязняет территории:

• Особо восприимчивые сельскохозяйственные культуры просто гибнут от навозных масс в грунте;
• Загрязняется воздух, приобретая специфический запах;
• Почва заражается болезнетворными микроорганизмами.

Глисты и бактерии, живущие в навозе, продолжают там существовать и активно размножаться. Семена сорных трав, будучи устойчивыми в неблагоприятным воздействиям, попадают из навоза в почву и благополучно прорастают. Чтобы избежать подобных последствий, понадобилась специальная технология переработки биологической массы, которая

1. Увеличивает содержание полезных компонентов;
2. Устраняет вредное воздействие на окружающую среду, в том числе исключает развитие и размножение патогенных микроорганизмов.

Самым перспективным и экономически выгодным направлением в этом плане оказалась анаэробная переработка навоза и других отходов органического происхождения с целью получения биогаза!

Использование биогаза

Высокое содержание метана (около 70%) делает биологический газ горючим. Отходы, которые остаются после переработки сырья, можно использовать для удобрения – они обладают отличными характеристиками и совершенно безопасны в биологическом смысле.

Возможности применения биогаза чрезвычайно широки. Посредством специальных когенерационных установок его можно превращать в электричество и источник тепловой энергии, при этом электро-ресурс подавать в общую сеть, а тепло использовать для обогрева:

• Зданий производственного назначения;
• Жилых домов;
• Помещений, где содержатся сельскохозяйственные животные.

Хорошим альтернативным вариантом, заслуживающим внимания, считается уникальная технология, при которой качественные показатели биологического газа доводятся до уровня природного. В этом случае получившийся газовый продукт можно подавать в сеть и с успехом использовать.Технология позволяет транспортировать ресурс на значительные расстояния, чтобы использовать его в интересах потребителей.

Биологический газ в мировой энергетике

Статистика утверждает, что в мировой энергетике доля биологического газа, полученного из отходов сельскохозяйственного производства, составляет почти 12%, хотя изначально идея его производства и использования не имела целью получение значительной коммерческой выгоды.

И по сей день большой объем биологического сырья, которое используется для получения энергии, не относится к категории коммерческих продуктов и официальной статистикой совсем не учитывается.

Если говорить о странах Евросоюза, то доля биоматериалов в энергетике в общем доходит до 3%, при этом:

• Австрия — это 12% от объема национальной энергетической индустрии;
• Швеция — до 18%;
• Финляндия – около 23%.

Сырье для производства биогаза

В качестве исходных компонентов для производства биологического газа, помимо прочих, можно использовать силосы из кукурузы, травы и ржи. Неплохо подходят для этих целей такие культуры, как сахарная свекла и подсолнечник. В производстве можно использовать такие виды органических отходов, которые не имеют иного применения.

Расчет объема готового продукта

Расчет суточного объема биогаза зависит от вида исходного сырья и суточного количества его загрузки.

В качестве примера можно взять небольшое хозяйство, в составе которого:

• Крупного рогатого скота (КРС) – 10 голов;
• Свиней – 20;
• Кур – 35.

Зная ежесуточный объем экскрементов, получаемых от каждого животного, можно вывести количество этого сырья в сутки, с учетом поголовья:

• КРС – 10 голов х 55 кг = 550 кг (с влажностью 85%);
• Свиньи – 20 голов х 4,5 кг = 90 кг (с таким же, как у КРС, показателем влажности);
• Куры – 35 голов х 0,17 кг = 5,95 кг (при влажности 75%).

Если в куриный помет добавить воды, доведя уровень влагосодержания до нужных 85%, получится 10 кг сырья.

Количество биологического газа, полученного от килограмма экскрементного исходного материала при этом составит:

• Навоз КРС — с 0,04 до 0,05 м3;
• Свиной навоз — с 0,05 до 0,09 м3;
• Куриный помет — с 0,05 до 0,09 м3.

Соответственно, общий объем будет:

• От 550 кг навоза КРС – 22 – 27,5 м3;
• От 90 кг свиного навоза – 4,5–8,1 м3;
• От 10 кг куриного помета – 0,5–0,9 м3.

Итого: от 27 до 36,5 м3 биогаза в сутки.

После переработки навоза количество полезных веществ в навозе возрастает на 15% в сравнении с изначальным показателем. При этом полностью исключено содержание паразитов и патогенных бактерий. Нет там и семян сорняков. Такая биомасса не требует традиционно принятой выдержки и длительного хранения.

В результате утилизации образуется жидкая субстанция со множеством полезных свойств, которая годится для удобрения территорий, где растут кормовые травы и овощи.

Сухое удобрение повышает урожайность:

• Люцерны – до 50%;
• Кукурузы – до 12%;
• Овощных культур – до 30.

Устройство и особенности оборудования для производства биогаза

Выбирая установку для переработки, важно не забывать о поддержании влажности сырья. Для достижения оптимальных результатов желательно наличие функции добавления воды.

При загрузке сырья в емкость автоматически добавляется вода из расчета 1:8. Чтобы масса стала однородной и распределялась равномерно, ее перемешивает специальный насос.

Через заданный промежуток времени навозная масса, непрерывно перемешиваясь, переносится в биореактор. Как только емкость приемника опустеет, процесс перемешивания останавливается в автоматическом режиме.

При загрузке растительного сырья (например, кукурузного силоса), установки для производства биогаза работают без перерыва, соблюдая двухступенчатую технологию.

В состав такого оборудования входят:

• Ферментер;
• Емкость для вторичного брожения;
• Хранилище.

Это позволяет достичь высокой стабильности и надежности работы установки.

В резервуаре, предназначенном для брожения, созданы такие же условия для деятельности полезных бактерий, как и в ферментере.

Таким образом, обеспечивается максимальная продукция биогаза из медленно распадающихся субстратов, ведь на втором этапе выходит 20% от его возможной выработки.

Схемы действия по технологии и конструктивные показатели биогазовой установки находятся в прямой зависимости от:

1. Количества и свойств исходного материала;
2. Режима тепла и влажности;
3. Способов загрузки и особенностей брожения;
4. Других факторов.

Основным оборудованием установки являются:

• Герметичная емкость с теплообменником, где носителем тепла служит вода, нагретая от 50 до 60 градусов;
• Устройство, через которое входит и выходит навоз;
• Приспособление для отвода биогаза.

Безусловно, проще было бы создать универсальный биореактор. Но это невозможно, ведь в каждом хозяйстве применяется свой подстилочный материал и свой способ теплоснабжения. Конструкция установки для получения биогаза во многом определяется местными особенностями и материалами.

Рассмотрим подробнее процессы, которые происходят в биореакторе. Весь установочный комплекс состоит из трех секций:

• • • 1. Загрузочной;
      2. Рабочей;
      3. Выгрузочной.

Внутренняя поверхность реактора — это трубчатая пластиковая емкость. Такая ее структура необходима, чтобы процессы происходили полноценно и в максимальном объеме.

С емкостью-приемником реактор сообщается посредством технологического люка, который открывается в нужный момент, а именно тогда, когда биомасса, смешавшись с водой, приобретает однородную консистенцию.

Верхняя часть рабочего отсека также имеет герметично закрывающийся технологический люк, на поверхности которого расположены приборы контроля количества биомассы, отбора образовавшегося газа и измерения его давления. Когда оно повышается, автоматически срабатывает компрессор, и газ откачивается в газгольдер. Это позволяет избежать повреждения и разрыва емкости.

Важно

В структуре биореактора имеется дополнительный элемент нагревания, отвечающий за температурный режим в процессе брожения. Во второй половине реактора нагревание выше. Это важно для обеспечения химической реакции и максимального выхода готового продукта.

Масса подвергается непрерывному перемешиванию, чтобы не образовалась плавающая корка — она может стать помехой выходящему газу. По окончании брожения биосмесь выгружается в соответствующий сектор, где происходит финальное отделение газовых остатков от жидкой части.

Многие из тех, кто владеет подобными установками, используют в качестве сырья для переработки навоз или его жижу.

Фирма MT-Energie представляет свою новую разработку – одноступенчатую установку по получению биогаза из навозной жижи, которая включает только ферментер и хранилище, исключая емкость для брожения.

Ее отсутствие обусловлено тем, что брожение жижи из навоза идет быстрее, чем аналогичный процесс с использованием силоса. Новая установка является более рентабельной и привлекательной по своей ценовой характеристике.

В связи с преобладанием доли навозной жижи, субстрат в ферментере не обладает значимым потенциалом газообразования, поэтому строительство резервуара, предназначенного для последующего брожения, не целесообразно.

Многие подобные установки функционируют, а тепло, выделяемое при этом не используется. Решение этого вопроса могло бы существенно увеличить КПД оборудования. Чаще всего это связано с особенностями местоположения, ведь комплексы далеко не всегда строятся на промышленно развитых территориях.

Поэтому и получение электричества из биогаза прямо на установке не всегда оправдано. Более предпочтительным вариантом считается выработка электроэнергии вблизи непосредственного потребителя, чтобы вместе с ней можно было использовать и тепло.

Для транспортировки конечного продукта прекрасно подходит действующая сеть газоснабжения. Чтобы биологический газ достиг по своим показателям уровня природного голубого топлива, он нуждается в дополнительной очистке.

Биогаз. Технология производства

Технология производства биогаза. Современные животноводческие комплексы обеспечивают получение высоких производственных показателей. Применяемые технологические решения позволяют полностью соблюдать требования действующих санитарно-гигиенических норм в помещениях самих комплексов.

Однако большие количества жидкого навоза, сконцентрированные в одном месте, создают значительные проблемы для экологии прилегающих к комплексу территорий. Например, свежий свиной навоз и помёт относятся к отходам, имеющим 3-й класс опасности. Экологические вопросы находятся на контроле надзирающих органов, требования законодательства по этим вопросам постоянно ужесточаются.

Биокомплекс предлагает комплексное решение по вопросам утилизации жидкого навоза, которое включает ускоренную переработку в современных биогазовых установках (БГУ).

В процессе переработки, в ускоренном режиме протекают естественные процессы разложения органики с выделением газа включающего: метан, СО2, серу, и т.д.

Совет

Только получаемый газ не выделяется в атмосферу, вызывая парниковый эффект, а направляется в специальные газогенераторные (когенерационные) установки, которые вырабатывают электрическую и тепловую энергию.

Биогаз — горючий газ, образующийся при анаэробном метановом сбраживании биомассы и состоящий преимущественно из метана (55-75%), двуокиси углерода (25-45%) и примесей сероводорода, аммиака, оксидов азота и других (менее 1%).

Разложение биомассы происходит в результате химико-физических процессов и симбиотической жизнедеятельности 3-х основных групп бактерий, при этом продукты метаболизма одних групп бактерий являются продуктами питания других групп, в определённой последовательности.

Первая группа — гидролизные бактерии, вторая – кислотообразующие, третья — метанобразующие.

В качестве сырья для производства биогаза могут использоваться как органические агропромышленные или бытовые отходы, так и растительное сырьё.

Наиболее распространёнными видами отходов АПК, используемыми для производства биогаза, являются:

• навоз свиней и КРС, помёт птицы;
• остатки с кормового стола комплексов КРС;
• ботва овощных культур;
• некондиционный урожай злаковых и овощных культур, сахарной свёклы, кукурузы;
• жом и меласса;
• мучка, дробина, мелкое зерно, зародыши;
• дробина пивная, солодовые ростки, белковый отстой;
• отходы крахмало-паточного производства;
• выжимки фруктовые и овощные;
• сыворотка;
• и пр.

Количество субстратов (видов отходов), используемых для производства биогаза в пределах одной биогазовой установки (БГУ), может варьироваться от одного до десяти и более.

Биогазовые проекты в агропромышленном секторе могут быть созданы по одному из следующих вариантов:

• производство биогаза из отходов отдельного предприятия (например, навоза животноводческой фермы, жома сахарного завода, барды спиртового завода);
• производство биогаза на базе отходов разных предприятий, с привязкой проекта к отдельному предприятию либо отдельно расположенной централизованной БГУ;
• производство биогаза с преимущественным использованием энергетических растений на отдельно расположенных БГУ.

Наиболее распространённым способом энергетического использования биогаза является сжигание в газопоршневых двигателях в составе мини-ТЭЦ, с производством электроэнергии и тепла.

Существуют различные варианты технологических схем биогазовых станций — в зависимости от типов и количества видов применяемых субстратов. Использование предварительной подготовки, в ряде случаев, позволяет добиться увеличения скорости и степени распада сырья в биореакторах, а, следовательно, увеличения общего выхода биогаза.

В случае применения нескольких субстратов, отличающихся свойствами, например, жидких и твёрдых отходов, их накопление, предварительная подготовка (разделение на фракции, измельчение, подогрев, гомогенизация, биохимическая или биологическая обработка, и пр.

) проводится отдельно, после чего они либо смешиваются перед подачей в биореакторы, либо подаются раздельными потоками.

Основными структурными элементами схемы типичной биогазовой установки являются:

• система приёма и предварительной подготовки субстратов;
• система транспортировки субстратов в пределах установки;
• биореакторы (ферментеры) с системой перемешивания;
• система обогрева биореакторов;
• система отвода и очистки биогаза от примесей сероводорода и влаги;
• накопительные ёмкости сброженной массы и биогаза;
• система программного контроля и автоматизации технологических процессов.

Технологические схемы БГУ бывают различными в зависимости от вида и числа перерабатываемых субстратов, от вида и качества конечных целевых продуктов, от того или иного используемого «ноу-хау» компании поставщика технологического решения, и ряда других факторов. Наиболее распространёнными на сегодняшний день являются схемы с одноступенчатым сбраживанием нескольких видов субстратов, одним из которых обычно является навоз.

С развитием биогазовых технологий применяемые технические решения усложняются в сторону двухступенчатых схем, что в ряде случаев обосновано технологической необходимостью эффективной переработки отдельных видов субстратов и повышением общей эффективности использования рабочего объема биореакторов.

Особенностью производства биогаза является то, что он может вырабатываться метановыми бактериями только из абсолютно сухих органических веществ.

Поэтому задачей первого этапа производства, является создание смеси субстрата, который имеет повышенное содержание органических веществ, и в то же время может перекачиваться насосами. Это субстрат с содержанием сухих веществ 10-12%.

Обратите внимание

Решение достигается путём выделения излишней влаги с помощью шнековых сепараторов.

Жидкий навоз поступает из производственных помещений в резервуар, гомогенизируется с помощью погружной мешалки, и погружным насосом подаётся в цех разделения на шнековые сепараторы. Жидкая фракция накапливается в отдельном резервуаре. Твёрдая фракция загружается в устройство подачи твёрдого сырья.

В соответствии с графиком загрузки субстрата в ферментёр, по разработанной программе периодически включается насос, подающий жидкую фракцию в ферментёр и одновременно включается загрузчик твёрдого сырья.

В качестве варианта, жидкая фракция может подаваться в загрузчик твёрдого сырья, имеющего функцию перемешивания, и затем уже готовая смесь подаётся в ферментёр по разработанной программе загрузки.. Включения бывают непродолжительными.

Это сделано, чтобы не допустить излишнего поступления органического субстрата в ферментёр, поскольку это может нарушить баланс веществ и вызовет дестабилизацию процесса в ферментёре.

Одновременно включаются также насосы, перекачивающие дигестат из ферментёра в дображиватель и из дображивателя в накопитель дигестата (лагуну), чтобы не допустить переполнения ферментёра и дображивателя.

Находящиеся в ферментёре и дображивателе массы дигестата, перемешиваются для обеспечения равномерного распределения бактерий по всему объёму ёмкостей. Для перемешивания используются тихоходные мешалки специальной конструкции.

В процессе нахождения субстрата в ферментёре, бактериями выделяется до 80% всего биогаза, вырабатываемого БГУ. В дображивателе выделяется оставшаяся часть биогаза.

Важно

Важную роль в обеспечении стабильного количества выделяемого биогаза играет температура жидкости внутри ферментёра и дображивателя. Как правило, процесс протекает в мезофильном режиме с температурой 41-43ᴼС.

Поддержание стабильной температуры достигается применением специальных трубчатых нагревателей внутри ферментёров и дображивателей, а также надёжной теплоизоляцией стен и трубопроводов. Биогаз, выходящий из дигестата, имеет повышенное содержание серы.

Очистка биогаза от серы производится с помощью специальных бактерий, заселяющих поверхность утеплителя, уложенного на деревянный балочный свод внутри ферментёров и дображивателей.

Накопление биогаза осуществляется в газгольдере, который образуется между поверхностью дигестата и эластичным высокопрочным материалом, покрывающим ферментёр и дображиватель сверху.

Материал имеет способность сильно растягиваться (без уменьшения прочности), что накоплении биогаза значительно увеличивает ёмкость газгольдера.

Для предохранения переполнения газгольдера и разрыва материала, имеется предохранительный клапан.

Далее биогаз поступает в когенерационную установку. Когенерационная установка (КГУ) является блоком, в котором осуществляется выработка электрической энергии генераторами, привод которых осуществляют газопоршневые двигатели, работающие на биогазе.

Когенераторы работающие на биогазе, имеют конструктивные отличия от обычных газогенераторных двигателей, поскольку биогаз является сильно обеднённым топливом.

Совет

Вырабатываемая генераторами электрическая энергия, обеспечивает питание электрооборудования самой БГУ, а все сверх этого отпускается близлежащим потребителям.

Энергия жидкости, идущей на охлаждение когенераторов и является вырабатываемой тепловой энергией за минусом потерь в бойлерных устройствах. Вырабатываемая тепловая энергия, частично идёт на обогрев ферментёров и дображивателей, а оставшаяся часть – также направляется в близ лежащим потребителям. поступает в

Можно установить дополнительное оборудование для очистки биогаза до уровня природного газа, однако это дорогостоящее оборудование и его применяют, только если целью БГУ является не производство тепловой и электрической энергии, а производство топлива для газопоршневых двигателей. Апробированными и наиболее часто применяемыми технологиями очистки биогаза являются водная абсорбция, адсорбция на носителе под давлением, химическое осаждение и мембранное разделение.

Энергетическая эффективность работы БГУ во многом зависит как от выбранной технологии, материалов и конструкции основных сооружений, так и от климатических условий в районе их расположения. Среднее потребление тепловой энергии на подогрев биореакторов в умеренном климатическом поясе равно 15-30% от энергии, вырабатываемой когенераторами (брутто).

Общая энергетическая эффективность биогазового комплекса с ТЭЦ на биогазе составляет в среднем 75-80%.

В ситуации, когда всё тепло, получаемое от когенерационной станции при производстве электроэнергии невозможно потребить (распространённая ситуация из-за отсутствия внешних потребителей тепла), оно отводится в атмосферу. В таком случае, энергетическая эффективность биогазовой ТЭС составляет лишь 35% от общей энергии биогаза.

Основные показатели работы биогазовых установок могут существенно различаться, что во многом определяется применяемыми субстратами, принятым технологическим регламентом, эксплуатационной практикой, выполняемыми задачами каждой отдельной установки.

Процесс переработки навоза составляет не более 40 дней. Получаемый в результате переработки дигестат, не имеет запаха и является прекрасным органическим удобрением, в котором достигнута наибольшая степень минерализации питательных веществ, усваиваемых растениями.

Обратите внимание

Дигестат, как правило, разделяется на жидкую и твёрдую фракции с помощью шнековых сепараторов. Жидкую фракцию направляют в лагуны, где накапливают до периода внесения в почву.

Твёрдая фракция также используется в качестве удобрения.

Если применить к твёрдой фракции дополнительную сушку, грануляцию и упаковку, то она будет пригодна для длительного хранения и транспортировки на большие расстояния.

Производство и энергетическое использования биогаза имеет целый ряд обоснованных и подтверждённых мировой практикой преимуществ, а именно:

1. Возобновляемый источник энергии (ВИЭ). Для производства биогаза используется возобновляемая биомасса.
2. Широкий спектр используемого сырья для производства биогаза позволяет строить биогазовые установки фактически повсеместно в районах концентрации сельскохозяйственного производства и технологически связанных с ним отраслей промышленности.
3. Универсальность способов энергетического использования биогаза как, для производства электрической и/или тепловой энергии по месту его образования, так и на любом объекте, подключённом к газотранспортной сети (в случае подачи очищенного биогаза в эту сеть), а также в качестве моторного топлива для автомобилей.
4. Стабильность производства электроэнергии из биогаза в течение года позволяет покрывать пиковые нагрузки в сети, в том числе и в случае использования нестабильных ВИЭ, например, солнечных и ветровых электростанций.
5. Создание рабочих мест за счёт формирования рыночной цепочки от поставщиков биомассы до эксплуатирующего персонала энергетических объектов.
6. Снижение негативного воздействия на окружающую среду за счёт переработки и обезвреживания отходов путём контролированного сбраживания в биогазовых реакторах. Биогазовые технологии – один из основных и наиболее рациональных путей обезвреживания органических отходов. Проекты по производству биогаза позволяют сокращать выбросы парниковых газов в атмосферу.
7. Агротехнический эффект от применения сброженной в биогазовых реакторах массы на сельскохозяйственных полях проявляется в улучшении структуры почв, регенерации и повышении их плодородия за счёт внесения питательных веществ органического происхождения. Развитие рынка органических удобрений, в том числе из переработанной в биогазовых реакторах массы, в перспективе будет способствовать развитию рынка экологически чистой продукции сельского хозяйства и повышению его конкурентоспособности.

БГУ 75 кВтэл. ~ 9.000 €/кВтэл.

БГУ 150 кВтэл. ~ 6.500 €/кВтэл.

БГУ 250 кВтэл. ~ 6.000 €/кВтэл.

БГУ bis 500 кВтэл. ~ 4.500 €/кВтэл.

БГУ 1 МВтэл. ~ 3.500 €/кВтэл.

Выработанная электрическая и тепловая энергия могут обеспечить не только потребности комплекса, но и прилегающей инфраструктуры. Причём сырьё для БГУ бесплатное, что обеспечивает высокую экономическую эффективность после завершения периода окупаемости (4-7 лет). Себестоимость вырабатываемой на БГУ энергии со временем не растёт, а напротив – уменьшается.

Исходное сырье: навозная жижа от максимально 350 голов КРС. Объем зависит от потребностей фермы полезный объем от 620 до 2 700 m3;Накопитель дигестата (лагуна).

Если Вы хотите получить больше информации по интересующему Вас вопросу, свяжитесь с нами. Мы не можем опубликовать все имеющиеся у нас материалы, однако с удовольствием проконсультируем Вас по интересующей Вас теме.

Это наша работа! Звоните!

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 из навоза – это экологически чистое топливо. По характеристикам он близок к природному газу, который извлекается из недр земли промышленным путем.

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.

Важно

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.

Совет

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.

Завершающим этапом постройки считается проверка оборудования на герметичность.

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.

Шлам также используют для подкорневой подкормки.

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

Переработка и утилизация навоза

Переработка навоза – это не только способ избавиться от отходов. Из этого сырья производят органические удобрения и биогаз, который относится к наиболее чистым видам топлива.

Для чего перерабатывать навоз

Переработка способствует увеличению рентабельности хозяйства и помогает улучшать экологическую ситуацию. Отходы путём переработки превращаются не только в удобрения, но и в биогаз.

Обработанный навоз обладает рядом достоинств, помимо натуральности:

• комплекс полезных микроэлементов, среди которых – азот, калий, кальций, магний, сера и др.;
• долгосрочность воздействия (3-4 года);
• низкая стоимость (фермерские хозяйства могут быть безотходным производством).

Получение удобрений из навоза

Навоз нельзя использовать для удобрения почвы без обработки, потому что свежий продукт подвержен естественным процессам брожения и обработки микроорганизмами, при которых выделяется значительное количество тепла.

Не переработанный навоз может нагреваться до 60-70° С. Применение такого сырья в качестве удобрения опасно для растений, которые могут получить ожоги корневой системы.

Удобрения из навоза получают несколькими способами в зависимости от того:

• чей это навоз: коровий, конский, свиной, птичий;
• какое оборудование есть в ведении предприятия;
• как быстро необходимо получить готовый продукт.

Технологии

Самые распространённые технологии производства удобрений из навоза:

• компостирование;
• вермикомпостирование;
• гранулирование;
• использование бактерий/бактериологических препаратов;
• сушка.

Компостирование

Классический способ переработки органического сырья. Это простая технология, проверенная веками:

1. Навоз, полученный от КРС, свиней, лошадей складируют в буртах (высота — 2-4 метра).
2. Используют добавки для улучшения качества будущего удобрения: солома, опилки и др.

Выбор добавок зависит от «производителя». Свиной навоз жидкий, поэтому требует больше опилок или торфа.

Коровьи отходы также нуждаются в добавках, так как обладают очень плотной структурой вследствие большого содержания питательных веществ.

Конский навоз является самым неприхотливым к количеству добавок, но в настоящее время его трудно раздобыть, потому что количество лошадиных голов на фермах невелико.

Для этого метода обработки навоза не требуется специальное оборудование. Всю работу выполняют микроорганизмы, которые уже обитают в исходном сырье.

Вермикомпостирование

Данный способ получения удобрения из навоза характеризуется тем, что к сырью подселяют дождевых или навозных червей. Удобрение при таком методе обработки насыщается не только микроэлементами, но и микроорганизмами.

Гранулирование

Гранулирование чаще всего используется при переработке птичьего помёта, потому что это самый жидкий вид навоза, который трудно переработать иным способом.

Технология производства гранулированного удобрения состоит из трёх этапов:

1. Сушка сырья до 10-12% влажности.
2. Измельчение полученных гранул.
3. Гранулирование.

Гранулированное удобрение из птичьего помета не имеет отталкивающего запаха, слабо вымывается из почвы и не содержит вредных примесей (семян сорняков, личинок паразитов). Кроме того, такой тип подкормки не увеличивает содержания нитратов в растениях. Поэтому продукт востребован среди аграриев.

Использование бактерий/бактериологических препаратов

Бактерии добавляются к навозу на этапе компостирования. Этот метод позволяет обогатить конечный продукт необходимыми энзимами, а также осуществлять производство на фермах.

Бактериологические препараты добавляют к навозу по примеру бактерий.

Купить бактериологические препараты может каждый владелец подсобного хозяйства. О том, как использовать бактерий при переработке навоза в домашних условиях, рассказывают в видео:

Сушка

Сушка эффективно может применяться только на производстве, позволяя очистить навоз и избавить от семян сорняков. В домашних условиях соблюсти правильную технологию не получится, потому что сушка на открытом воздухе способствует испарению азота и снижению концентрации прочих полезных элементов.

Оборудование

Производство удобрений из навоза не требует оборудования. Необходимо только место, где навоз может пролежать 3-6 месяцев для того, чтобы естественные микроорганизмы могли сделать свою работу.

В промышленных масштабах для производства органических удобрений используют соответствующее нуждам оборудование.

Для гранулирования

Первый этап гранулирования – сушка – происходит в сушильной аэродинамической машине. Это оборудование стоит дорого, но потребляет небольшое количество энергии.

Высушенный помёт перемещается в измельчительную машину, после которой сырьё поступает в гранулятор, где приобретает вид готового удобрения.

Для сушки

Сушка навоза на производстве происходит двумя способами:

1. Сырьё пропускают в центрифугах и фильтраторах для отжима исходной массы, а потом помещают для просушивания в камеры, которые оборудованы источником тепла.
2. Вакуумная технология предполагает использование скребкового конвейера и вакуумного реактора.

Второй способ переработки навоза позволяет обогатить удобрение и другими полезными веществами. Иногда к вакуумному комплексу добавляют гранулятор.

Энергия из навоза (биогаз)

Навоз служит сырьём не только для удобрений, но и для производства биогаза (смесь метана и углекислого газа). Это топливо можно использовать для бытовых нужд. В частности, водонагреватели и обогреватели воздуха способны работать на биогазе.

Для получения одновременно органических удобрений и топлива используют биореакторы.

БУГ – комплекс для переработки всех видов органических отходов – коровьего, свиного навоза и птичьего помёта. Комплекс производит высокоэффективное жидкое органическое удобрение «КОУД» и попутный биогаз.

Технология

Процесс преобразования навоза в удобрение и биогаз происходит в биореакторе, который состоит из трёх частей:

• загрузочная;
• рабочая;
• выгрузочная.

Реактор сконструирован так, что его внутренняя поверхность представляет собой трубчатую ёмкость. Это ускоряет работу и делает более эффективным процесс переработки.

Из загрузочной секции навоз, превращённый в однородную биомассу, перемещается в рабочую часть биореактора. Эта зона снабжена приборами учёта, которые необходимы для контроля над уровнем биомассы и состоянием газа.

В рабочем отсеке устанавливается повышенная температура, необходимая для полноты химического цикла. После обработки в выгрузочный сектор реактора попадает жидкое удобрение, а биогаз поступает в газгольдер.

Оборудование

Для переработки органических отходов в топливо используются различные системы, которые обязательно включают в себя биореактор, где происходит процесс брожения.

Установки по переработке навоза могут быть нескольких типов:

1. Установки, перерабатывающие навоз в удобрение и электрическую энергию («Прометей-20»).

Такой тип оборудования включает в себя:

• биореактор, где происходит разделение сырья на жидкую фракцию и газ;
• газогенератор и котёл, где сжигается биогаз и твёрдый остаток.

При работе данной системы выделяется жидкое удобрение, а объём электрической энергии – до 20 кВТ/час.

1. Установки, перерабатывающие навоз в удобрение и биогаз (система БУГ).

Главные части этой системы:

• биореактор, где происходит процесс брожения;
• газгольдер, куда поступает выделенный газ.

Естественно, система вырабатывает и жидкое удобрение, то есть представляет собой практически безотходное производство.

Стоимость перерабатывающего оборудования довольно высокая. При этом использование подобных установок расширяет возможности сельскохозяйственного предприятия.

Мировой опыт переработки навоза

В Европе и Америке переработка навоза является частью существования фермерских хозяйств, потому что энергетические ресурсы дорогие, а использование биогаза позволяет снизить затраты как на удобрения, так и на энергоресурсы.

В Англии и США навоз используют для приготовления питательной подкормки крупного рогатого скота. Например, производят силосы – вестлаж и навосаж. Смеси приготовляют из коровьего навоза и сена либо свиного навоза с дроблёной кукурузой и кукурузным силосом.

Обратите внимание

Птичий помёт предварительно обрабатывают муравьиной кислотой, а потом используют для откорма бычков в смеси с мелассой.

В Канаде получают высокобелковый прикорм путём обработки специальным грибком смеси навоза и соломы.

Переработка навоза как бизнес в России

Несмотря на дорогостоящее оборудование, выгода переработки навоза достаточно высока.

Молоко приносит около 15% дохода, а рентабельность органических удобрений может быть в районе 300%, по словам хозяйственников, которые занимаются переработкой навоза.

На своём приусадебном участке можно заниматься вермикомпостированием. Этот бизнес довольно быстро приносит доход при налаженных каналах сбыта.

Переработка органических отходов – новый источник повышения рентабельности фермерского хозяйства. При налаженной системе производства появляется возможность:

1. Сократить расходы на удобрения.
2. Повысить плодородность почвы, не прибегая к химическим компонентам.
3. Выращивать растения, которые будут соответствовать всем стандартам органического продукта.
4. Сократить расходы на энергоресурсы при производстве биогаза или электрической энергии.

Все эти возможности служат хорошим дополнением к фермерской деятельности, которые позволяют превратить отходы (навоз) в полезные ресурсы.