Получение биогаза из навоза

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

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

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

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

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

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

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

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

Остаток, не подлежащий разложению, составляет всего 300 г.

Зачем перерабатывать навоз?

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

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

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

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

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

Использование биогаза

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

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

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

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

Биологический газ в мировой энергетике

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

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

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

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

Сырье для производства биогаза

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

Расчет объема готового продукта

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

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

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

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

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

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

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

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

Соответственно, общий объем будет:

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

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

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

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

Сухое удобрение повышает урожайность:

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

Устройство и особенности оборудования для производства биогаза

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

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

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

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

В состав такого оборудования входят:

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

Это позволяет достичь высокой стабильности и надежности работы установки.

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

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

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

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

Основным оборудованием установки являются:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Многие из тех, кто владеет подобными установками, используют в качестве сырья для переработки навоз или его жижу. Фирма MT-Energie представляет свою новую разработку – одноступенчатую установку по получению биогаза из навозной жижи, которая включает только ферментер и хранилище, исключая емкость для брожения. Ее отсутствие обусловлено тем, что брожение жижи из навоза идет быстрее, чем аналогичный процесс с использованием силоса. Новая установка является более рентабельной и привлекательной по своей ценовой характеристике.

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

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

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

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