Биогаз из навоза своими руками: как получить биогаз в домашних условиях

Виды навоза

По степени разложения органика подразделяется на 5 видов:

  • Свежий навоз содержит большое количество яиц гельминтов, спор грибков, семян сорняков и угнетающе действует на растения. Поэтому этот вид удобрения для подкормки не используют.
  • Полупревший, распадающийся от прикосновения темно-коричневый навоз для подкормки растений используют в жидком виде. На него хорошо реагирует капуста и тыквенные культуры. Осенью на каждый квадратный метр участка полуперепревшего навоза вносят по 5 кг. На следующий год на таких грядках можно будет сажать томаты и корнеплоды.
  • Перепревший темный, вязкий навоз очень легкий. В нем уже полностью разложились опилки и солома. При его внесение на участок следует помнить, что чем дольше хранится органика, тем меньше в ней питательных веществ.
  • Перегной не имеет резкого запаха и очень похож на землю. Используется как мульча и добавка в земельные смеси, качество которых он улучшает.
  • Гранулированный навоз является довольно новым органическим удобрением. Его преимущества в том, что в гранулах содержатся питательные вещества свежего навоза. Кроме того, гранулированное удобрение легко использовать. Достаточно добавить при перекопке примерно по 12 кг на сотку, чтобы улучшить структуру почвы и создать для полезных микроорганизмов благоприятную среду.

Что такое биогаз?

Биогазом называют вещество, получаемое из натурального сырья в виде биомассы (навоза, птичьего помета) вследствие ее брожения. В данный процесс вовлечены различные бактерии, каждая из которых питается продуктами жизнедеятельности предыдущих. Выделяют такие микроорганизмы, принимающие активное участие в процессе производства биогаза:

  • гидролизные;
  • кислотообразующие;
  • метанообразующие.

Технология получения биогаза из готовой биомассы заключается в стимуляции природных процессов. Находящимся в навозе бактериям следует создать оптимальные условия для быстрого размножения и эффективной переработки веществ. Для этого биологическое сырье помещают в закрытый от поступления кислорода резервуар.

После этого в работу вступает группа анаэробных микробов. Они позволяют преобразовать фосфор-, калий- и азотсодержащие соединения в чистые формы. В результате переработки образуется не только биогаз, но и качественные одобрения. Они идеально подходят для сельскохозяйственных нужд и более эффективны, чем традиционный навоз.

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.

Происхождение и состав газа

Научное определение природного газа – это смесь газов различного химического состава на основе углеводородного соединения. В зависимости от месторождения, состав углеводородов разнится в количественном соотношении, основными компонентами природного газа служат следующие химические элементы:

  • Метан.
  • Бутан.
  • Этан.
  • Пропан.
  • Водород (сероводород).
  • Углерод (в соединении).
  • Азот, гелий и пр.
  • Примеси.

При добыче сланцевого газа, залежи которого находятся на глубине 10 тыс. м, в составе ископаемого сырья находится большее количество различных углеводородных соединений.

Поэтому невозможно научно обосновать единственную общую формулу для обозначения состава ископаемого.

В природе газ бесцветен и не имеет никакого запаха, его присутствие в породе определяется искусственным методом с помощью оборудования. В болотах часто на поверхности выделяют болотный газ специфического запаха. Однако это не запах ископаемого, а запах растительных компонентов конкретной среды (брожение, гниение растений и пр.).

Работа устройства для получения биогаза

Основной принцип работы установки по производству биогаза – брожение. В результате полученный биогаз, используется, как и природный. К примеру, с его помощью можно обогреть помещение или выработать электроэнергию.

Таким газом можно заправить автомобиль, естественно, сначала его потребуется сжать.

Сам процесс выработки биогаза в биогазовой установке происходит в несколько этапов. На первом этапе загружается сырье. Для обеспечения максимальной эффективности, придерживаются определенной влажности сырья. Наилучший вариант – использование функции добавления воды.

После загрузки сырья в емкость, из расчета 1 к 8 к сырьевой базе добавляют воду и включают насос, с помощью которого все тщательно перемешивается и становится однородным.

Процесс выработки биогаза из навоза

Далее сырьевая масса, попадает в биореактор, при этом, продолжая перемешиваться. Перемешивание автоматически отключится после полной выгрузки сырья из емкости.

Однородная, смешанная с водой биомасса, попадает в биореактор через открывающийся технологический люк. Такой же герметичный люк имеется и в верхней части биореактора. На нем расположены приборы, отслеживающие уровень биомассы, измеряющие давление биогаза и осуществляющие его отбор.

Чтобы не случился разрыв емкости, специальный компресс автоматически может включаться или выключаться при повышении давления. Также компрессор способствует откачке газа из биореактора в газгольдер.

Биореактор также оснащен нагревательным элементом, который поддерживает нужную для брожения температуру.

Затем биомасса попадает во вторую часть биореактора, где проходит химическая реакция. Все процессы происходят с постоянным перемешиванием биомассы, что исключает возможность образования плавающей корки, которая препятствует выходу биогаза. После того как биомасса окончательно перебродила, она попадает в выгрузочный сектор, где отделяется жидкое удобрение и остатки газа.

Особенности процесса

Навоз, как и помет, является не только экскрементами животных, но и очень сложным веществом.

Оно наполнено различными микроорганизмами, которые участвуют во многих химических и физических процессах.

Во время нахождения в кишечнике они перерабатывают пищу, разрушают сложные органические цепочки, превращая их в простые вещества, пригодные для усваивания через стенки кишечника.

При этом численность и активность микроорганизмов корректируется желудочным соком и выделяемыми кишечником веществами.

После попадания в биореактор их часть начинает усиленно поглощать кислород, выделяя в процессе своей жизнедеятельности различные газы. Именно они расщепляют сложные органические соединения, превращая их в вещества, пригодные для питания метанообразующих микроорганизмов.

Этот процесс называют гидролизом или брожением. Когда уровень кислорода падает до критического значения, эти микроорганизмы гибнут и перестают участвовать в происходящих процессах, а их работу выполняют анаэробные археи, то есть не нуждающиеся в кислороде.

Большинство людей считает метанообразующие микроорганизмы бактериями, подразумевая под этим их маленький размер, но ученые с недавнего времени (1990 год) относят их к метаногенам, то есть археобактериям (археям), питающимся водородом и окисью углерода (угарным газом).

Они отличаются от бактерий по своему строению, но сопоставимы с ними по размерам. Поэтому многие производители удобрений до сих пор называют их бактериями, ведь на уровне обычного пользователя устройств для получения биотоплива оба названия одинаково правильны.

Метанобразующие микроорганизмы питаются расщепленной органикой, превращая ее в сапропель (донный ил, состоящий из смеси органических и неорганических веществ, среди которых есть гумусовые кислоты, являющиеся органической основой почвы) и воду с выделением метана.

Поскольку в процессе перегнивания участвуют не только метанобразующие микроорганизмы, то выделяемый ими газ состоит не только из метана, а также включает в себя:

  • углекислый газ;
  • сероводород;
  • азот;
  • воздушно-водную дисперсию.

Доля каждого газа зависит от количества и активности соответствующих микроорганизмов, на жизнедеятельность которых влияют многие факторы.

Среди них:

  • размер твердых фракций содержимого биореактора;
  • процентное соотношение жидких/твердых органических фракций;
  • исходный состав материала;
  • температура;
  • остаток подходящих для этих микроорганизмов питательных веществ на текущий момент.

Экологическое значение

Природный газ наносит минимальный ущерб окружающей среде. Данный вид топлива экологически чист. При его горении практически не выделяется вредных отходов, в отличие от угля, дров и нефти. Но существует другая опасность для биосферы.

За прошлый век было использовано большое количество топлива, включая природный газ. Это повлекло за собой увеличение доли углекислого газа в атмосфере. Ученые обеспокоены, что из-за этого возможен парниковый эффект с последующим глобальным потеплением. Как результат – таяние ледников, поднятие уровня воды Мирового океана.

В 1997 году многие страны мира подписали Киотский протокол, чтобы помочь остановить процесс глобального потепления. Он является дополнительным документом к конвенции ООН 1992 года об изменении климата. Международное соглашение было подписано в городе Киото (Япония).

Протокол ратифицирован 192 странами. На эти страны приходится больше половины мировых загрязнений. Главная цель государств – сокращение выбросов парниковых газов. Ученые ищут другие пути получения топливной энергии.

После этого последовало внедрение программы по преодолению техноэкологического кризиса. Задачей является преобразование цен на источники энергии, исходя из их топливной калорийности.

Какое сырье подходит для производства

Вопреки расхожему мнению, навоз не является лучшим сырьем для производства биогаза. Выход топлива из тонны чистого навоза всего 50–70 м3 с концентрацией 28–30%. Однако именно в отходах жизнедеятельности животных содержится большинство необходимых бактерий для быстрого запуска и поддержания эффективной работы реактора.

По этой причине навоз смешивают с отходами растениеводства и пищевой промышленности в соотношении 1:3. В качестве растительного сырья используют:

Сырье Выход с 1 т сырья Концентрация СН4
Силос из стеблей и початков кукурузы 400 м3 50-56%
Силос из травы и зерновых 200-230 м3 49-54%
Кормовой картофель, свекла, зерно 500-600 м3 50-65%
Отходы пекарен и пищевой промышленности (соя, овёс) 700-750 м3 55-58%
Растительные масла, жир, глицерин 8500-1200 м3 65-68%

Сырье нельзя просто засыпать в реактор, нужна определенная подготовка. Исходный субстрат измельчают до фракции 0,4–0,7 мм и разбавляют водой в количестве около 25–30% от сухой массы. В больших объемах смесь требует более тщательного смешивания в устройствах гомогенизации, после чего она готова к загрузке в реактор.

Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.

Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %. Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

Различают теоретический (физически возможный) и технически-реализуемый выход газа. В 1950-70-х годах технически возможный выход газа составлял всего 20-30 % от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья (например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов) и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 % до 95 %.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.

На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Чтобы посчитать выход биогаза из конкретного сырья, необходимо провести лабораторные испытания или посмотреть справочные данные и определить содержание жиров, белков и углеводов. При определении последних важно узнать процентное содержание быстроразлагаемых (фруктоза, сахар, сахароза, крахмал) и трудноразлагаемых веществ (например, целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин). Определив содержание веществ, можно вычислить выход газа для каждого вещества по отдельности и затем сложить.

Раньше, когда не было науки о биогазе и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие «животной единицы». Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

Условия для образования газа из навоза

В реакторе нужно поддерживать температуру от 30 до 50 градусов для жизнедеятельности бактерий

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.

Механизм образования газа из органического сырья

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

  • Метан (до 70%).
  • Углекислый газ (примерно 30%).
  • Другие газообразные вещества (1-2%).

Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем выкачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.

Реактор для получения биогаза должен иметь полностью герметичную конструкцию, в которой отсутствует кислород, в противном случае процесс разложения навоза будет проходить крайне медленно

Второе важное условие для эффективного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов. Причем в навозе содержится два вида бактерий:

  • Мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
  • Термофильные. Для их размножения необходимо соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.

Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива. При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.

Эффективность термофильных установок видна невооруженным глазом, однако и цена их обслуживания очень высока, поэтому прежде чем выбрать тот или иной способ получения биогаза, необходимо очень тщательно все просчитать (кликните для увеличения)

Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами. Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.

Биогаз по критериям энергетического потенциала немногим уступает привычному газовому топливу. Однако в его составе есть сернокислые испарения, наличие которых следует учесть при выборе материалов для сооружения установки

Этапы получения биогаза

Получение биогаза происходит с использованием устоявшейся технологии, включающей несколько этапов:

  1. Биологические отходы измельчают на более мелкие кусочки и суспендируют, чтобы подготовить их к процессу анаэробного сбраживания. Суспендирование означает добавление жидкости в биоотходы для облегчения обработки.
  2. Микробам нужны теплые условия, поэтому биоотходы нагреваются примерно до 37 °C.
  3. Фактическое производство биогаза происходит посредством анаэробного сбраживания в больших резервуарах в течение примерно трех недель.
  4. На заключительной стадии, газ очищается путем удаления примесей и углекислого газа.

После этого биогаз готов к использованию предприятиями и потребителями, например, в сжиженном виде или с последующей закачкой в сеть газопроводов

Характеристики и свойства биогаза

Биогаз, полученный в процессе сбраживания, состоит в среднем из:

  • 50-80% метана
  • 15-45% углекислого газа
  • 5% другие газы (в основном водород и азот)

Продукты переработки газа и сфера их применения

В процессе добычи и очистки газа, помимо основного своего использования как топлива (80%), из составляющих компонентов получают несколько продуктов переработки.

Клей Фенопласт который производят после переработки метана

При переработке выделенного метана, химическим путем извлекают его главную производную – формальдегиды. Данные компоненты используют в производстве фенопластов, которые широко применяются при производстве строительного материала (прессовка фанеры, производство ДВП, теплоизоляция на основе пенопласта и минеральной ваты).

Смолы. Данный компонент широко используется для производства лаков и строительных красителей.

При первичной очистке ископаемого выделяют гелий, который используется при производстве высокоточного (часто медицинского) оборудования и в космической отрасли.

При производстве сельскохозяйственных удобрений используют аммиак, производную составляющую, выделяемую из водорода. Пищевая промышленность использует данный компонент как натуральный канцероген. При разработке новых лекарственных форм используется водный раствор аммиака.

В основе производства полиэтилена и пластмасс находится такой продукт переработки, как этан.

Выделенный метанол используется как компонент транспортного топлива.

Кислоты. Легкая (бумажное и текстильное производство) промышленность использует выделенные из газа кислоты (уксусная) при производстве необходимых красителей.

В оборонном комплексе используется нитрат аммония, являющийся основой при производстве взрывчатых веществ.

Современные технологии переработки газа, экономия и рациональное использование ресурсов позволяют применять альтернативные виды топлива для удовлетворения увеличивающихся потребностей промышленности и населения в энергоносителях.

Источники

  • https://zen.yandex.com/media/id/5bd6b0a11d6b0a00ab5b6110/konskii-i-korovii-navoz-hranenie-i-primenenie-v-sadu-i-ogorode-5c726e6d19e41a00b37a5958
  • https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/biogaza.html
  • https://cotlix.com/biogaz-v-domashnix-usloviyax
  • https://promzn.ru/gazovaya-promyshlennost/pererabotka-gaza.html
  • https://pechiexpert.ru/biogaz-iz-navoza-01/
  • https://rcycle.net/navoz/otoplenie/tehnologiya-pererabotki-v-biogaz
  • https://musorish.ru/pererabotka-prirodnogo-gaza/
  • https://www.rmnt.ru/story/gas/biogazovaja-ustanovka-pererabotka-organicheskix-otxodov-spolzoy.973061/
  • https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B8%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7
  • https://StrojDvor.ru/gazosnabzhenie/sposoby-pererabotki-navoza-v-biogaz-v-domashnix-usloviyax/
  • https://econet.ru/articles/146539-kak-poluchit-biogaz-iz-navoza-tehnologiya-i-ustroystvo-ustanovki-po-proizvodstvu
  • https://conveco.ru/polucheniye-biogaza

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: