Проста біогазова установка будинку, майстер

На подвір'ї будь-якого господарства можна використовувати не тільки енергію вітру, сонця, але і біогазу.

Біогаз - газоподібне паливо, продукт анаеробного мікробіологічного розкладання органічних речовин. Біогазові технології - це найбільш радикальний, екологічно чистий, безвідходний спосіб переробки, утилізації і знезараження різноманітних органічних відходів рослинного і тваринного походження.

Умови отримання і енергетична цінність біогазу.

Тим, хто захоче побудувати на подвір'ї малогабаритну біогазову установку, необхідно детально знати з якої сировини і за якою технологією можна отримати біогаз.

Біогаз отримують в процесі анаеробної (без доступу повітря) ферментації (розкладання) органічних речовин (біомаси) різного походження: пташиний послід, бадилля, листя, солома, стебла рослин та інші органічні відходи індивідуального господарства. Таким чином, біогаз можна виробляти з усіх господарсько-побутових відходів, які мають здатність бродити і розкладатися в рідкому або вологому стані без доступу кисню. Анаеробні установки (ферментатори) дають можливість переробляти будь-яку органічну масу при протіканні процесу в дві фази: розкладання органічної маси (гідратація) і її газифікація.

Застосування органічної маси, що пройшла мікробіологічне розкладання в біогазових установках, підвищує родючість ґрунтів, урожайність різних культур на 10-50%.

Біогаз, який виділяється в процесі складного бродіння органічних відходів, складається з суміші газів: метану ( «болотного» газу) - 55-75%, вуглекислого газу - 23-33%, сірководню - 7%. Метанове бродіння - бактеріальний процес. Головна умова його протікання і виробництва біогазу - наявність тепла в біомасі без доступу повітря, що можна створити в простих біогазових установках. Установки нескладно спорудити в індивідуальних господарствах у вигляді спеціальних ферментаторів для зброджування біомаси.

У присадибному господарстві основним органічним сировиною для завантаження в ферментатор є гній.

У ферментаторі, поряд з виробництвом газу, здійснюється знезараження органічних відходів від патогенної мікрофлори, дезодорація виділяються неприємних запахів. Одержуваний мул коричневого кольору періодично вивантажується з ферментатора і використовується як добриво.

Для підігріву переробляється маси використовують тепло, яке виділяється при її розкладанні в біоферментаторе. При зниженні температури в ферментаторі знижується інтенсивність газовиділення, так як мікробіологічні процеси в органічній масі сповільнюються. Тому надійна теплоізоляція біогазової установки (біоферментатора) одне з найбільш важливих умов її нормальної роботи.

Для забезпечення необхідного режиму ферментації рекомендується змішувати закладається в ферментатор гній з гарячою водою (бажано 35-40 ° С). Втрати тепла необхідно зводити до мінімуму також при періодичній довантаженні і очищенні ферментатора. Для кращого обігріву ферментатора можна використовувати «тепличний ефект». Для цього над куполом встановлюють дерев'яний або легкий металевий каркас і покривають поліетиленовою плівкою. Найкращі результати досягаються при температурі сировини, яке зброджується, 30-32 ° С і вологості 90-95%. На півдні України біогазові установки можуть працювати ефективно без додаткового підігріву органічної маси в ферментаторі. У районах середньої і північної смуги частина одержуваного газу необхідно витрачати в холодні періоди року на додатковий підігрів сбраживаемой маси, що ускладнює конструкцію біогазових установок. Можлива ситуація, коли після першого наповнення ферментатора і початку відбору газу останній не горить. Це пояснюється тим, що спочатку отриманий газ містить більше 60% вуглекислого газу. В цьому випадку його необхідно випустити в атмосферу і через 1-3 дні робота біогазової установки буде відбуватися в стабільному режимі.

При ферментації екскрементів від однієї тварини можна отримати за добу: великої рогатої худоби (жива маса 500-600 кг) - 1,5 куб.м біогазу, свині (жива маса 80-100 кг) - 0,2 куб.м, курки або кроля - 0,015 куб.м.

За одну добу ферментації з гною великої рогатої худоби утворюється 36% біогазу, а свинячого - 57%. За кількістю енергії 1 куб.м біогазу еквівалентний 1,5 кг кам'яного вугілля, 0,6 кг гасу, 2 кВт / год електроенергії, 3,5 кг дров, 12 кг гнойових брикетів.

Широкий розвиток біогазові технології отримали в Китаї, вони активно впроваджуються в ряді країн Європи, Америки, Азії, Африки. У Західній Європі, наприклад в Румунії, Італії, більше 10 років тому почали масово застосовувати малогабаритні біогазові установки з об'ємом сировини, що переробляється 6-12 куб.м.

Власники присадибних і фермерських господарств в Україні теж почали проявляти інтерес до таких установок. На території будь-якої садиби можна обладнати одну з найбільш простих біогазових установок, які, наприклад, застосовуються в індивідуальних господарствах Румунії. Згідно з наведеними на рис. 1-а, розмірами обладнають яму 1 і купол 3. Яму 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 буде накопичуватися біогаз. Для захисту від корозії дзвін періодично фарбують двома шарами олійної фарби. Ще краще попередньо покрити дзвін зсередини свинцевим суриком.

У верхній частині дзвони встановлюють патрубок 4 для відведення біогазу і манометр 5 для вимірювання його тиску. Газовідвідний патрубок 6 можна виготовити з гумового шланга, пластмасовою або металевої труби.

Навколо ями-ферментатора влаштовують бетонну канавку-гідрозатвор 2, наповнену водою, в яку занурюють нижній бортик дзвони на 0,5 м.

Подавати газ до кухонній плиті можна по металевим, пластмасовим або гумовим трубкам. Щоб взимку через замерзання конденсується води трубки не розривало, застосовують нескладний пристрій (рис. 1-б): U-подібну трубку 2 приєднують до трубопроводу 1 в найнижчій точці. Висота її вільної частини повинна бути більше тиску біогазу (в мм. Вод. Ст.). Конденсат 3 зливається через вільний кінець трубки, при цьому не буде витоку газу.

У другому варіанті установки (рис. 1-в) 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. Із зовнішнього боку верхньої кромки резервуара з бетону влаштовують кільцеву канавку 5 глибиною до 1 м, яку заливають водою. У неї вільно встановлюють вертикальну частину купола 2, що закриває резервуар. Таким чином канавка з залитої в неї водою служить гідрозатворів. Біогаз збирається у верхній частині купола, звідки через випускний патрубок 3 і далі по трубопроводу 4 (або шлангу) подається до місця використання.

В круглий резервуар 1 завантажується близько 12 куб.м органічної маси (бажано свіжого гною), яка заливається рідкої фракцією гною (сечею) без додавання води. Через тиждень після заповнення ферментатор починає працювати. В даній 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 подвір'ї, якщо сім'я вирощує на підряді бичків або містить кілька корів.

Конструктивно-технологічні схеми простих малогабаритних установок наведені на рис. 1-г, д, е, ж. Стрілки, що показують технологічні переміщення вихідної органічної маси, газу, мулу. Конструктивно купол може бути жорстким або виготовленим з поліетиленової плівки. Жорсткий купол можна виконати з довгою циліндричною частиною для глибокого занурення в переробну масу «плаваючим» (рис. 1-г) або вставленим в гідравлічний затвор (рис. 1-д). Купол з плівки можна вставити в гідрозатвор (рис. 1-е) або виготовити у вигляді цілісно клеєного великого мішка (рис. 1-е). В останньому виконанні на мішок з плівки укладають вантаж 9, щоб мішок не надто роздувався, а також для утворення під плівкою достатнього тиску.

Газ, який збирається під куполом або плівкою, надходить по газопроводу до місця використання. Для уникнення 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 в гідравлічному затворі на критичну висоту і перекинеться, випустивши при цьому газ.

Вироблення біогазу може бути знижена 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 купола металевої вилки. Купол піднімається в гідравлічному затворі на певну висоту при накопиченні газу і опускається в міру його використання.

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

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

Мал. 1. Схеми найпростіших біогазових установок:

а). з пірамідальним куполом: 1 - яма для гною; 2 - канавка-гідрозатвор; 3 - дзвін для збору газу; 4, 5 - патрубок для відводу газу; 6 - манометр;

б). пристрій для відведення конденсату: 1 - трубопровід для відведення газу; 2 - U-подібна труба для конденсату; 3 - конденсат;

в). з конічним куполом: 1 - яма для гною; 2 - купол (дзвін); 3 - розширена частина патрубка; 4 - труба для відводу газу; 5 - канавка-гідрозатвор;

г, д, е, ж - схеми варіантів найпростіших установок: 1 - подача органічних відходів; 2 - ємність для органічних відходів; 3 - місце збору газу під куполом; 4 - патрубок для відводу газу; 5 - відведення мулу; 6 - манометр; 7 - купол з поліетиленової плівки; 8 - водяний затвор; 9 - вантаж; 10 - цельноклеений поліетиленовий мішок.

Біогазова установка з підігрівом сбраживаемой маси теплом, виділеним при розкладанні гною в аеробному ферментаторі, наведена на рис. 2, включає метантанк - циліндричну металеву ємність з заливний горловиною 3, зливним краном 9, механічною мішалкою 5 і патрубком 6 відбору біогазу.

Ферментатор 1 можна зробити прямокутним з дерев'яних матеріалів. Для вивантаження обробленого гною бічні стінки виконані знімними. Пол ферментатора - гратчастий, через технологічний канал 10 повітря продувають з повітродувки 11. Зверху ферментатор закривають дерев'яними щитами 2. Щоб зменшити втрати тепла, стінки і днище виготовляють з теплоізоляційної прошарком 7.

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

Така установка окупиться вже за рік тільки за рахунок утилізації відходів в особистому господарстві.

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

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

Для приготування їжі на сім'ю з 3-4 чоловік необхідно спалювати 3-4 куб.м біогазу на добу, для опалення будинку площею 50-60 кв.м - 10-11 куб.м. Установка може працювати в будь-якій кліматичній зоні. До їх серійного виробництва приступив тульський завод «Будтехніка» і ремонтно-механічний завод «Орловський» (м.Прилуки).

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