Отримання біогазу зі свіжої трави. Отримання та розрахунок біогазу

Питання одержання метану цікаве тим власникам приватних господарств, хто займається розведенням птиці чи свиней, а також тримає великорогату худобу. Як правило, у таких господарствах виробляється значна кількість органічних відходів життєдіяльності тварин, вони можуть принести чималу користь, ставши джерелом дешевого палива. Мета даного матеріалу – розповісти, як видобути біогаз у домашніх умовах, використовуючи ці самі відходи.

Загальні відомості про біогаз

Одержуваний з різного гною і пташиного посліду домашній біогаз переважно складається з метану. Там його від 50 до 80%, залежно від того, чиї відходи життєдіяльності використовувалися для виробництва. Того самого метану, що горить у наших плитах та котлах, і за який ми платимо часом чималі гроші згідно з показаннями лічильника.

Щоб дати уявлення про кількість пального, що теоретично можна видобути при утриманні тварин вдома або на дачі, представимо таблицю з даними про вихід біогазу та вміст у ньому чистого метану:

Як можна зрозуміти з таблиці, для ефективного виробництва газу з коров'ячого гною та силосних відходів знадобиться досить велика кількість сировини. Вигідніше добувати пальне з гною свиней та посліду індиків.

Частка речовин, що залишилася (25-45%), з яких складається домашній біогаз, припадає на вуглекислий газ (до 43%) і сірководень (1%). Також у складі пального присутні азот, аміак та кисень, але у незначних кількостях. До речі, саме завдяки виділенню сірководню та аміаку гнойова купа видає такий знайомий «приємний» запах. Що ж до енергетичного вмісту, то 1 м3 метану теоретично може виділити при спалюванні до 25 МДж (6.95 кВт) теплової енергії. Питома теплота згоряння біогазу залежить від частки метану у його складі.

Для довідки.Насправді перевірено, що з обігріву утепленого будинку, що у середньої смузі, потрібно близько 45 м3 біологічного палива на 1 м2 площі за опалювальний сезон.

Природою влаштовано так, що біогаз з гною утворюється спонтанно і незалежно від того, хочемо його отримувати чи ні. Гнойова купа перегниває протягом року – півтора, просто перебуваючи на свіжому повітрі і навіть за негативної температури. Весь цей час вона виділяє біогаз, але лише у невеликих кількостях, оскільки процес розтягнутий у часі. Причиною є сотні видів мікроорганізмів, що знаходяться в екскрементах тварин. Тобто для початку газовиділення нічого не потрібно, воно відбуватиметься самостійно. А ось для оптимізації процесу та його прискорення знадобиться спеціальне обладнання, про що йтиметься далі.

Технологія отримання біогазу

Суть ефективного виробництва – прискорення природного процесу розкладання органічної сировини. Для цього бактеріям, що знаходяться в ньому, необхідно створити найкращі умови для розмноження і переробки відходів. І перша умова – помістити сировину у закриту ємність – реактор, інакше – генератор біогазу. Відходи подрібнюються та перемішуються в реакторі з розрахунковою кількістю чистої води до отримання вихідного субстрату.

Примітка.Чиста вода необхідна для того, щоб у субстрат не потрапили речовини, що згубно впливають на життєдіяльність бактерій. Як наслідок, процес бродіння може сильно сповільнитись.

Промислова установка з виробництва біогазу обладнана підігрівом субстрату, засобами перемішування та контролю за кислотністю середовища. Перемішування виконується з метою видалити з поверхні тверду кірку, що виникає під час бродіння та заважає виділенню біогазу. Тривалість технологічного процесу – щонайменше 15 днів, цей час ступінь розкладання сягає 25%. Вважається, що максимальний вихід пального відбувається до 33% розкладання біомаси.

Технологією передбачається щоденне оновлення субстрату, тому забезпечується інтенсивне отримання газу з гною, у промислових установках воно обчислюється сотнями кубічних метрів на день. Частина відпрацьованої маси у розмірі близько 5% від загального обсягу видаляється з реактора, а на її місце завантажується стільки ж свіжої біологічної сировини. Відпрацьований матеріал використовується як органічне добрива полів.

Схема біогазової установки

Отримуючи біогаз у домашніх умовах, неможливо створити такі сприятливі умови для мікроорганізмів, як у промисловому виробництві. І насамперед це твердження стосується організації підігріву генератора. Як відомо, це потребує витрат енергії, що веде до суттєвого подорожчання собівартості пального. Контролювати дотримання слаболужного середовища, властивого процесу бродіння, цілком можливо. Тільки як її коригувати у разі відхилень? Знову витрати.

Власникам приватних господарств, які бажають добувати біогаз своїми руками, рекомендується виготовити реактор простої конструкції з доступних матеріалів, а потім його модернізувати через свої можливості. Що треба зробити:

• ємність, що герметично закривається, об'ємом не менше 1 м3. Різні баки та бочки малих розмірів теж підійдуть, але пального з них виділятиметься мало через недостатню кількість сировини. Такі обсяги виробництва вас не влаштують;
• організовуючи виробництво біогазу в домашніх умовах, ви навряд чи робитимете підігрів ємності, а ось утеплити її потрібно обов'язково. Інший варіант – заглибити реактор у землю, виконавши теплову ізоляцію верхньої частини;
• встановити в реакторі ручну мішалку будь-якої конструкції, вивівши рукоятку через верхню кришку. Вузол проходу ручки має бути герметичним;
• передбачити патрубки для подачі та вивантаження субстрату, а також для відбору біогазу.

Нижче показано схему біогазової установки, розміщеної нижче рівня землі:

1 – генератор пального (ємність із металу, пластику або бетону); 2 - бункер для заливання субстрату; 3 – технічний люк; 4 - посудина, що грає роль водяного затвора; 5 – патрубок вивантаження відпрацьованих відходів; 6 – патрубок відбору біогазу.

Як отримати біогаз у домашніх умовах?

Операція перша - подрібнення відходів до фракції, розмір яких не більше 10 мм. Так набагато легше приготувати субстрат та й бактеріям буде простіше переробляти сировину. Маса, що вийшла, ретельно перемішується з водою, її кількість - близько 0.7 л на 1 кг органіки. Як сказано вище, воду слід використовувати лише чисту. Потім субстратом заповнюється біогазова установка, зроблена своїми руками, після чого реактор герметично закривається.

Кілька разів протягом дня треба навідуватися до ємності, щоб перемішати вміст. На 5-й день можна перевіряти наявність газу, і він буде з'явитися, періодично відкачувати його компресором у балон. Якщо цього вчасно не робити, то тиск усередині реактора зросте і бродіння сповільниться, а то й зовсім зупиниться. Через 15 днів треба проводити вивантаження частини субстрату та додавання такої ж кількості нового. Подробиці можна дізнатися, переглянувши відео:

Висновок

Цілком ймовірно, що найпростіша установка для отримання біогазу не забезпечить усі ваші потреби. Але, з огляду на нинішню вартість енергоресурсів, це вже буде неабиякою підмогою у домашньому господарстві, адже за вихідну сировину вам платити не доводиться. Згодом, щільно займаючись виробництвом, ви зможете вловити всі особливості та провести необхідне вдосконалення установки.

Газ широко застосовується як у промисловості, зокрема і хімічної (наприклад, сировину отримання пластмас) і у побуті. У побутових умовах газ використовують для опалення житлових приватних та багатоквартирних будинків, приготування їжі, нагрівання води як паливо для машин і т.д.

В екологічному відношенні газ один із найчистіших видів палива. Якщо порівняти з іншими видами палива, найменша кількість викидів шкідливих речовин.

Але якщо ми говоримо про газ то автоматично маємо на увазі природний газ, що видобувається з земних надр.

Якось одного разу я натрапив у газеті на статтю в якій розповідалося як один дід зібрав не хитру установку і отримує газ із гною. Мене ця тема дуже зацікавила. І я хотів би розповісти про цю альтернативу природному газу – це біогаз. Я вважаю, що ця тема є досить цікавою і корисною простим людям і особливо фермерам.

На обійсті будь-якого селянського господарства можна використовувати не тільки енергію вітру, сонця, а й біогазу.

Біогаз- газоподібне паливо, продукт анаеробного мікробіологічного розкладання органічних речовин. Технологія отримання газу екологічно чистий, безвідходний спосіб переробки, утилізації та знезараження різноманітних органічних відходів рослинного та тваринного походження.

Сировиною для отримання біогазу є звичайний гній, листя, трава, загалом, будь-яке органічне сміття: бадилля, харчові відходи, опале листя.

Одержуваний газ - метан це результат життєдіяльності метанових бактерій. З метану його ще називають болотним або рудничним газом на 90-98 % складається природний газ, який використовується в побуті.

Установка для одержання газу дуже проста у виготовленні. Нам потрібна основна ємність, її можна зварити самому або використовувати якусь уже готову це може бути все що завгодно. З боків ємності потрібно встановити теплоізоляцію для використання установки в холодну пору року. Зверху робимо пару люків. Від одного з них приєднуємо трубки для відведення газу. Для інтенсивного процесу бродіння та виділення газу суміш потрібно періодично перемішувати. Тому необхідно встановити пристрій для перемішування. Далі газ необхідно зібрати та складувати або використовувати за призначенням. Для збору газу можна використовувати звичайну автомобільну камеру, а далі, якщо є компресор, стискати і закачувати в балони.

Принцип роботи досить простий: через один люк завантажується гній. Усередині відбувається розкладання цієї біомаси спеціальними метановими бактеріями. Щоб процес проходив інтенсивніше, вміст потрібно перемішувати та бажано підігрівати. Для обігріву можна встановити всередині трубки, по яких повинна циркулювати гаряча вода. Метан бактерій, що виділився в результаті життєдіяльності, по трубках потрапляє в автомобільні камери, а коли його накопичується достатня кількість, за допомогою компресора стискаємо і закачуємо в балони.

У теплу погоду або при використанні штучного підігріву установка може давати досить велику кількість газу близько 8 м 3 /сут.

Так само газ можна отримувати з побутових відходів зі звалищ, але проблемою є хімікати, що використовуються в побуті.

Метанові бактерії знаходяться в кишечнику тварин і, отже, у гною. Але щоб вони почали працювати потрібно обмежити їхню взаємодію Космосу з киснем, оскільки він пригнічує їх життєдіяльність. Саме тому потрібно створювати спеціальні установки, щоб бактерії не контактували із повітрям.

У отримуваному біогазі концентрація метану трохи нижча ніж у природному, отже при його спалюванні він буде давати трохи менше тепла. При спалюванні 1 м 3 газу виділяється 7-7,5 Гкал, то при біогазу - 6-6.5 Гкал.

Цей газ підходить як для опалення (у нас є загальні відомості про опалення) так і для використання в побутових плитах. Собівартість біогазу низька, а в деяких випадках взагалі практично дорівнює нулю, якщо все зроблено з підручних матеріалів і ви тримаєте, наприклад, корову.

Відходи від виробництва газу - це біогумус - органічне добрива в якому в процесі гниття без доступу кисню перегниває все від насіння бур'янів, а залишаються тільки корисні мікроелементи, необхідні рослинам.

За кордоном навіть є методи створення штучних родовищ газу. Виглядає це в такий спосіб. Оскільки велика частка в побутовому смітті, що викидається, це органіка, яка може гнити і давати біогаз. Щоб газ почав виділятися, потрібно позбавити органіку взаємодії з повітрям. Тому відходи закочують шарами, а верхній шар роблять із газоводонепроникного матеріалу, наприклад, глини. Потім бурять свердловини та видобувають газ як із природних родовищ. І одночасно вирішується кілька проблем, це утилізація відходів та отримання енергії.

За яких умов виходить біогаз?

Умови отримання та енергетична цінність біогазу

Для того щоб зібрати компактну установку потрібно знати з якої сировини і за якою технологією можна отримати біогаз.

Газ виходить у процесі розкладання (ферментації) органічних речовин без доступу повітря (анаеробний процес): послід домашніх тварин, солома, бадилля, опале листя та ін. органічні відходи, що утворюються в індивідуальному господарстві. Звідси випливає, що біогаз можна отримувати з будь-яких господарсько-побутових відходів, які можуть розкладатися і блукати в рідкому або вологому стані.

Процес розкладання (ферментації) проходить у дві фази:

1. Розкладання біомаси (гідротація);
2. Газифікація (виділення біогазу).

Ці процеси відбуваються у ферментаторі (анаеробній біогазовій установці).

Мул отриманий після розкладання у біогазових установках, підвищує родючість ґрунтів та врожайність підвищується 10-50%. Таким чином, виходить найцінніше добриво.

Біогаз складається із суміші газів:

• метан-55-75%;
• вуглекислий газ-23-33%;
• сірководень-7%.

Метанове бродіння – це складний процес бродіння органічних речовин – бактеріальний процес. Головна умова цього процесу, наявність тепла.

У процесі розкладання біомаси утворюється тепло, якого достатньо протікання процесу, щоб зберегти це тепло ферментатор необхідно теплоізолювати. При зниженні температури у ферментаторі знижується інтенсивність газовиділення, оскільки мікробіологічні процеси в органічній масі уповільнюються. Тому надійна теплоізоляція біогазової установки (біоферментатора) є однією з найважливіших умов її нормальної роботи. При завантаженні гною в ферменттатор необхідно змішувати з гарячою водою з температурою 35-40 о С. Це допоможе забезпечити необхідний режим роботи.

При довантаженні втрати тепла потрібно зводити до мінімуму Інженерна допомога з біогазу

Для кращого обігріву ферментатора можна використовувати «тепличний ефект». Для цього над куполом встановлюють дерев'яний чи легкий металевий каркас та покривають поліетиленовою плівкою. Найкращі результати досягаються при температурі сировини, що зброджується 30-32 ° С та вологості 90-95%. У районах середньої та північної смуги частину одержуваного газу необхідно витрачати в холодні періоди року на додатковий підігрів маси, що зброджується, що ускладнює конструкцію біогазових установок.

Установки нескладно спорудити в індивідуальних господарствах у вигляді спеціальних ферментаторів для зброджування біомаси. Основною органічною сировиною для завантаження ферментатор є гній.

При першому завантаженні гною ВРХ процес ферментації повинен бути не менше 20 діб, свинячого не менше 30 діб. Газа отримати можна більше при завантаженні суміші з різних компонентів порівняно із завантаженням, наприклад, гною ВРХ.

Наприклад, суміш гною ВРХ та пташиного посліду при переробці дає до 70% метану в біогазі.

Після того як процес зброджування стабілізувався, потрібно завантажувати сировину щодня не більше 10% від кількості маси, що переробляється в ферментаторі.

При ферментації, крім виробництва газу, відбувається знезараження органічних речовин. Органічні відходи позбавляються патогенної мікрофлори, дезодорація виділених неприємних запахів.

Мул, що утворюється, потрібно періодично вивантажувати з ферментатора, його використовують як добриво.

При першому наповненні біогазової установки газ, що відбирається, не горить, це відбувається, тому що перший отриманий газ містить велику кількість вуглекислого газу, близько 60%. Тому його необхідно випустити в атмосферу і через 1-3 дні робота біогазової установки стабілізується.

Таблиця №1- кількість газу одержуваного одержуваного за добу при ферментації екскриментів однієї тварини

За кількістю енергії, що виділяється, 1 м 3 біогазу еквівалентний:

• 1,5 кг кам'яного вугілля;
• 0,6 кг гасу;
• 2 кВт/год електроенергії;
• 3,5 кг дров;
• 12 кг брикетів гною.

Конструкція малогабаритних біогазових установок

Малюнок 1 - Схема найпростішої біогазової установки з пірамідальним куполом: 1 - яма для гною; 2 - канавка - гідрозатвор; 3 - дзвін для збору газу; 4, 5 - патрубок для відведення газу; 6 – манометр.

Згідно з наведеними на малюнку 1, розмірами обладнають яму 1 і купол 3. Йому облицьовують залізобетонними плитами товщиною 10 см, які штукатурять цементним розчином і для герметичності покривають смолою. З покрівельного заліза зварюють дзвін висотою 3 м, у верхній частині якого накопичуватиметься біогаз. Для захисту від корозії дзвін періодично фарбують двома шарами масляної фарби. Ще краще попередньо покрити дзвін зсередини свинцевим суриком. У верхній частині дзвони встановлюють патруок 4 для відведення біогазу і манометр 5 для вимірювання його тиску. Газа відводить патрубок 6 можна виготовити з гумового шланга, пластмасової або металевої труби.

Навколо ями - ферментатора влаштовують бетонну канавку - гідрозатвор 2. наповнену водою, в яку занурюють нижній борт дзвона на 0.5 м.

Малюнок 2 - Пристрій для відведення конденсату: 1 - трубопровід для відведення газу; 2 - U-подібна труба для конденсату; 3 - конденсат.

Подавати газ, наприклад до кухонної плити, можна по металевих, пластмасових або гумових трубках. Щоб взимку через замерзання води, що конденсується, трубки не розмірзалися, застосовують нескладний пристрій показаний на малюнку 2: U - подібну трубку 2 приєднують до трубопроводу 1 в самій нижній точці. Висота її вільної частини повинна бути більшою за тиск біогазу (у мм. вод. ст.). Конденсат 3 зливається через вільний кінець трубки, не буде витоку газу.

Малюнок 3 - Схема найпростішої біогазової установки з конічним куполом: 1 - яма для гною; 2 - купол (дзвін); 3 - розширена частина патрубка; 4 - труба для відведення газу; 5 - канавка - гідрозатвор.

У установці наведеної малюнку 3 яму 1 діаметром 4 мм глибиною 2 м обкладають всередині покрівельним залізом, листи якого щільно зварюють. Внутрішню поверхню зварного резервуара покривають смолою для антикорозійного захисту. З зовнішнього боку верхньої кромки резервуару з бетону влаштовують кільцеву канавку глибиною 5 до 1 м, яку заливають водою. У неї вільно встановлюють вертикальну частину бані 2, що закриває резервуар. Таким чином, канавка із залитою в неї водою служить гідрозатвором. Біогаз збирається у верхній частині купола, звідки через випускний патрубок 3 і далі трубопроводом 4 (або шлангу) подається до місця використання.

У круглий резервуар 1 завантажується близько 12 м3 органічної маси (бажано свіжого гною), яка заливається рідкою фракцією гною (мочою) без додавання води. За тиждень після заповнення ферментатор починає працювати. У цій установці ємність ферментатора становить 12 куб.м, що дає можливість споруджувати її для 2-3 сімей, будинки яких розташовані недалеко. Таку установку можна побудувати на обійсті, якщо сім'я вирощує, наприклад бичків або містить кілька корів.

Малюнок 4 - Схеми варіантів найпростіших установок: 1 - Подача органічних відходів; 2 - ємність для органічних відходів; 3 - місце збирання газу під куполом; 4 - патрубок для відведення газу; 5 - відведення мулу; 6 - манометр; 7 - купол з поліетиленової плівки; 8 - водяний затвор і; 9 - вантаж; 10 - цільноклеєний поліетиленовий мішок.

Конструктивно-технологічні схеми найпростіших малогабаритних установок наведено малюнку 4. Стрілками позначені технологічні переміщення вихідної органічної маси, газу, мулу. Конструктивно купол може бути жорстким або виготовленим із поліетиленової плівки. Жорсткий купол можна виконати з довгою циліндричною частиною для глибокого занурення в перероблювану масу плаваючим малюнок 4, г, або вставленим в гідравлічний затвор малюнок 4, д. Купол з плівки можна вставити в гідрозатвор малюнок 4, е, або виготовити у вигляді цілісного , ж. В останньому виконанні на мішок із плівки укладають вантаж 9 щоб мішок не дуже роздмухувався, а також для утворення під плівкою достатнього тиску.

Газ, який збирається під куполом або плівкою, надходить газопроводом до місця використання. Щоб уникнути вибуху газу на випускному патрубку, можна встановити відрегульований на певний тиск клапан. Однак, небезпека вибуху газу малоймовірна, оскільки при значному підвищенні тиску газу під куполом останній буде піднятий у гідравлічному затворі на критичну висоту і перекинеться, випустивши газ.

Вироблення біогазу може бути знижено через те, що на поверхні органічної сировини в ферментаторі при її бродінні утворюється кірка. Для того щоб вона не перешкоджала виходу газу, її розбивають, перемішуючи масу в ферментаторі. Перемішувати можна не вручну, а шляхом приєднання знизу до бані металевої вилки. Купол піднімається у гідравлічному затворі на певну висоту при накопиченні газу та опускається у міру його використання.

Завдяки систематичному руху купола зверху-вниз, з'єднані з куполом виделки будуть руйнувати кірку.

Висока вологість та наявність сірководню (до 0,5 %) сприяє підвищеній корозії металевих частин біогазових установок. Тому стан всіх металевих елементів ферментатора регулярно контролюють і місця ушкодження ретельно захищають, найкраще свинцевим суриком в один або два шари, а потім фарбують у два шари будь-якою олійною фарбою.

Рисунок 5. Схема біогазової установки з підігрівом: 1 – ферментатор; 2 - дерев'яний щит; 3 - заливна горловина; 4 - метантанк; 5 - мішалка; 6 - патрубок для відбору біогазу; 7 - теплоізоляційний прошарок; 8 - грати; 9 - зливний кран для переробленої маси; 10 - канал для подачі повітря; 11 - повітродувка.

Біогазова установка з підігрівом маси, що зброджується теплом , що виділяється при розкладанні гною, в аеробному ферментаторі, наведена на малюнку 5. включає метантанк - циліндричну металеву ємність із заливною горловиною 3. зливним краном 9. механічною мішалкою 5 і патрубком 6 відбору біогазу.

Ферментатор 1 можна зробити прямокутним і 3 дерев'яних матеріалів. Для вивантаження обробленого гною сокові стінки виконані знімними. Підлога ферментатора - гратчаста, через технологічний канал 10 повітря продувають з повітродувки 11. Зверху ферментатор закривають дерев'яними шитами 2. Щоб зменшити втрати тепла, стінки і днище виготовляють з теплоізоляційним прошарком 7.

Працює установка так. У метантанк 4 через головину 3 заливають попередньо підготовлений рідкий гній вологістю 88-92% рівень рідини визначають по нижній частині заливної горловини. Аеробний ферментатор 1 через верхню частину, що відкривається, заповнюють підстилочним гною або сумішшю гною з пухким сухим органічним наповнювачем (солома, тирса) вологістю 65-69 %. При подачі повітря через технологічний канал у ферментатор починає розкладатися органічна маса і виділяється тепло. Його достатньо для підігріву вмісту метантанку. В результаті відбувається виділення біогазу. Він накопичується у верхній частині метантанку. Через патрубок 6 його використовують для побутових потреб. У процесі зброджування гній метантенке перемішується мішалкою 5.

Така установка окупиться вже протягом року лише за рахунок утилізації відходів в особистому господарстві. Приблизні значення витрати біогазу наведені в таблиці 2.

Таблиця №2 – приблизні значення витрати біогазу

Примітка: установка може працювати у будь-якій кліматичній зоні.

Малюнок 6 – Схема індивідуальної біогазової установки ІБГУ-1: 1 – заливна горловина; 2 - .мішалка; 3 - патрубок, для відбору газу; 4 - теплоізоляційний прошарок; 5 - патрубок з краном для вивантаження переробленої маси; 6 - термометр.

Індивідуальна біогазова установка (ІБГУ-1) для сім'ї, що має від 2 до 6 корів або 20-60 свиней, або 100-300 голів птиці (рис. 6). Установка щодобово може переробляти від 100 до 300 кг гною та виробляє 100-300 кг екологічно чистих органічних добрив та 3-12 м 3 біогазу.

Власникам приватних будинків, розташованих у регіонах з обмеженим доступом до традиційних видів палива, слід обов'язково звернути увагу на сучасні біогазові установки. Подібні агрегати дозволяють отримувати біогаз із різноманітних органічних відходів та використовувати його для особистих потреб, у тому числі й обігріву житлових приміщень.

Газ можна отримувати практично з будь-якої біомаси – відходів тваринницької промисловості, харчового виробництва, сільського господарства, листя тощо. При цьому спорудити подібну установку можна своїми руками.

Для отримання біогазу підходить як однорідна сировина, так і суміші різноманітної біомаси. Біогазова установка – це об'ємна герметична споруда, оснащена пристосуваннями для подачі сировини, підігріву біомаси, перемішування компонентів, відведення отриманого біогазу в газовий колектор і, звичайно, захисту конструкції.

У реакторі під впливом анаеробних бактерій здійснюється швидке розкладання біомаси. У процесі бродіння органічної сировини виділяється біогаз. Приблизно 70% складу такого газу представлено метаном, частина – вуглекислим газом.

Біогаз характеризується чудовими показниками теплотворної здатності, у нього немає вираженого запаху та кольору. За своїми властивостями біогаз практично ні в чому не поступається традиційнішому природному газу.

У найрозвиненіших країнах використовують додаткові установки для очищення біогазу від вуглекислого газу. За бажання ви зможете купити таку ж установку та отримувати чистий біометан.

Біогазові установки на силосі. 1 Силосні ями. 2 Система завантаження біомаси. 3 Реактор. 4 Реактор дображивания. 5 Субстратер. 6 Система опалення. 7 Силова установка. 8 Система автоматики та контролю. 9 Система газопроводів

Порівняння біогазу з традиційнішими видами палива

В середньому одна корова або інша тварина вагою в півтонни здатна за добу зробити кількість гною, достатню для отримання приблизно 1,5 м3 біогазу. Добовий гній однієї середньої свині можна переробити в 0,2 м3 біогазу, а кролика чи курки – в 0,01-0,02 м3 палива.

Для порівняння: 1 м3 біогазу з гною дає приблизно стільки ж теплової енергії, як 3,5 кг дров, 1-2 кг вугілля, 9-10 кВт/год електрики.

Найпростіший рецепт суміші для отримання біогазу включає наступні компоненти:

• коров'ячий гній - близько 1500 кг;
• згнило листя або інші органічні відходи - 3500 кг;
• вода - 65-75% від загальної маси попередніх компонентів. Попередньо воду потрібно підігріти приблизно до 35 градусів.

Такої кількості біомаси буде достатньо для отримання біогазу на півроку експлуатації з помірною витратою. У середньому біогаз починає виділятися через 1,5-2 тижні після завантаження суміші в установку.

Газ можна використовувати для обігріву будинку та різноманітних господарських та побутових будівель.

Конструкція типової біогазової установки

Основними компонентами повноцінної біогазової системи є:

• реактор;
• система подачі перегною;
• мішалки;
• автоматизована система підігріву біомаси;
• газгольдер;
• сепаратор;
• захисна частина

Побутова установка матиме дещо спрощену конструкцію, проте для повноти сприйняття вам пропонується ознайомитися з описом усіх перерахованих елементів.

Реактор

Ця частина установки зазвичай збирається з нержавіючої сталі або бетону. Зовні реактор схожий на велику герметичну ємність, зверху якої встановлено купол, що зазвичай має кулясту форму.

Нині найбільшої популярності користуються реактори з розбірної конструкції, виконані із застосуванням інноваційних технологій. Такий реактор можна легко зібрати своїми руками з мінімальними тимчасовими витратами. У разі потреби він так само легко розбирається і перевозиться в інше місце.

Сталь зручна тим, що можна без зайвих зусиль створювати отвори для підключення інших елементів системи. Бетон ж перевершує сталь за показниками міцності та довговічності.

Система подачі біомаси

Ця частина установки включає в свій склад бункер для прийому відходів, підвідний трубопровід для подачі води та шнековий насос, призначений для відправки перегною в реактор.

Для завантаження сухого компонента бункер використовується фронтальний навантажувач. У домашніх умовах із цим завданням можна впоратися без навантажувача, використовуючи різні підручні засоби, наприклад, лопати.

У бункері відбувається зволоження суміші до напіврідкого стану. Після досягнення потрібного рівня зволоження шнек переводить напіврідку масу нижній відсік реактора.

Мішалки

Бродіння перегною в реакторі має відбуватися рівномірно. Це одна з найголовніших умов забезпечення інтенсивного виділення біогазу із суміші. Саме для досягнення максимально рівномірного процесу бродіння суміші конструкція типової біогазової установки включає до свого складу мішалки з електроприводами.

Існують мішалки занурювального та похилого типу. Занурювальні механізми можуть опускатися в біомасу на необхідну глибину для забезпечення інтенсивного та рівномірного перемішування субстрату. Зазвичай такі мішалки розміщуються на щоглі.

Монтаж похилих мішалок виконується на бічних поверхнях реактора. За обертання гвинта у ферментаторі відповідає електродвигун.

Автоматизована система підігріву

Для успішного отримання біогазу температура всередині системи повинна підтримуватись на рівні +35-40 градусів. Для цього в конструкцію включаються автоматизовані системи підігріву.

Джерелом тепла в даному випадку є водогрійний котел, в окремих ситуаціях застосовуються електричні опалювальні агрегати.

У цьому вся елементі конструкції збирається біогаз. Найчастіше газгольдер розміщують на даху реактора.

Виробництво сучасних газгольдерів зазвичай виконується із застосуванням полівінілхлориду – матеріалу, стійкого до сонячного світла та різноманітних несприятливих природних явищ.

У деяких ситуаціях замість звичайного газгольдер застосовують спеціальні мішки. Також ці пристрої дозволяють тимчасово збільшити обсяг запасу отриманого біогазу.

Для виготовлення газгольдер-мішка застосовується спеціальний полівінілхлорид з еластичними властивостями, здатний роздуватися у міру збільшення об'єму біогазу.

Ця частина системи відповідає за сушіння відпрацьованого перегною та отримання при необхідності високоякісних добрив.

Найпростіший сепаратор складається із шнека та сепараторної камери. Камера виконана у формі сита. Це дозволяє розділяти біомасу на твердий компонент та рідку частину.

Осушений перегній відправляється у відсік для відвантаження. Рідку частину система направляє назад у приймальну камеру. Тут рідина застосовується для зволоження нової вихідної сировини.

Найпростіша біогазова установка своїми руками

Побутова біогазова установка матиме дещо спрощену конструкцію, але її виготовлення слід підходити з максимальною відповідальністю.

Перший крок. Вирийте яму. За своєю суттю біогазова установка є великою ямою із спеціальним оздобленням. Найвідповідальнішою і водночас складною частиною виготовлення аналізованої системи є правильна підготовка стінок біореактора та її основи.

Яма має бути герметичною. Закріпіть основу і стіни за допомогою пластику або бетону. Натомість ви можете придбати готові полімерні кільця з глухим дном. Такі пристрої дозволяють забезпечити необхідну герметичність системи. Матеріал зберігатиме свої початкові характеристики протягом довгих років, а при необхідності ви зможете легко замінити старе кільце новим.

Другий крок. Устаткуйте систему газового дренажу. Це позбавить вас необхідності купівлі та установки мішалок, завдяки чому витрати часу і коштів на складання установки істотно скоротяться.

Найпростіший варіант системи газового дренажу - вертикально закріплені каналізаційні труби з полівінілхлориду з безліччю отворів по корпусу.

Труби підбирайте такої довжини, щоб їх верхні краї трохи височіли над верхнім рівнем завантаженого перегною.

Третій крок. Накрийте зовнішній шар субстрату плівковою ізоляцією. Завдяки плівці будуть створюватися умови для накопичення біогазу під куполом в умовах незначного надлишкового тиску.

Четвертий крок. Встановіть купол і змонтуйте газовідвідну трубу в найвищій точці.

Споживання газу має бути регулярним. Інакше купол над ємністю з біомасою може просто вибухнути. Влітку газ утворюється інтенсивніше, ніж у зимовий період. Для вирішення останньої проблеми купіть та встановіть відповідні обігрівачі.

Порядок та умови успішного використання біогазової установки

Таким чином, самостійно зібрати просту біогазову установку нескладно. Однак для її успішної експлуатації ви повинні запам'ятати та дотримуватися кількох простих правил.

Одна з найважливіших вимог - в завантажуваній органічній масі не повинно бути ніяких речовин, здатних надати негативний вплив на життєдіяльність анаеробних мікроорганізмів. До заборонених включень відносяться різного роду розчинники, антибактеріальні препарати та інші подібні речовини.

Ряд неорганічних речовин також здатний призвести до погіршення життєдіяльності та бактерій. Тому забороняється, наприклад, розбавляти перегній водою, що залишилася після прання одягу або миття машини.

Пам'ятайте: біогазова установка є потенційно вибухонебезпечним агрегатом, тому дотримуйтесь усіх положень техніки безпеки, актуальної для експлуатації будь-якого газового обладнання.

Таким чином, навіть гній і в принципі практично все, чого раніше ви намагалися всіма силами позбавлятися, може стати в нагоді в господарстві. Потрібно лише правильно спорудити домашню біогазову установку, і вже дуже скоро у вашому будинку буде тепло. Виконуйте отримані рекомендації, і вам більше не доведеться витрачати колосальні суми на опалення.

Вдалої роботи!

Біогаз - газ одержуваний в результаті ферментації (зброджування) органічних речовин (наприклад: соломи; бур'янів; тваринного та людського калу; сміття; органічних відходів стічних побутових та промислових вод тощо) в анаеробних умовах. У виробництві біогазу беруть участь різні типи мікроорганізмів із різноманітною кількістю функцій катаболізму.

Склад біогазу.

Біогаз більш ніж половину складається з метану (CH 4). Метан становить приблизно 60% біогазу. Крім того, біогаз містить диоксид вуглецю (CO 2 ) близько 35 %, а також інші гази, такі як водяна пара, сірководень, монооксид вуглецю, азот та інші. Біогаз, отриманий за різних умов, різний у своєму складі. Так біогаз з людських екскрементів, гною, відходів забою містить до 70% метану, та якщо з рослинних залишків, зазвичай, близько 55% метану.

Мікробіологія біогазу.

Біогазове бродіння в залежності від мікробного виду бактерій, що беруть участь, можна розділити на три етапи:

Перший називається початком бродіння бактерій. Різні органічні бактерії, розмножуючись, виділяють позаклітинні ферменти, основна роль яких полягає у руйнуванні складних органічних сполук із гідролізним утворенням простих речовин. Наприклад, полісахариди моносахариди; білок у пептиди або амінокислоти; жири в гліцерин та жирні кислоти.

Другий етап називається водневим. Утворюється водень внаслідок діяльності оцтовокислих бактерій. Їхня основна роль полягає в бактеріальному розкладанні оцтової кислоти з утворенням двоокису вуглецю та водню.

Третій етап називається метаногенним. У ньому бере участь тип бактерій, відомих як метаногени. Їхня роль полягає у використанні оцтової кислоти, водню та діоксиду вуглецю з утворенням метану.

Класифікація та характеристика сировини для ферментації біогазу.

Майже всі природні органічні матеріали можуть бути використані як сировина для ферментації біогазу. Основною сировиною для біогазу є стічні води: каналізації; харчової, фармацевтичної та хімічної промисловості. У сільських районах це відходи, що утворюються під час збирання врожаю. Через відмінності у походження різний і процес формування, хімічний склад та структура біогазу.

Джерела сировини для біогазу в залежності від походження:

1.Сільськогосподарська сировина.

Цю сировину можна розділити на сировину з більшим вмістом азоту і на сировину з великим вмістом вуглецю.

Сировина з великим вмістом азоту:

людські фекалії, гній худоби, пташиний послід. Співвідношення вуглець-азот становить 25:1 або менше. Таке сире було повністю перетравлено шлунково-кишковим трактом людини чи тварини. Як правило, містить велику кількість низькомолекулярних сполук. Вода у такій сировині частково перетворилася і увійшла до складу низькомолекулярних сполук. Ця сировина характеризується легким та швидким анаеробним розкладанням на біогаз. А також багатим виходом метану.

Сировина з великим вмістом вуглецю:

соломи і лушпиння. Співвідношення вуглець-азот становить 40:1. Має високий вміст високомолекулярних сполук: целюлози, геміцелюлози, пектину, лігніну, рослинних восків. Анаеробного розкладання відбувається досить повільно. Для того щоб збільшити швидкість виробництва газу, такі матеріали зазвичай вимагають попередньої обробки перед бродінням.

2. Міські органічні водні відходи.

Включає відходи життєдіяльності людини, каналізацію, органічні відходи, органічні стічні води, опади у вигляді шламу.

3. Водяні рослини.

Включають водяний гіацинт, інші водні рослини та водорості. Розрахункове планове завантаження виробничих потужностей характеризуються великою залежністю від сонячної енергії. Мають високу прибутковість. Технологічна організація потребує більш обережного підходу. Анаеробне розкладання відбувається легко. Метановий цикл короткий. Особливість такої сировини полягає в тому, що без попередньої обробки вона виринає в реакторі. Для того, щоб це усунути сировину, повинна бути трохи підсушена або попередньо компостована протягом 2 днів.

Джерела сировини для біогазу в залежності від вологості:

1.Тверда сировина:

солома, органічні відходи з відносно високим вмістом сухої речовини. Їхня переробка відбувається за методом сухої ферментації. Труднощі виникають із видаленням з ректора великої кількості твердих відкладень. Загальну кількість використовуваної сировини можна подати у вигляді суми вмісту сухих речовин (TS) та летких речовин (VS). Летючі речовини можна перетворити на метан. Для розрахунку летких речовин зразок сировини завантажують у печі муфельну з температурою 530-570°С.

2. Рідка сировина:

свіжі фекалії, гній, послід. Містять близько 20% сухої речовини. Додатково вимагають додавання води у кількості 10% для змішування з твердою сировиною при сухій ферментації.

3. Органічні відходи середньої вологості:

барди спиртового виробництва, стічні води целюлозних заводів та ін. Така сировина містить різну кількість білків, жирів та вуглеводів, є гарною сировиною для виробництва біогазу. Для цього сировини використовують пристрої на кшталт UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - висхідний анаеробний процес).

Таблиця 1. Відомості про дебіт (швидкість освіти) біогазу для умов: 1) температура зброджування 30 ° С; 2) періодичне зброджування

Найменування відходів, що зброджуються.	Середня швидкість потоку біогазу під час нормального виробництва газу (m 3 /m 3 /d)	Вихід біогазу, m 3 /Kg/TS	Дебіт біогазу (в % від загального обсягу виробництва біогазу)
			0-15 d	25-45 d	45-75 d	75-135 d
Сухий гній	0,20	0,12	11	33,8	20,9	34,3
Вода хімічної промисловості	0,40	0,16	83	17	0	0
Рогульник (чилім, водяний горіх)	0,38	0,20	23	45	32	0
Водяний салат	0,40	0,20	23	62	15	0
Свинячий гній	0,30	0,22	20	31,8	26	22,2
Суха трава	0,20	0,21	13	11	43	33
Соломо	0,35	0,23	9	50	16	25
Людські екскременти	0,53	0,31	45	22	27,3	5,7

Розрахунок процесу метанового бродіння (ферментації).

Загальні принципи інженерних розрахунків ферментації базуються на збільшенні завантаження органічною сировиною та скороченні тривалості метанового циклу.

Розрахунок сировини на цикл.

Завантаження сировини характеризується: Масовою часткою TS (%), масовою часткою VS (%), концентрацією COD (COD - chemical oxygen demand, що у перекладі означає ГПК – хімічний показник кисню) (Kg/m 3). Концентрація залежить від типу ферментаційних пристроїв. Наприклад, сучасні промислові реактори для стічних вод - UASB (висхідний анаеробний процес). Для твердої сировини використовують AF (анаеробні фільтри) – зазвичай концентрація менше 1%. Промислові відходи як сировина для біогазу найчастіше мають велику концентрацію і потребують розведення.

Розрахунок швидкості завантаження.

Для визначення добової кількості завантаження реактора: концентрація COD (Kg/m 3 d), TS (Kg/m 3 d), VS (Kg/m 3 d). Ці показники є важливими показниками оцінки ефективності біогазу. Необхідно прагне організації навантаження і водночас мати високий рівень обсягу отримання газу.

Розрахунок відношення обсягу реактора до виходу газу.

Цей показник є важливим показником для оцінки ефективності реактора. Вимірюється Kg/m 3 ·d.

Вихід біогазу на одиницю маси бродіння.

Цей показник характеризує поточний стан виробництва біогазу. Наприклад, обсяг газозбірника 3 m3. Щоденно подається 10 Kg/TS. Вихід біогазу становить 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Залежно від ситуації, можна використовувати теоретичний вихід газу або фактичний вихід газу.

Теоретичний вихід біогазу визначається за формулами:

Виробництво метану (Е):

Е = 0.37A + 0.49B + 1.04С.

Виробництво вуглекислого газу (D):

D = 0.37A + 0.49B + 0.36C. Де А - вміст вуглеводів на грам матеріалу бродіння, B - білка, C - вміст жиру

Гідравлічний об'єм.

Для підвищення ефективності потрібне зниження терміну ферментації. Певною мірою є зв'язок із втратою ферментуючих мікроорганізмів. Нині деякі ефективні реактори мають термін ферментації 12 днів і навіть менше. Гідравлічний об'єм розраховується шляхом підрахунку обсягу щоденного завантаження сировини з дня, коли почалося завантаження сировини та залежить від терміну перебування в реакторі. Наприклад, планується ферментація при 35°С, концентрація подачі сировини 8% (загальна кількість TS), добовий обсяг подачі 50 m 3 період ферментації в реакторі 20 днів. Гідравлічний об'єм становитиме: 50·20 = 100 m 3 .

Видалення органічних забруднень.

Виробництво біогазу, як будь-яке біохімічне виробництво, має відходи. Відходи біохімічного виробництва можуть завдавати шкоди екології у разі безконтрольної утилізації відходів. Наприклад, потрапляючи до річки по сусідству. Сучасні великі біогазові установки продукують тисячі і навіть десятки тисяч кілограмів відходів на добу. Якісний склад та шляхи утилізації відходів великих біогазових установок контролюються лабораторіями підприємств та державною екологічною службою. Малі фермерські біогазові установки немає такого контролю з двох причин: 1) оскільки мало відходів, то шкоди навколишньому середовищу буде мало. 2) Проведення якісного аналізу відходів потребує специфічного лабораторного обладнання та вузько спеціалізованого персоналу. Цього дрібні фермери не мають, а державні структури справедливо вважають такий контроль не доцільним.

Показником рівня забрудненості відходів біогазових реакторів є ГПК (хімічний показник кисню).

Використовують наступну математичну залежність: ГПК органічної швидкості завантаження Kg/m 3 ·d= концентрація завантаження ГПК (Kg/m 3 ) / гідравлічний термін зберігання (d).

Дебіт газу обсягом реактора (kg/(m 3 ·d)) = вихід біогазу (m 3 /kg) / ГПК органічної швидкості завантаження kg/(m 3 ·d).

Переваги біогазових енергетичних установок:

тверді та рідкі відходи мають специфічний запах відлякує мух та гризунів;

можливість виробляти корисний кінцевий продукт – метан, який є чистим та зручним паливом;

у процесі бродіння насіння бур'янів та деякі збудників гинуть;

в процесі ферментації азот, фосфор, калій та інші інгредієнти добрива майже повністю зберігаються, частина органічного азоту перетворюється на аміачний азот, а це збільшує його цінність;

ферментаційний залишок може бути використаний як корм для тварин;

для біогазового бродіння не потрібне застосування кисню з повітря;

анаеробний шлам може зберігатися протягом декількох місяців без додавання поживних речовин, а потім завантаження первинної сировини бродіння може швидко початися знову.

Недоліки біогазових енергетичних установок:

складне влаштування і вимагає щодо великих інвестицій у будівництво;

потрібен високий рівень будівництва, управління та обслуговування;

початкове анаеробне поширення бродіння відбувається повільно.

Особливості процесу метанового бродіння та управління процесом:

1. Температура отримання біогазу.

Температура для отримання біогазу може бути відносно широкому діапазоні температур 4~65°С. Зі збільшенням температури швидкість отримання біогазу зростає, але не лінійно. Температура 40-55 ° С є перехідною зоною життєдіяльності різних мікроорганізмів: термофільних і мезофільних бактерії. Найвищий темп анаеробного бродіння відбувається у вузькому діапазоні температур 50-55°С. При температурі бродіння 10°З 90 днів дебіт газу становить 59%, але цей дебіт при температурі бродіння 30°З відбувається за 27 днів.

Раптова зміна температури матиме значний вплив на виробництво біогазу. Проектом біогазової установки обов'язково має передбачатися контроль такого параметра як температура. Температурні зміни більш ніж на 5°З значно знижують продуктивність біогазового реактора. Наприклад, якщо температура в біогазовому реакторі тривалий час 35°С, а потім несподівано знизилася до 20°С, то виробництво біогазового реактора майже повністю зупиниться.

2. Щеплювальний матеріал.

Щоб завершити метанове бродіння, як правило, потрібна певна кількість та тип мікроорганізмів. Багатий метановими мікробами осад називається щеплень. Біогазове бродіння широко поширене в природі і так само широко поширені місця з матеріалом щеплення. Це: каналізаційні шлами, мулові відкладення, донні опади гнойових ям, різні опади стічних вод, залишки травлення і т.д. Через багату органічну речовину і хороші анаеробні умови в них утворюються багаті мікробні спільноти.

Посів, доданий вперше новий біогазовий реактор може значно знизити період стагнації. У новому біогазовому реакторі необхідно вручну вносити підживлення прищепним матеріалом. При використанні промислових відходів як сировина цьому приділяється особлива увага.

3. Анаеробне середовище.

Анаеробність середовища визначається ступенем анаеробності. Зазвичай окислювально-відновний потенціал прийнято позначати величиною Eh. В анаеробних умовах Eh має негативне значення. Для анаеробних метанових бактерій Eh лежить у межах -300 ~ -350mV. Деякі бактерії продукуючі факультативні кислоти здатні жити нормальним життям при Eh -100 ~ + 100 мВ.

З метою забезпечення анаеробних умов має забезпечуватися побудова щільно закритих біогазових реакторів, що забезпечують водонепроникність та відсутність витоків. Для великих промислових біогазових реакторів величина Eh завжди контролюється. Для дрібних фермерських біогазових реакторів виникає проблема контролю цієї величини через необхідність закупівлі дорогого та складного обладнання.

4. Контроль кислотності середовища (рН) у біогазовому реакторі.

Метаногени необхідний діапазон рН у дуже вузькому діапазоні. У середньому рН=7. Бродіння відбувається у діапазоні рН від 6,8 до 7,5. Контроль за величиною кислотності рН є доступним для дрібних біогазових реакторів. Для цього багато фермерів застосовують одноразові лакмусові індикаторні паперові смужки. У великих підприємствах часто використовують електронні прилади контролю рН. За нормальних обставин, баланс метанового бродіння має вигляд природного процесу, як правило, без регулювання рН. Тільки окремих випадках безгосподарності з'являються масові скупчення летких кислот, зниження рН.

Заходами щодо пом'якшення наслідків підвищеної кислотності рН є:

(1) Замінити частково середовище в біогазовому реакторі, і тим самим розбавити вміст летких кислот. Цим збільшиться рН.

(2) Внести золу або аміак для підвищення рН.

(3) Довести рН вапном. Цей захід особливо ефективний для випадків надвисоких вмістів кислоти.

5. Перемішування середовища у біогазовому реакторі.

У звичайному бродильному чані в результаті бродіння середовище зазвичай ділиться на чотири шари: верхня кірка, надосадовий шар, активний шар та шар осаду.

Мета перемішування:

1) переселення активних бактерій на нову порцію первинної сировини, збільшення поверхні контакту мікробів та сировини для прискорення темпів отримання біогазу, підвищення ефективності використання сировини.

2) уникнення утворення товстого шару кірки, що створює опір для виходу біогазу. До перемішування особливо вимоглива така сировина як: солома, бур'яни, листя тощо. У товстому шарі кірки створюються умови для накопичення кислоти, що не є допустимим.

Способи перемішування:

1) механічне перемішування колесами різного типу, встановленими усередині робочого простору біогазового реактора.

2) перемішування біогазом, що відбирається з верхньої частини біореактора і подається в нижню частину з надлишковим тиском.

3) перемішування циркулюючим гідравлічним насосом.

6. Співвідношення вуглецю до азоту.

Ефективному бродінню сприяє лише оптимальне співвідношення поживних речовин. Основним показником є ​​співвідношення вуглецю до азоту (C: N). Оптимальне співвідношення 25:1. Численні дослідження довели, що межі оптимального співвідношення становлять 20-30:1, а виробництво біогазу значно знижується при співвідношенні 35:1. Експериментальними дослідженнями виявлено, що біогазове бродіння можливе за співвідношенням вуглецю до азоту 6:1.

7. Тиск.

Метанові бактерії можуть пристосовуватися до більших гідростатичних тисків (близько 40 метрів і більше). Але вони дуже чутливі до змін тиску і тому виникає необхідність у стабільному тиску (відсутності різких перепадів тиску). Значні зміни тиску можуть відбуватися у випадках: значного зростання споживання біогазу, щодо швидкого та великого завантаження біореактора первинною сировиною або аналогічного розвантаження реактора від відкладень (очищення).

Способи стабілізації тиску:

2) подачу свіжої первинної сировини та чищення проводити одночасно і з однаковою швидкістю розрядки;

3) встановлення плаваючих кришок на біогазовий реактор дозволяє зберігати відносно стабільний тиск.

8. Активатори та інгібітори.

Деякі речовини після додавання невеликої кількості покращують продуктивність біогазового реактора, такі речовини, відомі як активатори. У той час як інші речовини, додані в невеликих кількостях, призводять до значного стримування процесів у біогазовому реакторі, такі речовини називають інгібіторами.

Відомі багато типів активаторів, у тому числі деякі ферменти, неорганічні солі, органічні та неорганічні речовини. Наприклад, додавання певної кількості ферменту целюлази значно полегшує виробництво біогазу. Добавка 5 mg/Kg вищих оксидів (R2O5) може збільшити видобуток газу на 17%. Дебіт біогазу для первинної сировини з соломи та подібних до неї можна значно збільшити добавкою амонію гідрокарбонату (NH 4 HCO 3). Активаторами є активоване вугілля або торф. Подача в біореактор водню може різко збільшити виробництво метану.

Інгібітори в основному відноситься до деяких з'єднань іонів металів, солей, фунгіцидів.

Класифікація процесів бродіння.

Метанова ферментація є строго анаеробною ферментацією. Процеси бродіння поділяються на такі типи:

Класифікація за температурою бродіння.

Може бути розділена на "природну" температуру бродіння (ферментації змінної температури), у цьому випадку температура бродіння близько 35°С і процес з високою температурою бродіння (близько 53°С).

Класифікація з диференційності.

За диференційністю ферментації можна розділити на одноступінчасте бродіння, двоступінчасте бродіння і багатоступінчасте бродіння.

1) Одноступінчасте бродіння.

Належить до найбільш загального типу бродіння. Це стосується апаратів, в яких одночасно відбувається продукування кислот і метану. Одноступінчате бродіння може бути менш ефективно за показником БПК (Біологічному Споживанню Кисню) ніж дво- та багатоступінчасте бродіння.

2) Двоступінчасте бродіння.

Засновано на окремому бродінні кислот та метаногенних мікроорганізмів. Ці два типи мікробів мають різну фізіологію та потребу в харчуванні, існують значні відмінності у зростанні, обмінних характеристиках та інших аспектах. Двоетапне бродіння може значно підвищити дебіт біогазу та розкладання летких жирних кислот, скоротити цикл ферментації, принести значну економію експлуатаційних витрат, ефективно видалити органічні забруднення з відходів.

3) Багатоступінчасте бродіння.

Застосовується для первинної сировини багатої на целюлозу в наступній послідовності:

(1) Виробляють гідроліз целюлозного матеріалу у присутності кислот та лугів. Відбувається утворення глюкози.

(2) Вносять матеріал для щеплення. Зазвичай це активний осад чи стічні води біогазового реактора.

(3) Створюють відповідні умови для продукування кислотних бактерій (що продукують леткі кислоти): pH=5,7 (але не більше 6,0), Eh=-240mV, температура 22°С. На цій стадії утворюються такі леткі кислоти: оцтова, пропіонова, олійна, ізомасляна.

(4) Створюють відповідні умови для продукування метанових бактерій: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, температура 36-37°С

Класифікація з переодичності.

Технологія бродіння класифікується на переодичне бродіння, безперервне бродіння, напівбезперервне бродіння.

1) Періодичне бродіння.

У біогазовий реактор одноразово завантажують сировину і щеплювальний матеріал і піддають його бродіння. Такий спосіб застосовують коли є труднощі та незручності завантаження первинної сировини, а також вивантаження відходів. Наприклад, не подрібнена солома чи великогабаритні брикети органічних відходів.

2) Безперервне бродіння.

До нього належать випадки, коли планово кілька разів на день у біоректор завантажують сировину та видаляють ферментаційні стоки.

3) Напівнеперервне бродіння.

Це відноситься до біогазових реакторів, для яких нормальним вважається іноді не рівними кількостями додавати різну первинну сировину. Така технологічна схема найчастіше використовується дрібними фермерськими господарствами Китаю пов'язана з особливостями ведення сільгосп. робіт. Біогазові реактори напівбезперервного бродіння можуть мати різні відмінності у конструкціях. Нижче розглянуто ці конструкції.

Схема №1. Біогазовий реактор із нерухомою кришкою.

Особливості конструкції: комбінування бродильної камери та сховища біогазу в одній споруді: у нижній частині бродить сировина; у верхній частині зберігатиметься біогаз.

Принцип дії:

Біогаз виходить із рідини і збирається під кришкою біогазового реактора у його куполі. Тиск біогазу врівноважується вагою рідини. Чим більший тиск газу, тим більше рідини залишає бродильну камеру. Чим менший тиск газу, тим більше рідини надходить у бродильну камеру. У процесі роботи біогазового реактора всередині нього завжди є рідина та газ. Але у різних співвідношеннях.

Схема №2. Біогазовий реактор з плаваючою кришкою.

Схема №3. Біогазовий реактор з нерухомою кришкою та зовнішнім газгольдером.

Особливості конструкції: 1) замість плаваючої кришки має окремо побудований газгольдер; 2) тиск біогазу на виході постійно.

Схеми №3: 1) ідеально підходить для роботи біогазових пальників, що строго вимагають певний номінал тиску; 2) при малій активності бродіння в біогазовому реакторі є можливість забезпечити стабільний та високий тиск біогазу у споживача.

Посібник з будівництва побутового біогазового реактора.

GB/T 4750-2002 Побутові біогазові реактори.

GB/T 4751-2002 Приймання за якістю побутових біогазових реакторів.

GB/T 4752-2002 Правила будівництва побутових біогазових реакторів.

GB 175 -1999 Портландцемент, портландцемент звичайний.

GB 134-1999 Шлакопортландцемент, цемент із вулканічного туфу та цемент із зольного пилу.

GB 50203-1998 Будівництво кам'яної кладки та приймання.

JGJ52-1992 Стандарт якості звичайного бетону із піску. Методи випробувань.

JGJ53-1992 Стандарт якості звичайного бетону із щебеню або гравію. Методи випробувань.

JGJ81 -1985 Механічні властивості звичайного бетону. Метод випробувань.

JGJ/T 23-1992 Технічна специфікація для випробування міцності бетону на стиск методом відскоку.

JGJ70-90 Будівельний розчин. Метод випробування основні характеристики.

GB 5101-1998 Цегла.

GB 50164-92 Контроль якості бетону.

Повітронепроникність.

Конструкція біогазового реактора забезпечує внутрішній тиск 8000 (4000 Pa). Ступінь витоку після 24 год менше 3%.

Одиниця виробництва біогазу обсяг реактора.

Для задовільних умов виробництва біогазу вважається нормальним, коли кубічний метр обсягу реактора виробляється 0,20-0,40 m 3 біогазу.

Нормальний обсяг газового сховища становить 50% добового виробництва біогазу.

Коефіцієнт запасу міцності щонайменше K=2,65.

Нормальний термін експлуатації щонайменше 20 років.

Жива навантаження 2 kN/m 2 .

Значення несучої здатності конструкції фундаменту щонайменше 50 kPa.

Газові резервуари розраховані на тиск не більше 8000 Pa, а з кришкою, що плаває, на тиск не більше 4000 Pa.

Максимальна межа тиску басейну не більше 12000 Pa.

Мінімальна товщина арочного склепіння реактора не менше 250 мм.

Максимальне завантаження реактора становить 90% його обсягу.

Конструкцією реактора передбачається наявність під кришкою реактора місця для флотації газу, що становить 50% добового виробництва біогазу.

Об'єм реактора становить 6 m 3 дебіт газу 0,20 m 3 /m 3 /d.

Можливе будівництво реакторів з об'ємом 4 m 3 , 8 m 3 , 10 m 3 за цими кресленнями. І тому необхідно використовувати поправочні розмірні величини, зазначені у таблиці на кресленнях.

Підготовка до будівництва біогазового реактора.

Вибір типу біогазового реактора залежить від кількості та характеристик сировини, що зброджується. Крім того вибір залежить від місцевих гідрогеологічних та кліматичних умов та рівня будівельної техніки.

Побутовий біогазовий реактор повинен розташовуватися поблизу туалетів та приміщень зі худобою на відстані не більше 25 метрів. Місце розташування біогазового реактора має бути з підвітряної та сонячної сторони на твердому ґрунті з низьким рівнем підземних вод.

Для вибору дизайну біогазового реактора використовуйте таблиці витрат будівельних матеріалів, наведені нижче.

Таблиця3. Шкала матеріалів для біогазового реактора із збірних бетонних панелей

		Об'єм реактора, m 3
		4	6	8	10
	Об'єм, m 3	1,828	2,148	2,508	2,956
	Цемент, кг	523	614	717	845
	Пісок, m 3	0,725	0,852	0,995	1,172
	Гравій, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553
	Об'єм, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Цемент, кг	158	197	222	265
	Пісок, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Цементна паста	Цемент, кг	78	93	103	120
Загальна кількість матеріалу	Цемент, кг	759	904	1042	1230
	Пісок, m 3	1,096	1,313	1,514	1,792
	Гравій, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553

Таблиця4. Шкала матеріалів для біогазового реактора із збірних залізобетонних панелей

		Об'єм реактора, m 3
		4	6	8	10
	Об'єм, m 3	1,540	1,840	2,104	2,384
	Цемент, кг	471	561	691	789
	Пісок, m 3	0,863	0,990	1,120	1,260
	Гравій, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Оштукатурювання збірного корпусу	Об'єм, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Цемент, кг	158	197	222	265
	Пісок, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Цементна паста	Цемент, кг	78	93	103	120
Загальна кількість матеріалу	Цемент, кг	707	851	1016	1174
	Пісок, m 3	1,234	1,451	1,639	1,880
	Гравій, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Сталеві матеріали	Сталевий прут діаметр 12 мм, кг	14	18,98	20,98	23,00
	Сталева арматура діаметр 6,5 мм, кг	10	13,55	14,00	15,00

Таблиця5. Шкала матеріалів для біогазового реактора з монолітного бетону

		Об'єм реактора, m 3
		4	6	8	10
	Об'єм, m 3	1,257	1,635	2,017	2,239
	Цемент, кг	350	455	561	623
	Пісок, m 3	0,622	0,809	0,997	1,107
	Гравій, m 3	0,959	1,250	1,510	1,710
Оштукатурювання збірного корпусу	Об'єм, m 3	0,277	0,347	0,400	0,508
	Цемент, кг	113	142	163	208
	Пісок, m 3	0,259	0,324	0,374	0,475
Цементна паста	Цемент, кг	6	7	9	11
Загальна кількість матеріалу	Цемент, кг	469	604	733	842
	Пісок, m 3	0,881	1,133	1,371	1,582
	Гравій, m 3	0,959	1,250	1,540	1,710

Таблиця6. Умовні позначення на кресленнях.

Опис	Позначення на кресленнях
Матеріали:
Штруба (траншея у ґрунті)
Символи:
Посилання на креслення деталі. Верхня цифра вказує на номер деталі. Нижня цифра вказує на номер креслення з детальним описом деталі. Якщо замість нижньої цифри вказано знак «-», це вказує, що докладний опис деталі представлено цьому кресленні.
Розріз деталі. Жирними лініями вказано площину розрізу та напрямок погляду, а цифрами вказано ідентифікаційний номер розрізу.
Стрілка вказана радіусом. Цифри після букви R позначають значення радіусу.
Загальноприйняті:
Відповідно велика піввісь та коротка вісь еліпсоїда
Довжина

Конструкції біогазових реакторів

особливості:

Тип конструктивної особливості основного басейну.

Дно має ухил від вікна до випускного вікна. Це забезпечує освіту сталість рухомого потоку. На кресленнях №№ 1-9 вказано три типи конструкцій біогазового реактора: тип А, тип, тип С.

Біогазовий реактор тип А: Влаштований найпростіше. Видалення рідкої субстанції передбачається лише через випускне вікно силою тиску біогазу усередині бродильної камери.

Біогазовий реактор тип: Основний басейн оснащений вертикальною трубою в центрі, через яку в процесі експлуатації можна проводити подачу або видалення рідкої субстанції в залежності від такої необхідності. Крім цього для формування потоку субстанції через вертикальну трубу цей тип біогазового реактора має відбивну (дефлекторну) перегородку на дні основного басейну.

Біогазовий реактор тип С: Має подібну конструкцію з реактором типу В. Однак, оснащений ручним поршневим насосом простої конструкції, встановленим у центральній вертикальній трубі, а також інші перегородки, що відображають на дні основного басейну. Ці конструктивні особливості дозволяють ефективно контролювати параметри основних технологічних процесів переважно басейні з допомогою простоти експрес проб. А також використовувати біогазовий реактор як донора біогазових бактерій. У реакторі цього більш повно відбувається дифузія (перемішування) субстрату, що у своє чергу збільшує вихід біогазу.

Характеристики зброджування:

Процес полягає у відборі матеріалу для щеплення; підготовці первинної сировини (доведення за щільністю водою, доведення кислотності, внесення щеплювального матеріалу); зброджуванні (контроль змішування субстрату та температури).

Як ферментаційний матеріал використовуються людські фекалії, гній худоби, пташиний послід. При безперервному процесі зброджування створюються відносно стабільні умови для ефективної роботи біогазового реактора.

Принципи проектування

Відповідність «триєдиній» системі (біогаз, туалет, хлів). Біогазовий реактор є вертикальним циліндричним резервуаром. Висота циліндричної частини H=1m. Верхня частина резервуара має арочне склепіння. Співвідношення висоти склепіння до діаметра циліндричної частини f1/D=1/5. Дно має нахил від впускного вікна до вікна. Кут нахилу 5 градусів.

Конструкція резервуару забезпечує задовільні умови бродіння. Рух субстрату відбувається самопливом. Система працює при повному завантаженні резервуара і сама контролює за часом перебування сировини за рахунок збільшення виробництва біогазу. Біогазові реактори типів і мають додаткові пристрої для обробки субстрату.

Завантаження резервуару сировиною може бути повною. Це знижує газову продуктивність без шкоди ефективності.

Низька вартість, простота управління, широке народне поширення.

Опис будівельних матеріалів.

Матеріал стін, дна, склепіння біогазового реактора – бетон.

Деталі квадратного перерізу, такі як канал завантаження, можуть бути зроблені з цегли. Бетонні конструкції можуть бути виконані заливкою бетонної суміші, але можуть бути виконані зі збірних бетонних елементів (такі як: кришка вікна впускного, садок для бактерій, труба по центру). Садок для бактерій круглий у перерізі і складається з битої яєчної шкаралупи, поміщеної в обплетення.

Послідовність будівельних операцій.

Метод опалубної заливки полягає в наступному. На землі проводиться розмітка контуру майбутнього біогазового реактора. Витягується ґрунт. Спочатку заливається дно. На дно встановлюється опалубка для заливання бетону по кільцю. Заливаються стінки із застосуванням опалубки і потім арочне склепіння. Для опалубки може бути використана сталь, дерево або цегла. Заливку виготовляють симетрично і для міцності застосовують трамбувальні пристрої. Надлишки текучого бетону прибирають шпателем.

Будівельні креслення.

Будівництво провадиться за кресленнями №№1-9.

Креслення 1. Біогазовий реактор 6 м 3 . Тип А:

Креслення 2. Біогазовий реактор 6 m 3 . Тип А:

Будівництво біогазових реакторів із збірних залізобетонних плит є більш досконалою технологією будівництва. Ця технологія більш досконала за рахунок простоти реалізації дотримання точності розмірів, зниження термінів та витрат на будівництво. Головною особливістю будівництва є те, що основні елементи реактора (арковий склепіння, стіни, канали, кришки) виготовляються далеко від місця встановлення, потім вони транспортуються на місце установки і збираються на місці у великому котловані. При складанні такого реактора основна увага приділяється відповідність точності установки горизонталі і вертикалі, а також щільності стикових з'єднань.

Креслення 13. Біогазовий реактор 6 m 3 . Деталі біогазового реактора із залізобетонних плит:

Креслення 14. Біогазовий реактор 6 m 3 . Елементи збирання біогазового реактора:

Креслення 15. Біогазовий реактор 6 m 3 . Елементи збирання залізобетонного реактора:

Технологія виробництва біогазу. Сучасні тваринницькі комплекси забезпечують одержання високих виробничих показників. Застосовувані технологічні рішення дозволяють повністю дотримуватись вимог діючих санітарно-гігієнічних норм у приміщеннях самих комплексів.

Проте, великі кількості рідкого гною, сконцентровані в одному місці, створюють значні проблеми для екології прилеглих до комплексу територій. Наприклад, свіжий свинячий гній і послід відносяться до відходів, що мають 3-й клас небезпеки. Екологічні питання знаходяться на контролі наглядових органів, вимоги законодавства з цих питань постійно посилюються.

Біокомплекс пропонує комплексне рішення щодо утилізації рідкого гною, яке включає прискорену переробку в сучасних біогазових установках (БДУ). У процесі переробки, в прискореному режимі протікають природні процеси розкладання органіки з виділенням газу, що включає: метан, СО2, сірку і т.д. Тільки газ не виділяється в атмосферу, викликаючи парниковий ефект, а направляється в спеціальні газогенераторні (когенераційні) установки, які виробляють електричну та теплову енергію.

Біогаз - горючий газ, що утворюється при анаеробному метановому зброджуванні біомаси і складається переважно з метану (55-75%), двоокису вуглецю (25-45%) та домішок сірководню, аміаку, оксидів азоту та інших (менше 1%).

Розкладання біомаси відбувається внаслідок хіміко-фізичних процесів та симбіотичної життєдіяльності 3-х основних груп бактерій, при цьому продукти метаболізму одних груп бактерій є продуктами харчування інших груп у певній послідовності.

Перша група – гідролізні бактерії, друга – кислотоутворюючі, третя – метаноутворюючі.

Як сировина для біогазу можуть використовуватися як органічні агропромислові або побутові відходи, так і рослинна сировина.

Найбільш поширеними видами відходів АПК, що використовуються для виробництва біогазу, є:

• гній свиней та ВРХ, послід птиці;
• залишки з кормового столу комплексів ВРХ;
• бадилля овочевих культур;
• некондиційний урожай злакових та овочевих культур, цукрових буряків, кукурудзи;
• жом та меляса;
• борошно, дробина, дрібне зерно, зародки;
• дробина пивна, солодові паростки, білковий відстій;
• відходи крохмало-патокового виробництва;
• вичавки фруктові та овочеві;
• сироватка;
• та ін.

Джерело сировини	Вид сировини	Кількість сировини на рік, м3 (тн.)	Кількість біогазу, м3
1 дійна корова	Рідкий безпідстильний гній
1 свиня на відгодівлі	Рідкий безпідстильний гній
1 бичок на відгодівлі	Підстилковий твердий гній
1 кінь	Підстилковий твердий гній
100 курей	Сухий послід
1 га ріллі	Свіжий силос кукурудзи
1 га ріллі	Цукровий буряк
1 га ріллі	Свіжий силос із зернових культур
1 га ріллі	Свіжий силос із трави

Кількість субстратів (видів відходів), що використовуються для виробництва біогазу в межах однієї біогазової установки (БДУ), може змінюватись від одного до десяти і більше.

Біогазові проекти в агропромисловому секторі можуть бути створені за одним із таких варіантів:

• виробництво біогазу з відходів окремого підприємства (наприклад, гною тваринницької ферми, жому цукрового заводу, барди спиртового заводу);
• виробництво біогазу на основі відходів різних підприємств, з прив'язкою проекту до окремого підприємства або окремо розташованої централізованої БДУ;
• виробництво біогазу з переважним використанням енергетичних рослин на окремо розташованих БДУ.

Найбільш поширеним способом енергетичного використання біогазу є спалювання в газопоршневих двигунах у складі міні-ТЕЦ, з виробництвом електроенергії та тепла.

Існують різні варіанти технологічних схем біогазових станцій- Залежно від типів і кількості видів застосовуваних субстратів. Використання попередньої підготовки, у ряді випадків, дозволяє досягти збільшення швидкості та ступеня розпаду сировини в біореакторах, а, отже, збільшення загального виходу біогазу. У разі застосування декількох субстратів, що відрізняються властивостями, наприклад, рідких і твердих відходів, їх накопичення, попередня підготовка (поділ на фракції, подрібнення, підігрів, гомогенізація, біохімічна або біологічна обробка тощо) проводиться окремо, після чого вони або змішуються перед подачею в біореактори, або подаються роздільними потоками.

Основними структурними елементами схеми типової біогазової установки є:

• система прийому та попередньої підготовки субстратів;
• система транспортування субстратів у межах встановлення;
• біореактори (ферментери) із системою перемішування;
• система обігріву біореакторів;
• система відведення та очищення біогазу від домішок сірководню та вологи;
• накопичувальні ємності збродженої маси та біогазу;
• система програмного контролю та автоматизації технологічних процесів.

Технологічні схеми БДУ бувають різними залежно від виду і числа субстратів, що переробляються, від виду і якості кінцевих цільових продуктів, від того чи іншого використовуваного «ноу-хау» компанії постачальника технологічного рішення, та ряду інших факторів. Найбільш поширеними на сьогоднішній день є схеми з одноступеневим зброджуванням кількох видів субстратів, одним із яких зазвичай є гній.

З розвитком біогазових технологій технічні рішення, що застосовуються, ускладнюються у бік двоступінчастих схем, що в ряді випадків обґрунтовано технологічною необхідністю ефективної переробки окремих видів субстратів та підвищенням загальної ефективності використання робочого обсягу біореакторів.

Особливістю виробництва біогазуі те, що може вироблятися метановими бактеріями лише з абсолютно сухих органічних речовин. Тому завданням першого етапу виробництва є створення суміші субстрату, який має підвищений вміст органічних речовин, і в той же час може перекачуватися насосами. Це субстрат із вмістом сухих речовин 10-12%. Рішення досягається шляхом виділення зайвої вологи за допомогою шнекових сепараторів.

Рідкий гній надходить з виробничих приміщень в резервуар, гомогенізується за допомогою занурювальної мішалки, і насосом подається в цех поділу на шнекові сепаратори. Рідка фракція накопичується в окремому резервуарі. Тверда фракція завантажується у пристрій подачі твердої сировини.

Відповідно до графіка завантаження субстрату в ферментер, за розробленою програмою періодично включається насос, що подає рідку фракцію ферментер і одночасно включається завантажувач твердої сировини. Як варіант, рідка фракція може подаватися в завантажувач твердої сировини, що має функцію перемішування, і потім готова суміш подається в ферментер за розробленою програмою завантаження. Включення бувають нетривалими. Це зроблено, щоб не допустити надмірного надходження органічного субстрату в ферментер, оскільки це може порушити баланс речовин і викличе дестабілізацію процесу ферментер. Одночасно включаються також насоси, що перекачують дигестат з ферментера до доброжувача і з доброживателя в накопичувач дигестату (лагуну), щоб не допустити переповнення ферментера та доброжувача.

Маси дигестату, що знаходяться в ферментері і доброжителі, перемішуються для забезпечення рівномірного розподілу бактерій по всьому об'єму ємностей. Для перемішування використовують тихохідні мішалки спеціальної конструкції.

У процесі перебування субстрату в ферментері, бактеріями виділяється до 80% всього біогазу, що виробляється БДУ. У доброжителі виділяється частина біогазу, що залишилася.

Важливу роль у забезпеченні стабільної кількості біогазу, що виділяється, відіграє температура рідини всередині ферментера і доброживателя. Як правило, процес протікає в мезофільному режимі з температурою 41-43С. Підтримка стабільної температури досягається застосуванням спеціальних трубчастих нагрівачів усередині ферментерів та доброживачів, а також надійною теплоізоляцією стін та трубопроводів. Біогаз, що виходить із дигестату, має підвищений вміст сірки. Очищення біогазу від сірки проводиться за допомогою спеціальних бактерій, що заселяють поверхню утеплювача, покладеного на дерев'яне балкове склепіння всередині ферментерів та доброжителів.

Накопичення біогазу здійснюється в газгольдері, який утворюється між поверхнею дигестату і еластичним міцним матеріалом, що покриває ферментер і доброжувач зверху. Матеріал має здатність сильно розтягуватися (без зменшення міцності), що накопичення біогазу значно збільшує ємність газгольдера. Для запобігання переповненню газгольдера та розриву матеріалу є запобіжний клапан.

Далі біогаз надходить у когенераційну установку. Когенераційна установка (КГУ) є блоком, в якому здійснюється вироблення електричної енергії генераторами, привод яких здійснюють газопоршневі двигуни, що працюють на біогазі. Когенератори, що працюють на біогазі, мають конструктивні відмінності від звичайних газогенераторних двигунів, оскільки біогаз є сильно збідненим паливом. Електрична енергія, що виробляється генераторами, забезпечує живлення електрообладнання самої БДУ, а все понад це відпускається прилеглим споживачам. Енергія рідини, що йде на охолодження когенераторів і є тепловою енергією, що виробляється за мінусом втрат в бойлерних пристроях. Теплова енергія, що виробляється, частково йде на обігрів ферментерів і доброжителів, а частина, що залишилася, - також направляється в поблизу лежачих споживачів. надходить у

Можна встановити додаткове обладнання для очищення біогазу до рівня природного газу, проте це дороге обладнання та його застосовують лише якщо метою БДУ є не виробництво теплової та електричної енергії, а виробництво палива для газопоршневих двигунів. Апробованими і найбільш застосовуваними технологіями очищення біогазу є водна абсорбція, адсорбція на носії під тиском, хімічне осадження та мембранний поділ.

Енергетична ефективність роботи БДУ багато в чому залежить як від обраної технології, матеріалів та конструкції основних споруд, так і від кліматичних умов у районі їхнього розташування. Середнє споживання теплової енергії на підігрів біореакторів у помірному кліматичному поясі дорівнює 15-30% енергії, що виробляється когенераторами (брутто).

Загальна енергетична ефективність біогазового комплексу із ТЕЦ на біогазі становить у середньому 75-80%. У ситуації, коли все тепло, що отримується від когенераційної станції при виробництві електроенергії, неможливо спожити (поширена ситуація через відсутність зовнішніх споживачів тепла), воно відводиться в атмосферу. У такому разі енергетична ефективність біогазової ТЕС становить лише 35% від загальної енергії біогазу.

Основні показники роботи біогазових установок можуть істотно відрізнятися, що багато в чому визначається субстратами, прийнятим технологічним регламентом, експлуатаційною практикою, виконуваними завданнями кожної окремої установки.

Процес переробки гною становить трохи більше 40 днів. Дигестат, що отримується в результаті переробки, не має запаху і є прекрасним органічним добривом, в якому досягнуто найбільшого ступеня мінералізації поживних речовин, що засвоюються рослинами.

Дігестат, як правило, поділяється на рідку та тверду фракції за допомогою шнекових сепараторів. Рідку фракцію направляють у лагуни, де накопичують до періоду внесення у ґрунт. Тверда фракція також використовується як добрива. Якщо застосувати до твердої фракції додаткове сушіння, грануляцію та упаковку, то вона буде придатна для тривалого зберігання та транспортування на великі відстані.

Виробництво та енергетичне використання біогазумає цілу низку обґрунтованих і підтверджених світовою практикою переваг, а саме:

1. Відновлюване джерело енергії (ВІЕ). Для виробництва біогазу використовується біомаса, що відновлюється.
2. Широкий спектр використовуваної сировини для біогазу дозволяє будувати біогазові установки фактично повсюдно в районах концентрації сільськогосподарського виробництва та технологічно пов'язаних з ним галузей промисловості.
3. Універсальність способів енергетичного використання біогазу як для виробництва електричної та/або теплової енергії за місцем його утворення, так і на будь-якому об'єкті, підключеному до газотранспортної мережі (у разі подачі очищеного біогазу в цю мережу), а також як моторне паливо для автомобілів.
4. Стабільність виробництва електроенергії з біогазу протягом року дозволяє покривати пікові навантаження в мережі, у тому числі й у разі використання нестабільних ВДЕ, наприклад, сонячних та вітрових електростанцій.
5. Створення робочих місць за рахунок формування ринкового ланцюжка від постачальників біомаси до персоналу енергетичних об'єктів, що експлуатує.
6. Зниження негативного впливу на довкілля рахунок переробки і знешкодження відходів шляхом контрольованого зброджування в біогазових реакторах. Біогазові технології – один із основних та найбільш раціональних шляхів знешкодження органічних відходів. Проекти виробництва біогазу дозволяють скорочувати викиди парникових газів в атмосферу.
7. Агротехнічний ефект від застосування збродженої в біогазових реакторах маси на сільськогосподарських полях проявляється у покращенні структури ґрунтів, регенерації та підвищенні їх родючості за рахунок внесення поживних речовин органічного походження. Розвиток ринку органічних добрив, у тому числі з переробленої в біогазових реакторах маси, у перспективі сприятиме розвитку ринку екологічно чистої продукції сільського господарства та підвищенню його конкурентоспроможності.

Орієнтовні питомі інвестиційні витрати

БДУ 75 кВтел. ~ 9.000 €/кВтел.

БДУ 150 кВтел. ~ 6.500 €/кВтел.

БДУ 250 кВтел. ~ 6.000 €/кВтел.

БДУ bis 500 кВтел. ~ 4.500 €/кВтел.

БДУ 1 МВтел. ~ 3.500 €/кВтел.

Вироблена електрична та теплова енергія можуть забезпечити не лише потреби комплексу, а й прилеглої інфраструктури. Причому сировина для БДУ безкоштовна, що забезпечує високу економічну ефективність після завершення періоду окупності (4-7 років). Собівартість енергії, що виробляється на БДУ, з часом не зростає, а навпаки – зменшується.