Животноводческое хозяйство постоянно сталкивается с проблемой вывоза отходов. На утилизацию навоза требуются большие деньги. Но есть способ, с помощью которого можно не только сэкономить свои денежные средства, но и сделать так, чтобы отходы превратились в полезное вещество.
Рачительные животноводы уже давно используют на практике специальную технологию производства из навоза биогаза – вещества, которое может служить в качестве топлива.
Впервые услышав о такой технологии, многие наверняка подумают, что она появилась совсем недавно – максимум 10 лет назад. Однако о том, как из отходов получать газ, полезный в хозяйстве и промышленности, люди знали уже давно. Исследования в этой сфере начались более 200 лет назад. В 19 веке они с успехом продолжили развиваться. В начале прошлого столетия в промышленности началось использование метантенков – устройств, основная функция которых – переработка отходов в газ метан.
Зачем перерабатывать навоз?
И хотя технологии производства биогаза из отходов уже давно используются в разных странах, именно в наши дни они становятся наиболее важными. Это связано с глобальными экологическими проблемами и с увеличением стоимости традиционных видов топлива.
Переработка органических отходов в биогаз позволяет уменьшить объем выбрасываемого в атмосферу метана, а заодно получить альтернативный источник тепла.
Экологическая ценность производства биогаза
Все, кто занимается садоводством, прекрасно знают, что навоз – это отличное удобрение. И если на скотном дворе у сельского жителя есть одна корова, то всё можно использовать для удобрения в своём саду или огороде. Однако, если коров больше, то навоза появляется столько, что его некуда девать.
Для того, чтобы навоз стал качественным удобрением, требуется среда с определённой поддерживаемой температурой. А это уже дополнительные затраты. Поэтому фермеры зачастую просто оставляют навоз на длительное хранение где-нибудь недалеко от места его появления и затем, когда приходит время, вывозят его на поля. Однако в таком случае при низких температурах он лишается столь важного компонента, как азот. Следовательно, качество удобрения значительно ухудшается. Также при неправильном хранении из навоза выделяется метан – газ, который лишь засоряет воздух.
Благодаря современным технологиям, можно не только предотвратить отрицательное воздействие вредных газов на атмосферу, но и сделать так, чтобы они, наоборот, приносили пользу.
С помощью специальной технологии, основанной на жизнедеятельности микроорганизмов, навоз превращается в биогаз, который затем можно использовать в качестве топлива. При этом то, что останется в качестве отходов, может быть использовано как удобрение.
Комплектация установки для производства биогаза
Для переработки отходов сооружаются специальные установки. Оборудование для переработки навоза в газ состоит из шести основных элементов.
- Биореактор, в котором разлагается сырье.
- Автоматическая система подачи сырья.
- Устройство для перемешивания массы.
- Оборудование, поддерживающее нужную температуру.
- Газгольдер, в котором хранится полученный газ.
- Приёмник твердых отходов.
Без этих элементов не обходится ни одна установка, использующаяся в промышленности. Однако те метантенки, которые в быту применяются фермерами, имеющими своё сельское хозяйство, устроены гораздо проще.
Устройство и особенности оборудования для производства биогаза
Основная часть установки – биореактор. Он может быть исполнен в одном из нескольких вариантов. Но в любом случае он должен быть достаточно герметичным и не позволять проникнуть внутрь кислороду. В домашнем фермерстве для изготовления биореактора обычно применяются топливные цистерны объемом 50 куб. м. Но можно также купить уже готовый метантенк. Его главное преимущество – возможность быстро разобрать и перевезти в другое место, когда это необходимо.
Технология производства биогаза в домашних условиях
Если соблюдать простые правила эксплуатации, то оборудование для переработки навоза в биогаз сможет полностью обеспечить энергией как небольшое жилое помещение, так и целое промышленное предприятие.
Биореактор вырабатывает не только топливо в виде газа, но и ценное удобрение, в основе которого лежит гумус.
Чтобы получить биогаз, органическое сырье нужно поместить в такие условия, в которых быстро смогут развиваться определенные виды микробов.
Производство биогаза из отходов животноводства проходит в 4 этапа, в каждом из которых участвуют разные штаммы микроорганизмов. Примечательно то, что они не нуждаются в кислороде. Однако важно поддерживать оптимальные показатели давления и температуры. Организмы, вырабатывающие метан, хорошо развиваются в условиях давления в 1/20 атмосферного и при температуре в 50 градусов.
Когда сырье будет помещено в биореактор, начнется его активация, на которую может уйти несколько месяцев.
Как только появится газ, это будет означать, что появилось уже достаточное количество микроорганизмов, и примерно через 10 дней в реактор добавляется новое сырье, которое активируется уже гораздо быстрее.
Чтобы поддерживать оптимальные условия, нужно с определённой периодичностью перемешивать сырье. А для сохранения постоянной температуры в 50 градусов придётся применять обычное отопление.
Сырье для производства биогаза
Бытует мнение, что навоз – это лучшее сырье для производства биогаза. Из тонны не содержащего примесей навоза можно получить лишь около 60 куб. м ценного газа. К тому же, именно в навозе присутствует больше всего видов бактерий, способных долгое время поддерживать работу биореактора.
Однако в навоз предварительно можно добавлять отходы садоводства и пищевой промышленности.
Перед тем, как поместить сырье в реактор, его нужно размельчить и разбавить водой.
Что представляет собой биогаз
Но что же такое биогаз и почему он оказывается таким полезным?
Биогаз – это вещество, которое невозможно ни увидеть, ни почувствовать. Оно во многом похоже на обычный природный газ. При его сжигании выделяется большое количество тепла. В этом плане 1 куб. м биогаза эквивалентен 1,5 кг традиционного угля.
Газ, вырабатываемый биореактором, примерно наполовину состоит из метана, хотя точные цифры сильно варьируют. Если метан из отходов попадает в атмосферу, то он наносит ей вред, усиливая парниковый эффект. Но если его специально собирать, а затем использовать в качестве топлива, то он сгорает.
Другое вещество, входящее в состав биогаза – углекислота. Его процент меньше. Перед применением в хозяйстве оно обычно удаляется. Остальные составляющие – водород, сероводород, азот.
Технология получения и производства биогаза из навоза
Производителями биогаза являются анаэробные микроорганизмы, которые разлагают навоз. Чтобы началась переработка навоза в газ, нужно поместить сырье в резервуар, где нет кислорода и некоторое время поддерживать там определенную температуру. Отсутствие кислорода и достаточно теплая окружающая среда – это как раз и есть благоприятные условия для развития нужных микроорганизмов. Так отходы животноводства начнут превращаться в экологически чистое топливо, а также в ценное удобрение.
Принцип работы установки по производству биогаза
Газы, которые образуются микроорганизмами в результате их жизнедеятельности, будучи довольно лёгкими, поднимаются в верхнюю часть метантенка. Оттуда их затем и выкачивают. А в нижней части оказывается остаточный продукт, который как раз можно использовать в качестве удобрения. Этот продукт сохраняет все полезные свойства навоза, так как в нём остаются азот и фосфор.
Но если приобрести подходящий резервуар не так уж и сложно, то с поддержанием постоянной температуры уже могут появиться проблемы. Ведь здесь не обойтись без больших финансовых затрат. Микроорганизмы, которые принимают участие в процессе переработки, начинают действовать лишь при температуре выше 30 градусов. А некоторым видам и вовсе требуется среда, нагретая до 50 градусов.
Примерный выход биогаза
Одна корова за сутки в среднем производит до 40 кг навоза. Если поместить его в биореактор, то микробы выработают примерно 1,5 куб. м топливного газа, а это – 3 кВт/ч электрической энергии.
Этапы получения и переработки отходов
Процесс производства проходит в 4 этапа.
- Сначала микроорганизмы перерабатывают высокомолекулярные соединения, превращая их в низкомолекулярные. Полимеры становятся мономерами. Данный процесс протекает довольно медленно, на его скорость во многом влияет кислотно-щелочной баланс среды.
- На следующем этапе образуются кислоты. Некоторые молекулы попадают в клетки микроорганизмов, и там продолжается их разложение. Сначала происходит выработка карбоновых кислот, а также некоторых газов: сероводорода, аммиака, углекислого газа.
- На третьем этапе образуются вещества, необходимые для появления метана. Это углерод, его двуокись, а также уксусная кислота.
- И завершается переработка навоза в биогаз образованием самого метана. При этом появляются и побочные продукты – углекислый газ и вода.
Строительство подземной установки по производству биогаза
Самой главной составляющей установки является метантенк. Так называется емкость, внутри которой и происходят все необходимые химические реакции, способствующие превращению отходов в ценный метан. Для уменьшения затрат на поддержание постоянной температуры эту емкость размещают прямо под землёй. В этом случае тепловая энергия, которая вырабатывается во время реакций, сохраняется надолго, и температура среды составляет около 15 градусов.
Для небольших метантенков, объем которых не превышает 3 куб. м, допускается использование капроновой ёмкости. А для теплоизоляции используют часто применяющиеся в строительстве материалы такие, как минвата и пенополистирол.
Дно ямы, выкопанной для размещения метантенка, покрывают бетонным раствором слоем до 10 см. Бетон нужен для того, чтобы предотвратить выдавливание ёмкости из почвы.
Лучший материал для сооружения больших реакторов – керамзитобетон. Он обладает хорошей прочностью и к тому же, является неплохим теплоизолятором.
Перед тем как начинать заливать стены ямы, необходимо соорудить трубу, через которую будет подаваться смесь. Толщина этой трубы обычно составляет около 30 см. А длина её должна быть такой, чтобы нижний конец располагался на расстоянии примерно 25 см от дна.
В верхней части метантенка находится газгольдер – предназначенная для концентрации газа конструкция в виде конуса или купола. Для изготовления газгольдера могут использоваться обычные металлические листы. Но в некоторых случаях применяют кирпич, который затем обивают металлической сеткой и наносят слой штукатурки.
Из верхней части газгольдера должны выходить две трубки. Одна из них выводит вырабатываемый газ, а через другую откачивается отработанная масса.
Емкость метантенка должна быть надежно закрыта и выдерживать давление в 1/10 атмосферного. Поэтому её стенки изнутри обмазывают битумом, а в верхней части устанавливают герметичную крышку.
Производство биогаза из отходов органики как бизнес
Начать деятельность, имеющую отношение к альтернативным источникам энергии, может даже новичок в сфере бизнеса. Для этого нужно либо иметь собственное фермерское хозяйство, либо начать сотрудничать с фермами и регулярно получать от них навоз. Установкой биореактора можно заняться самостоятельно или обратиться за помощью к профессионалам. После этого останется только наладить сбыт готового альтернативного топлива и удобрений. В этом случае все затраты быстро окупятся и данный бизнес начнет приносить солидный доход. Кроме того, работая в области альтернативных источников энергии, предприниматель будет получать надбавку при реализации электроэнергии на оптовом рынке.
Сфера применения биогаза
Производство биогаза из отходов не только способствует улучшению экологической обстановки, но и значительно сокращает затраты на энергоснабжение. Сфера применения этого газа довольно обширна. Он может быть использован в качестве топлива для автомобиля, для производства электричества, а также для отопления жилых домов и малых промышленных зданий.
