Вот почему так ценен навоз: технология производства биогаза

Общие сведения о биогазе

Получаемый из различного навоза и птичьего помета домашний биогаз большей частью состоит из метана. Там его от 50 до 80% в зависимости от того, чьи отходы жизнедеятельности использовались для производства. Того самого метана, что горит в наших плитах и котлах, и за который мы платим порой немалые деньги согласно показаниям счетчика.

Чтобы дать представление о количестве горючего, что теоретически можно добыть при содержании животных дома или на даче, представим таблицу с данными о выходе биогаза и содержании в нем чистого метана:

Оставшаяся доля веществ (25—45%), из которых состоит домашний биогаз, приходится на углекислый газ (до 43%) и сероводород (1%). Также в составе горючего присутствует азот, аммиак и кислород, но в незначительных количествах. Кстати, именно благодаря выделению сероводорода и аммиака навозная куча издает такой знакомый «приятный» запах. Что касается энергетического содержания, то 1 м3 метана теоретически может выделить при сжигании до 25 МДж (6.95 кВт) тепловой энергии. Удельная теплота сгорания биогаза зависит от доли метана в его составе.

Природой устроено так, что биогаз из навоза образуется самопроизвольно и независимо от того, хотим его получать или нет. Навозная куча перегнивает в течение года – полутора, просто находясь на открытом воздухе и даже при отрицательной температуре. Все это время она выделяет биогаз, но только в небольших количествах, поскольку процесс растянут во времени. Причиной служат сотни видов микроорганизмов, находящихся в экскрементах животных. То есть, для начала газовыделения ничего не нужно, оно будет происходить самостоятельно. А вот для оптимизации процесса и его ускорения потребуется специальное оборудование, о чем пойдет речь далее.

Способы переработки

Существуют разные способы правильной утилизации навоза. Все они разработаны с учётом экологических требований, направлены на создание экологически чистого удобрения.

Компостирование

Способ наиболее простой, не требует особых вложений, поэтому популярный. Подходит для переработки твёрдого (при влажности более 75%) и жидкого навоза (при влажности воздуха до 70%).

Этапы создания компостной кучи:

• подготовка специальной площадки;
• перемешивание фекалий с мелкой соломой, опилками, листвой или торфом;
• складирование полученной массы на площадках;
• формирование отдельных буртов.

В дальнейшем поддерживают влажность в намешанной массе на уровне до 75%, что обеспечивает постепенный подъём температуры до +650.

В этом случае утилизация навоза производится за счёт биотермической реакции, в результате которой происходит уничтожение болезнетворных организмов. Качественный перегной получается через год.

Вермикомпостирование

Сущность метода – перемешивание фекалий с червями, которые в результате своей активной жизнедеятельности перерабатывают их и обогащают. Почва получает разовую дозу полезных веществ, постоянное питание за счёт внесённых червей.

Качественное удобрение получается при смешивании субстрата с калифорнийскими червями, перед этим в него добавляют костную муку, гашёную до 8рН известь.

С помощью гранулирования удаётся получить максимально полезное органическое удобрение. Популярность метода стремительно растёт.

Червей можно смешивать со свежим, частично перегнившим субстратом, с готовым перегноем. Способ позволяет переработать и обогатить живыми организмами отходы от крупного и мелкого рогатого скота.

Гранулирование

Утилизация методом гранулирования создаёт из свиного навоза фракции в виде гранул. Они быстро растворяются в воде, удобны в использовании.

Преимущества гранулированного удобрения:

• применяются для любых сельскохозяйственных культур и почв;
• не содержит семян сорной травы, личинок губительных микроорганизмов;
• включает полный комплекс полезных веществ;
• имеет неограниченный срок годности.

«Гранулы не спрессовываются, быстро растворяются в воде, не перегружают почву. Ускоряют созревание растений на 2-е недели, повышают урожайность на 35%».

Технология производства гранул предполагает последовательное измельчение, просушивание и прессование отходов жизнедеятельности от домашнего скота и птиц.

Бактерии в утилизации отходов

Переработка отходов путём включения в них полезных бактерий – прогрессивный метод утилизации. Бактерии выполняют функции:

• сохраняют консистенцию, первоначальный вид отходов;
• удерживают азот, необходимый для питания почвы;
• удаляют специфический запах.

Метод позволяет утилизировать разные виды отходов, вне зависимости от способа их уборки.

«Бактерии помогают утилизировать твёрдый осадок, скапливающийся на дне контейнера при отделении жидкой составляющей экскрементов».

Применение биопрепаратов для переработки навоза

Сегодня утилизировать экскременты получается с помощью биологических препаратов, полученных из живых полезных бактерий селекционным путём. Это наиболее прогрессивный метод, позволяющий:

• ускорить процесс переработки;
• сохранить все полезные свойства;
• понизить уровень неприятного запаха.

Существуют множество разных видов биодобавок. Они сохраняют максимальную активность даже при полном отсутствии кислорода. Благодаря этому их добавляют в компостные кучи, используют при изготовлении подстилки из свиного навоза, который не требуется менять в течение нескольких лет.

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов

Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях

Количество биогаза, которое можно получить из различного сырья

Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.

Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих

Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.

В таблице указаны составы, повышающие количество выделяющегося газа

Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.

Биогаз своими руками

Для частных домов применение биогаза сейчас очень актуально – из практически бесплатного навоза можно получить газ для бытовых нужд и обогрева дома и фермы. Собственная биогазовая установка – это гарантия от отключений электричества и подорожания газа, а также отличный способ утилизировать биоотходы, а также ненужную бумагу.

Для строительства в первый раз логичнее всего использовать простые схемы, такие конструкции будут более надежными и прослужат дольше. В дальнейшем установку можно будет дополнить более сложными деталями. Для дома площадью в 50 квадратов достаточное количество газа получается при объеме емкости для ферментирования в 5 кубометров. Для обеспечения постоянного температурного режима, необходимого для правильного брожения, можно использовать трубу отопления.

На первом этапе строительства роют траншею для биореактора, стенки которой должны быть укреплены и герметизированы с помощью пластика, бетонной смеси или же кольцами из полимеров (желательно наличие в них глухого дна – периодически по мере пользования их придется заменять).

Строительство подземного биореактора

Второй этап заключается в монтаже газового дренирования в виде полимерных труб с многочисленными отверстиями. При установке следует учитывать, что верхушки труб должны превышать планируемую глубину наполнения реактора. Диаметр выходных труб должен быть не больше 7-8 сантиметров.

Следующий этап – изоляция. После этого можно заполнять реактор подготовленным субстратом, после чего он укутывается пленкой для увеличения давления.

На четвертом этапе монтируют купола и отводную трубу, которая ставится в самой высокой точке купола и соединяет реактор с газгольдером. Газгольдер можно обложить кирпичом, поверх монтируется сетка из нержавеющей стали и покрывается штукатуркой.

В верхней части газгольдера помещают люк, который закрывается герметично, из него выводят газовую трубу с клапаном для уравнивания давления.

Важно! Получаемый газ должен отводиться и потребляться постоянно, поскольку длительное его хранение в свободной части биореактора может спровоцировать взрыв от повышенного давления. Необходимо предусмотреть гидрозатвор для того, чтобы биогаз не смешивался с воздухом

Для разогрева биомассы можно установить змеевик, идущий от отопительной системы дома, – это экономически гораздо выгоднее, чем применение электрообогревателей. Внешнее обогревание можно предусмотреть с помощью пара, это исключит перегрев сырья выше нормы.

Смонтированная домашняя биоустановка будет выглядеть примерно так

В целом биогазовая установка своими руками – не такое сложное сооружение, но при ее обустройстве необходимо обращать внимание на самые мелкие детали, во избежание пожаров и разрушений. Дополнительная информация

Строительство даже самой простой биоустановки должно быть оформлено соответствующими документами, необходимо иметь технологическую схему и карту монтажа оборудования, нужно получить одобрение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб

Дополнительная информация. Строительство даже самой простой биоустановки должно быть оформлено соответствующими документами, необходимо иметь технологическую схему и карту монтажа оборудования, нужно получить одобрение Санэпидемстанции, пожарной и газовой служб.

В наше время использование альтернативных источников энергии набирает обороты. Среди них очень перспективной является подотрасль биоэнергетики – получение биогаза из органических отходов типа навоза и силоса. Станции производства биогаза (промышленные или маленькие домашние) способны решить проблемы утилизации отходов, получения экологического топлива и тепла, а также качественных сельскохозяйственных удобрений.

Особенности биоактивных средств переработки навоза в виде подстилки

Стоит оговориться, что для использования бактерий удобно применять подстилку. Предварительно выстилается пол в помещении из соломы, опилок, торфа или других веществ. Его глубина должна быть достаточной для длительного использования (рекомендуется 70 см).

Выделив основные преимущества биоактивных препаратов, удастся определиться с результативностью и эффективностью метода переработки. Тление с помощью бактерий имеет ряд преимуществ:

1. Сырье не приходится постоянно собирать и переносить в хранилище, которое занимает много места. Так как навоз появляется каждый день, необходимо строить сразу несколько отсеков для готового навоза, для свежего и, если есть необходимость, для промежуточной обработки. Используя микроорганизмы этот фактор можно исключить, попадая на подстилку фекалии самостоятельно начинают обрабатываться бактериями;
2. Отдельные способы переработки навоза, к примеру, подстилочный, могут использоваться вместо отопления. В процессе перегнивания выделяется температура порядка 45-55 градусов. Этого вполне достаточно для помещений, в которых отсутствует сквозняк. Благодаря этому подходу происходит существенная экономия средств;
3. Содержание животных не требует возведение сложных строений, достаточно сборной конструкции из арок и листов различной древесины и/или металла;
4. Искусственное насыщение навоза бактериями помогает устранить зловоние в помещении. Естественно, что долгое отсутствие уборки вызывает сильный смрад. Помимо дискомфорта он приносит и материальный убыток, животные медленнее набирают вес, могут себя плохо чувствовать, что влечет отсутствие аппетита. Своеобразный запах — это следствие выработки метана и аммиака. Благодаря активным препаратам происходит быстрая обработка экскрементов и запах исчезает. Своевременное проветривание все же нужно, так как удаление запаха – это непростой процесс. Так животные остаются чистыми, окружающая среда свежая;
5. Расходы на содержание персонала уменьшаются, так как уборка и чистка хлева не нужна. Всего один рабочий способен ухаживать за сотнями голов свиней;
6. При накоплении отходов жизнедеятельности возникает вероятность заболевания животных, чего не происходит используя бактерии. Также условия содержания становятся подобными естественным, что благотворно влияет на рост поголовья и увеличение веса животных;
7. Подстилка выступает своеобразной буферной зоной для защиты от вредителей, грызунов.

Биоактивные средства переработки навоза в виде подстилки

Полезные бактерии и применение для переработки свиного навоза достаточно раскрыты, таким образом становится очевидна экономическая и энергетическая эффективность препаратов. Сельские хозяйства, переходящие на применение бактерий, более прибыльны (по статистике на 40-70%, чем те, кто использует стандартный метод перегноя).

Искусственное насыщение навоза бактериями

Технология получения биологического топлива

Все бактерии, которые принимают участие в образовании биогаза, являются анаэробными, то есть кислород для жизнедеятельности им не нужен. Для этого сооружают полностью герметичные емкости для брожения, отводные трубы которых также не пропускают воздух извне.

После заливки в резервуар сырьевой жидкости и повышения температуры до нужной величины бактерии начинают работу. Начинает выделяться метан, который поднимается с поверхности навозной жижи. Он направляется в специальные подушки или резервуары, после чего фильтруется и попадает в газовые баллоны.

Отработанная бактериями жидкость скапливается на дне, откуда ее периодически откачивают и также отправляют на хранение. После этого в резервуар закачивают новую порцию навоза.

Температурный режим функционирования бактерий

Для переработки навоза в биогаз необходимо создать подходящие условия для работы бактерий. некоторые из них активизируются при температуре выше 30 градусов – мезофильные. При этом процесс идет медленнее и первую продукцию можно получить через 2 недели.

Термофильные бактерии работают при температуре от 50 до 70 градусов. Сроки получения биогаза из навоза сокращаются до 3 дней. При этом отходы представляют собой ферментированный шлам, который используют на полях в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур. В шламе отсутствуют патогенные микроорганизмы, гельминты и сорняки, так как они погибают при воздействии высоких температур.

Есть особый вид термофильных бактерий, которые способны выжить в среде, нагретой до 90 градусов. Их добавляют в сырье, чтобы ускорить процесс брожения.

Понижение температуры ведет к снижению активности термофильных или мезофильных бактерий. В частных хозяйствах чаще используют мезофиллы, так как для них не нужно специально подогревать жидкость и производство газа обходится дешевле. Впоследствии, когда будет получена первая партия газа, его можно использовать для подогрева реактора с термофильными микроорганизмами.

Как подготовить сырье для заливки в реактор

Для производства биогаза из навоза не нужно специально подсаживать микроорганизмы в жидкость, потому что они уже находятся в экскрементах животных. Нужно лишь поддерживать температурный режим и вовремя подливать новый раствор навоза. Его необходимо правильно готовить.

Влажность раствора должна быть 90% (консистенция жидкой сметаны), поэтому сухие виды экскрементов для начала заливаются водой – кроличий помет, конский, овечий, козий. Свиной навоз в чистом виде не нуждается в разбавлении, так как содержит много мочи.

Следующий этап – разбить твердые частицы навоза. Чем мельче будет фракция, тем лучше бактерии переработают смесь и тем больше газа получится на выходе. Для этого в установках применяют мешалку, постоянно работающую. Она снижает риск образования твердой корки на поверхности жидкости.

Для производства биогаза подходят те виды навоза, которые имеют самую высокую кислотность. Их еще называют холодными – свиной и коровий. Снижение кислотности приостанавливает деятельность микроорганизмов, поэтому необходимо следить в начале, сколько времени необходимо, чтобы они полностью переработали объем резервуара. Затем долить следующую дозу.

Технология очистки газа

При переработке навоза в биогаз получается:

• 70% метана;
• 30% углекислого газа;
• 1% примесей сероводорода и других летучих соединений.

Высокое содержание углекислоты также требует очистки, но этот процесс более трудоемкий. В домашних условиях самым простым и дешевым способом очистки биогаза от примесей является вода. Процесс происходит в 2 этапа:

• Полученный газ сжимается под давлением 9 – 11 атмосфер.
• Подается в резервуар с водой, где примеси растворяются в жидкости.

В промышленных масштабах для очистки применяют известь или активированный уголь, а также специальные фильтры.

Как уменьшить содержание влаги

Самостоятельно избавиться от примесей воды в газе можно несколькими способами. Один из них – принцип самогонного аппарата. По холодной трубе газ направляется вверх. Жидкость при этом конденсируется и стекает вниз. Для этого трубу проводят под землей, где температура естественным образом снижается. По мере подъема, температура также поднимается, и осушенный газ попадает в хранилище.

Второй вариант – гидрозатвор. После выхода газ поступает в емкость с водой и там очищается от примесей. Такой метод называется одноэтапным, когда с помощью воды биогаз чистят сразу от всех летучих веществ и влаги.

Принцип гидрозатвора

1 Отдельные способы переработки навоза

Технологии переработки этого биоресурса весьма разнообразны.

1. Вермикомпостный способ. Заключается в получении перегноя из навоза с помощью червей.
2. Утилизация и переработка навоза с помощью насекомых и мух.
3. Сушка биоресурса горячим воздухом, делает его легким и транспортабельным удобрением. Недостаток способа в энергозатратности.
4. Способ гранулирования биоресурса. Он распространен в США и в Европе, но также энергозатратен. На получение тонны гранулированных удобрений расходуется полтонны топлива.
5. Способ переработки навоза в биогаз, актуален для крупных предприятий в современной действительности. Устанавливается специальный биореактор в котором происходит переработка навозного сырья в газ для отопления и прочих нужд предприятия.

Технологическая схема переработки навоза

1.1 Передовая российская разработка

Специально разработанная в Башкирии установка позволяет получать очень эффективное органно-минеральное удобрение, действующее в почве продолжительно по времени (3-4 года). Оно увеличивает динамическое плодородие почвы, повышая урожайность до двух раз. Технология позволяет сохранять в почве органические вещества.

Схема технологии состоит из следующих этапов.

1. Навозное сырье проходит обработку формалином. Происходит полная ликвидация бактерий и консервация органики на несколько лет.
2. Проводится добавление мочевины при установленной температуре.
3. Смесь проходит сушку в установке кипящего слоя и затем гранулируется.

1.2 Бактерии для переработки навоза

Перерабатывать продукт жизнедеятельности животных помогают бактерии, содержащиеся в нем. На современных фермах крупный рогатый скот, птицы и свиньи выращиваются на несменяемой подстилке в легких некапитальных строениях. Это дает ряд существенных преимуществ.

1. Помет и навоз не нужно убирать, попадая в подстилку, они перерабатываются внутри нее бактериями.
2. Отопление не требуется. Тепло образуется в результате переработки органики внутри подстилки бактериями, вследствие микробиологических процессов и достигает 40-50 градусов.
3. Микроорганизмы бактерий утилизируют навоз и помет без выделения неприятного запаха аммиака и метана. Поддерживается свежесть среды обитания животных и птиц, сохраняется их чистота.
4. Сокращаются до минимума расходы на обслуживающий персонал. Бактерии для переработки свиного навоза делают возможным одному рабочему справляться с тремя сотнями голов свиней. Ручной труд по уборке продуктов жизнедеятельности исключен, его заместили бактерии.
5. Условия содержания животных приближены к естественным условиям обитания. Животные меньше подвержены заболеваниям, быстрее набирают вес.

Биохлев — переработка навоза бактериями

1.3 Аэробные биоустановки по переработке навоза и помета

Фермерскими хозяйствами, занимающимися разведением животных, стали широко применяться автоматизированные биоустановки типа Биоэкомодуль. В таких установках происходит преобразование отходов органического происхождения, посредством аэробной ферментации, в ценные органические удобрения. Процесс протекает в искусственно созданной среде с постоянными характеристиками за счет кислорододышащих (аэробных) бактерий группы азотобактеров. Такие бактерии живут в кишечнике птиц и животных и выходят из него вместе с отходами.

Бактерии расщепляют органические остатки и вредные химические соединения. В итоге получаются хеллаты (стабильные формы безопасных соединений), используемые в сельском хозяйстве. Применяется продукция, полученная в биоустановках аэробного типа как:

• сыпучие удобрения для садоводства, увеличивающие рост и урожайность;
• компосты богатые органикой с оптимальным сочетанием большого количества полезных бактерий и NPK показателей;
• биоминеральные кормовые добавки, улучшающие продуктивные показатели животных и птиц до 23%;
• сырье органического происхождения для производства гранулированного и брикетированного твердого топлива с высокими показателями теплотворности;
• органические экологически безопасные почвогрунты;
• жидкие подкормки органического происхождения для растений.

Технологическая схема биореактора

Преимущества применения биоаэробной технологии и оборудования заключаются в следующем:

• полный контроль и прогнозируемость процесса переработки;
• сохранение азота с переводом его в стабильное состояние;
• в процессе переработки отходов сохраняются полезные вещества, разлагается болезнетворная микрофлора;
• отсутствуют вредные стоки и выбросы;
• не требуются затраты на капстроительство и коммуникации;
• простота, надежность и мобильность конструкции;
• продолжительный срок эксплуатации;
• низкое энергопотребление.