Фермерські господарства щорічно стикаються з проблемою утилізації гною. В нікуди йдуть чималі кошти, які потрібні для організації його вивезення і захоронення. Але є спосіб, що дозволяє не тільки заощадити свої гроші, а й змусити служити собі на благо цей природний продукт.
Дбайливі господарі вже давно застосовують на практиці екотехнологій, що дозволяє отримати біогаз із гною і використовувати результат як паливо.
Тому в нашому матеріалі мова піде про технології отримання біогазу, також ми розповімо про те, як спорудити біоенергетичну установку.
Плюси використання біотехнологій
Технологія отримання біопалива з різних природних джерел не нова. Дослідження в цій області почалися ще в кінці 18 століття і успішно розвивалися в 19 столітті. У Радянському Союзі перша біоенергетична установка була створена в сорокових роках минулого століття.
Біотехнології давно застосовуються в багатьох країнах, але саме сьогодні вони набувають особливого значення. Внаслідок погіршення екологічної обстановки на планеті і високу вартість енергоносіїв, багато спрямовують свої погляди в бік альтернативних джерел енергії та тепла.
Технологія переробки гною в біогаз дозволяє зменшити кількість шкідливих викидів метану в атмосферу і отримати додаткове джерело теплової енергії
Безумовно, гній є дуже цінним добривом, і якщо в господарстві є дві корови, то і проблем з його застосуванням не виникає. Інша справа, коли мова йде про фермерські господарства з великим і середнім поголів'ям, де в рік утворюються тонни смердючого і гниючого біологічного матеріалу.
Щоб гній перетворився в якісне добриво, потрібні площі з певним температурним режимом, а це зайві витрати. Тому багато фермерів складують його, де доведеться, а потім вивозять на поля.
Залежно від обсягу сировини, що утворюється в добу, слід підбирати габарити установки і ступінь її автоматизації
При недотриманні умов зберігання з гною випаровуються до 40% азоту і основна частина фосфору, що значно погіршує його якісні показники. Крім того, в атмосферу виділяється газ метан, який надає негативний вплив на екологічну обстановку планети.
Сучасні біотехнології дозволяють не тільки нейтралізувати шкідливий вплив метану на екологічну обстановку, але і змусити його служити на благо людини, отримуючи при цьому чималу економічну вигоду. В результаті переробки гною утворюється біогаз, з якого потім можна отримати тисячі кВт енергії, а відходи виробництва являють собою дуже цінне анаеробне добриво.
Організація системи по отриманню біогазу економічно обгрунтована для фермерських господарств. Якщо сировина дають тільки дві корови, його краще використовувати в якості добрива 
Отриманий шляхом переробки гною газ забезпечить теплом і енергією. Після очищення він може поставлятися в плиту і котел, закачаний в балон використовуватися електрогенератором 
Конструктивно найпростішу переробну установку нескладно побудувати власними руками. Головний орган її - біореактор, який потрібно добре гідро- і теплоізолювати 
Для тих, хто бажає скоротити терміни спорудження системи, підійде пластикова ємність заводського виготовлення. При її використанні діють аналогічні принципи споруди та ізоляції
Механізм утворення газу з органічної сировини
Біогаз - це летюча речовина без кольору і будь-якого запаху, в якому міститься до 70% метану. За своїми якісними показниками він наближається до традиційного виду палива - природного газу. Відрізняється хорошою теплотворною здатністю, 1м 3 біогазу виділяє стільки тепла, скільки виходить при згорянні півтора кілограм вугілля.
Утворенню біогазу ми зобов'язані анаеробних бактерій, які активно працюють над розкладанням органічної сировини, в якості якого використовуються гній сільськогосподарських тварин, пташиний послід, відходи будь-яких рослин.
У самостійному виробництві біогазу може використовуватися пташиний послід і продукти життєдіяльності дрібної і великої худоби. Сировина може застосовуватися в чистому вигляді і в формі суміші з включенням трави, листя, старого паперу
Для активізації процесу необхідно створити сприятливі умови для життєдіяльності бактерій. Вони повинні бути схожі з тими, в яких мікроорганізми розвиваються в природному резервуарі - в шлунку тварин, де тепло і відсутній кисень.
Власне, це і є дві основні умови, що сприяють чудовому перетворенню гниючої гною маси в екологічно чисте паливо і цінні добрива.
Для отримання біогазу потрібен герметичний реактор без доступу повітря, де буде відбуватися процес бродіння гною і розкладання його на складові:
- метан (до 70%);
- вуглекислий газ (приблизно 30%);
- інші газоподібні речовини (1-2%).
Утворилися гази піднімаються догори ємності, звідки їх потім викачують, а вниз осідає залишковий продукт - високоякісне органічне добриво, яке зберегло в результаті обробки всі цінні речовини, наявні в гної - азот і фосфор, і яке зазнало втрат значну частину патогенних мікроорганізмів.
Реактор для отримання біогазу повинен мати повністю герметичну конструкцію, в якій відсутній кисень, в іншому випадку процес розкладання гною буде проходити вкрай повільно
Друга важлива умова для ефективного розкладання гною і освіти біогазу - дотримання температурного режиму. Бактерії, які беруть участь в процесі, активізуються при температурі від +30 градусів.
Причому в гної міститься два види бактерій:
- мезофільні. Їх життєдіяльність відбувається при температурі +30 - +40 градусів;
- термофільні. Для їх розмноження необхідно дотримати температурний режим +50 (+60) градусів.
Час переробки сировини в установках першого типу залежить від складу суміші і становить від 12 до 30 діб. При цьому 1 літр корисної площі реактора дає 2 л біопалива. При використанні установок другого типу час вироблення кінцевого продукту скорочується до трьох днів, а кількість біогазу зростає до 4, 5 л.
Ефективність термофільних установок видна неозброєним оком, проте і ціна їх обслуговування дуже висока, тому перш ніж вибрати той чи інший спосіб отримання біогазу, необхідно дуже ретельно все прорахувати
Незважаючи на те, що ефективність термофільних установок в десятки разів вище, застосовуються вони набагато рідше, оскільки підтримання високих температур в реакторі пов'язано з великими витратами.
Обслуговування та утримання установок мезофильного типу дешевше, тому більшість фермерських господарств для отримання біогазу використовують саме їх.
Біогаз за критеріями енергетичного потенціалу трохи поступається звичним газовому паливу. Однак в його складі є сірчанокислий випаровування, наявність яких слід врахувати при виборі матеріалів для спорудження установки
Розрахунки ефективності застосування біогазу
Оцінити всі переваги використання альтернативного біопалива допоможуть нескладні розрахунки. Одна корова вагою 500 кг виробляє на добу приблизно 35-40 кг гною. Цієї кількості вистачить для отримання близько 1.5 м 3 біогазу, з якого в свою чергу можна виробити 3 кВт / год електроенергії.
Використовуючи дані з таблиці, неважко розрахувати, скільки м 3 біогазу можна отримати на виході відповідно до наявного в фермерському господарстві поголів'ям худоби
Для отримання біопалива можна використовувати як один вид органічної сировини, так і суміші з декількох компонентів, що мають вологість 85-90%. Важливо, щоб вони не містили сторонні хімічні домішки, що негативно впливають на процес переробки.
Найпростіший рецепт суміші придумав ще в 2000 році один російський мужик з Липецької області, який побудував своїми руками найпростішу установку для отримання біогазу. Він змішував 1500 кг коров'ячого гною з 3500 кг відходів різних рослин, додавав воду (приблизно 65% від ваги всіх інгредієнтів) і розігрівав суміш до 35 градусів.
Через два тижні безкоштовне паливо готове. Ця невелика установка виробляла 40 м 3 газу в день, що цілком вистачало для обігріву будинку і госпбудівель протягом півроку.
Варіанти установок для отримання біопалива
Після проведення розрахунків необхідно визначитися, як виготовити установку, щоб отримати біогаз відповідно до потреб свого господарства. Якщо поголів'я худоби невелике, то підійде найпростіший варіант, який неважко виготовити з підручних засобів своїми руками.
Великим фермерським господарствам, у яких є постійне джерело великої кількості сировини, доцільно побудувати промислову автоматизовану біогазову систему. В цьому випадку навряд чи вийде обійтися без залучення фахівців, які розроблять проект і змонтують установку на професійному рівні.
На схемі наочно показано, як працює промисловий автоматизований комплекс з отримання біогазу. Будівництво таких масштабів можна організувати відразу декільком фермерським господарствам, розташованим поблизу
Сьогодні існують десятки компаній, які можуть запропонувати безліч варіантів: від готових рішень, до розробки індивідуального проекту. Для здешевлення будівництва можна скооперуватися з сусідніми господарствами (якщо такі є поблизу) і побудувати одну на всіх установку для отримання біогазу.
Слід врахувати, що для побудови навіть невеликий установки необхідно оформити відповідні документи, зробити технологічну схему, план розміщення обладнання і вентиляції (якщо обладнання встановлюється в приміщенні), пройти процедури узгодження з СЕС, пожежної і газової інспекцією.
Міні-завод по виробництву газу на покриття потреб невеликого приватного господарства можна зробити власноруч, орієнтуючись на конструкцію і специфіку пристрою установок, що випускаються в промисловому масштабі.
Конструкції установок для переробки гною та рослинної органіки в біогаз не відрізняються складністю. Випущений промисловістю оригінал цілком підійде в якості шаблону для спорудження власного міні-заводу
Самостійним майстрам, які вирішили зайнятися спорудженням власної установки, треба запастися ємністю для води, водопровідними або каналізаційними пластиковими трубами, кутовими відводами, ущільнювачами і балоном для зберігання отриманого в установці газу.
Основний елемент майбутньої установки - пластиковий бак з щільно притертою кришкою. На фото ємність 700 л, її треба підготувати до роботи: розмітити і викреслити отвори для входу труб 
Будуть потрібні ПВХ труби для введення в в ємність, перехідник в якості воронки, пластикові куточки, шланг для подачі води в ємний, клей, штуцер для кріплення його в кришці і клапан для перекриття 
Абрис отворів зручніше окреслити, використовуючи трубу, яка буде в нього заводитися. Отвір слід вирізати з максимальною акуратністю 
У вирізані отвори акуратно заводяться труби. Вони не повинні бути пошкоджені заусенцами, отриманими в процесі різання. Місце з'єднання заливається клеєм і герметиком 
Труба, призначена для завантаження сировини для переробки, встановлюється так, щоб між дном ємності і її нижнім краєм залишилося 2 - 5 см 
Перехідник в якості воронки для завантаження сировини використовується, тому що споруджуваний агрегат призначений для переробки залишків їжі. Для завантаження гною воронка і труби потрібні побільше 
Аналогічним чином формується отвір і встановлюється горизонтальна випускна труба. Заведений в бак край труби оснащується куточком 
У кришці вирізується отвір, в яке встановлюється шланг, який постачає необхідну для переробки воду
Особливості біогазової системи
Повноцінна біогазова установка являє собою складну систему, що складається з:
- Біореактора, де протікає процес розкладання гною;
- Автоматизованої системи подачі органічних відходів;
- Пристрої для перемішування біомаси;
- Обладнання для підтримки оптимального температурного режиму;
- Газгольдера - ємності для зберігання газу;
- Приймача відпрацьованих твердих відходів.
Всі перераховані вище елементи встановлюються в промислові установки, що працюють в автоматичному режимі. Побутові реактори, як правило, мають більш спрощену конструкцію.
На схемі представлені основні складові автоматизованої біогазової системи. Обсяг реактора залежить від добового надходження органічної сировини. Для повноцінного функціонування установки реактор повинен бути заповнений на дві третини обсягу
Принцип роботи установки
Основним елементом системи є біореактор. Існує кілька варіантів його виконання, головне - забезпечити герметичність конструкції і виключити потрапляння кисню. Він може бути виконаний у вигляді металевої ємності різної форми (частіше циліндричної), розташованої на поверхні. Нерідко для цих цілей використовуються 50-ти кубові порожні паливні цистерни.
Можна придбати готові ємності розбірної конструкції. Їх перевага - можливість швидкого розбирання, і при необхідності - перевезення в інше місце. Промислові поверхневі установки доцільно застосовувати у великих господарствах, де є постійний приплив великої кількості органічної сировини.
Для невеликих подвір'їв більше підходить варіант підземного розміщення резервуара. Підземний бункер будується із цегли або бетону. Можна закопати в землю готові ємності, наприклад, бочки з металу, нержавіючої сталі або ПВХ. Можливо також їх поверхневе розміщення на вулиці або в спеціально відведеному приміщенні з хорошою вентиляцією.
Для виготовлення установки з виробництва біогазу можна придбати готові ємності з ПВХ і встановити їх в приміщенні, обладнаному системою вентиляції
Незалежно від того, де і як розміщується реактор, він забезпечується бункером для завантаження гною. Перш ніж завантажити сировину, воно повинно пройти попередню підготовку: його подрібнюють на фракції не більше 0, 7 мм і розбавляють водою. В ідеалі вологість субстрату повинна бути близько 90%.
Автоматизовані установки промислового типу оснащуються системою подачі сировини, що включає приймач, в якому суміш доводиться до необхідного зволоження, трубопровід для подачі води і насосну установку для перекачування маси в біореактор.
У домашніх установках для підготовки субстрату використовуються окремі ємності, де відходи подрібнюються і перемішуються з водою. Потім маса завантажується в приймальний відсік. В реакторах, розташованих під землею, бункер для прийому субстрату виводиться назовні, підготовлена суміш самопливом по трубопроводу надходить в камеру для бродіння.
Якщо реактор розміщений на землі або в приміщенні, вхідні труба з прийомним пристроєм можуть розташовуватися в нижній бічній частині ємності. Можливо також трубу вивести в верхню частину, а на її горловину надіти розтруб. В цьому випадку біомасу доведеться подавати за допомогою насоса.
У біореакторі також необхідно передбачити вихідний отвір, який роблять практично на дні ємності з протилежного боку від вхідного бункера. При підземному розміщенні вихідна труба встановлюється косо вгору і веде до приймальника для відходів, що формою нагадує ящик прямокутної форми. Його верхній край повинен перебувати нижче рівня вхідного отвору.
Вхідні і вихідні труби розташовуються косо вгору на різних сторонах ємності, при цьому компенсує ємність, в яку надходять відходи, повинна бути нижче приймального бункера
Процес протікає в такий спосіб: вхідний бункер приймає нову партію субстрату, яка стікає в реактор, одночасно така ж кількість відпрацьованої маси по трубі піднімається в приймач для відходів, звідки він надалі вичерпується і використовується в якості високоякісного біодобрива.
Зберігання біогазу здійснюється в газгольдері. Найчастіше він знаходиться прямо на даху реактора і має форму купола або конуса. Він виготовляється з покрівельного заліза, а потім, щоб запобігти корозійні процеси, забарвлюється кількома шарами олійної фарби.
У промислових установках, розрахованих на отримання великої кількості газу, газгольдер нерідко виконується у вигляді окремо стоїть резервуара, з'єднаного з реактором трубопроводом.
Газ, отриманий в результаті бродіння, не підходить для використання, оскільки в ньому міститься велика кількість водяної пари, і в такому вигляді він не буде горіти. Щоб очистити його від фракцій води, газ пропускають через гідрозатвор. Для цього з газгольдера виводиться труба, по якій біогаз надходить в ємність з водою, а вже звідти він по пластиковій або металевій трубі подається споживачам.
Схема установки, розташованої під землею. Входное и выходное отверстия должны располагаться на противоположных сторонах емкости. Над реактором находится водяной затвор, через который для осушения пропускается полученный газ
В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.
Условия эффективной работы биореактора
Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.
Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.
При вертикальном расположении реактора рукоятка мешалки выводится в верхнюю часть установки. Если емкость установлена горизонтально, шнек также располагается в горизонтальной плоскости, и ручка находится сбоку биореактора
Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.
Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами или встроить в основание емкости нагревательный элемент.
Чтобы уменьшить потери тепла, рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол и другие его разновидности.
Чтобы обустроить систему обогрева биомассы, можно провести трубопровод от домового отопления, которое питается от реактора
Определение требующегося объема
Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземного сооружения
Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.
С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.
Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхня частина бункера - газгольдер, що має купольну або конусну форму. Він виготовляється з металевих листів або покрівельного заліза. Можна також конструкцію завершити цегляною кладкою, яка потім оббивається сталевою сіткою і штукатуриться. Зверху газгольдера потрібно зробити герметичний люк, вивести газову трубу, що проходить через гідрозатвор і встановити клапан для скидання тиску газу.
Для перемішування субстрату можна обладнати установку дренажної системою, що діє за принципом барботажа. Для цього всередині конструкції вертикально закріпіть пластикові труби, щоб їх верхній край був вище шару субстрату. Виконайте в них безліч отворів. Газ під тиском буде опускатися вниз, а піднімаючись вгору, бульбашки газу будуть перемішувати знаходиться в ємності біомасу.
Якщо ви не бажаєте займатися будівництвом бетонного бункера, можна купити готову ємність з ПВХ. Для збереження тепла її потрібно обкласти навколо шаром теплоізоляції - пінополістиролом. Дно ями заливається армованим бетоном шаром 10 см., Резервуари з полівінілхлориду допускається використовувати, якщо обсяг реактора не перевищує 3 м3.
Висновки і корисне відео по темі
Як зробити найпростішу установку зі звичайної бочки, ви дізнаєтеся, якщо подивитеся відео:
Як відбувається будівництво підземного реактора, ви можете подивитися у відеосюжеті:
Як відбувається завантаження гною в підземну установку показано в наступному ролику:
Установка по отриманню біогазу з гною дозволить істотно заощадити на оплаті тепла і електроенергії, і пустити на добру справу органічний матеріал, який в надлишку є в кожному фермерському господарстві. Перш ніж почати будівництво, необхідно все ретельно прорахувати і підготувати.
Найпростіший реактор можна зробити за кілька днів своїми руками, використовуючи підручні засоби. Якщо господарство велике, то краще за все купити готову установку або звернутися до фахівців.
Якщо при ознайомленні з представленою інформацією у вас з'явилися питання, чи є пропозиції якими ви хочете поділитися з відвідувачами сайту, будь ласка, залишайте коментарі в розташованому нижче блоці.