Меню Рубрики

Установки для переработки навоз в газ

Биореактор и другое оборудование для переработки навоза в биогаз: виды, принцип работы, популярные модели

Для переработки таких отходов животноводства и птицеводства, как навоз и помет, в биогаз, необходимо особое оборудование — биореактор, метантенк, биогазовая установка.

Такие устройства обеспечивают быстрое перегнивание экскрементов, а также создают оптимальные условия для жизнедеятельности метанобразующих бактерий — метаногенов.

Поговорим об оборудовании для переработки навоза в биогаз: разновидностях и принципе работы, а также приведем обзор моделей.

Какие условия должна создавать биоустановка?

Наиболее важными условиями, обеспечивающими максимально комфортные условия для деятельности метаногенов, являются:

  • отсутствие притока кислорода (герметичность);
  • постоянная температура, соответствующая типу процессов, происходящих в реакторе;
  • регулируемый приток свежего материала;
  • регулируемый отвод газа и отходов раздельно жидкой и твердой фракции;
  • регулярное перемешивание содержимого, предотвращающее разделение на твердую и жидкую фракции.

Герметичность должна сочетаться с возможностью обслуживания и ремонта внутреннего пространства, ведь содержимым биореактора являются весьма агрессивные вещества.

Для создания достаточной температуры, которая в большинстве случаев сильно превышает уличную, метантенки утепляют и оснащают обогревающими элементами.

Благодаря тому, что биореактор работает на измельченной жиже, разведенной водой до влажности выше 97%, свежий материал подводят по трубам, оснащенным гидрозатвором или клапаном. Это исключает попадание внутрь воздуха и бесконтрольный выход выработанных газов.

Для того, чтобы выработка метана находилась на высоком уровне, необходимо своевременно удалять отходы этого процесса, то есть техническую воду и ил (сапропель). Это делают с помощью труб и гидрозатворов или иных запирающих устройств, которые препятствуют выходу выработанного газа.

Перемешивание производят механическим способом, приводя все содержимое метантенка в круговое и вертикальное движение, благодаря этому разделенные слои разной плотности смешиваются и образуют единый слой, обладающий одинаковой влажностью в любом участке.

Что представляет собой установка для производства биогаза?

Наиболее эффективной формой для этой установки является цилиндр с конусной нижней и конусной или округлой верхней частью, причем нет особой разницы между соотношением диаметра и высоты.

В такой конструкции проще всего реализовать перемешивание расслаивающегося материала, а для повышения температуры важна не форма сосуда, а достаточное количество тепловой энергии и минимум излучения тепла в атмосферу.

Корпус и крышка, в которой расположен первичный газгольдер, могут быть выполнены из бетона или нержавеющей стали. Основное преимущество бетонных корпусов в том, что их не приходится целиком или по частям везти издалека, а опалубку для заливки собирают на месте из досок.

Главным недостатком является сложность создания и поддержания в биореакторе достаточной температуры, ведь необходимо прогревать не только содержимое метантенка, но и бетонные стенки устройства. Устройства небольшого объема (1–20 м 3 ) нередко изготавливают из полипропилена, полиэтилена и других полимеров.

Для обогрева содержимого внутри стенок прокладывают трубы для движения теплоносителя или формируют «водяную рубашку», то есть полость между утепляющим слоем и внутренней стенкой.

Первый способ используют в бетонных конструкциях, а второй в сделанных из нержавеющей стали. Внутреннюю поверхность стен из любых материалов нередко покрывают химически инертными по отношению к навозу материалами, благодаря чему многократно возрастает срок службы метантенка.

Входное отверстие, через которое в емкость попадает исходный материал, и отверстие для слива технической воды располагают там, где перед перемешиванием оказывается участок воды. В большинстве случаев расположение этого отверстия соответствует половине уровня максимального заполнения.

В самой нижней части днища делают отверстие для отвода сапропеля. В нижней части крышки делают эластичный мешок, выполняющий функцию первичного газгольдера и соединенный через клапан с газопроводом.

Существуют модели и без мешка, там местом для накапливания газа служит свободное пространство между крышкой и стеной.

Однако у такой схемы есть недостаток – высокая вероятность утечки газа через плохо заделанные щели.

В большинстве биореакторов система перемешивания состоит из вертикального вала и установленных на нем лопастей. При вращении они создают направленное вверх или вниз движение большей части содержимого, благодаря чему и происходит перемешивание слоев.

Однако встречаются устройства с гидравлическим перемешиванием, в которых готовый субстрат подают через днище под большим давлением, благодаря чему возникают вихревые возмущения, перемешивающие содержимое.

Но такая система перемешивания уместна лишь там, где соотношение объемов суточной порции субстрата и всего содержимого метантенка не превышает 1:10.

Дополнительное оборудование

К дополнительному оборудованию, без которого невозможна работа биореактора, относят:

  • измельчающее устройство;
  • источник тепловой энергии;
  • систему сброса технической воды;
  • хранилище сапропеля;
  • очистную установку;
  • основной газгольдер;
  • установку сжижения газа;
  • газгольдер для сжиженного газа;
  • управляющую систему.

Измельчающее устройство

Измельчающее устройство принимает поступающую с мест содержания животных/птиц навозную/пометную жижу, а также смытую или убранную вручную подстилку и измельчает все крупные фрагменты, чтобы облегчить работу бактерий.

Кроме того, измельчающее устройство смешивает измельченную массу с водой, чтобы обеспечить необходимый уровень влажности, причем во время смешивания происходит доизмельчение материала.

Такой измельченный и разведенный водой материал называют субстратом.

Читайте также:  Установка ксенона toyota highlander

После подготовки субстрат по трубам поступает в метантенк и смешивается с находящимся в нем веществом.

Источник тепловой энергии

Чаще всего роль такого источника исполняет адаптированный для работы на метане газовый котел, который в зимнее время также снабжает теплом систему отопления.

Преимуществом метанового котла является возможность подключения к основному газгольдеру, благодаря чему удается обойтись без привлечения дополнительных энергоресурсов.

При этом необходимо постоянно отслеживать температуру внутри биореактора, чтобы она все время находилась в оптимальных пределах и, при необходимости, увеличивать или снижать подачу газа, для чего внутри емкости устанавливают датчики температуры.

Система сброса технической воды

Сливаемая с биореактора техническая вода содержит немного органических и неорганических веществ, но в ней нет ни возбудителей болезней, ни яиц или личинок глистов, а также семян сорняков. Поэтому ее можно использовать для полива, а также для разведения составов, используемых для подкормки.

Для реализации всех этих возможностей система, помимо периодически открываемого сливного клапана, должна содержать емкость для технической воды и средства доставки к месту использования.

Хранилище сапропеля

Скапливающийся на дне метантенка сапропель через специальный клапан поступает в хранилище, где постепенно накапливается.

Он является хорошим удобрением, сопоставимым с перегноем, однако менее качественно разрыхляющим почву.

Тем не менее, сапропель эффективно заменяет многие комплексные удобрения, ведь содержит широкий спектр органических и неорганических веществ.

После заполнения хранилище открывают и извлекают из него собранный материал, который затем вносят в почву.

Очистное устройство

Биогаз состоит из метана (50–60%) и других газов, поэтому в неочищенном состоянии обладает малой теплотворной способностью.

Очистная установка удаляет из него углекислый газ и сероводород, благодаря чему доля метана составляет 94–97%.

Такой очищенный биогаз по своей теплотворной способности сопоставим с природным и сжиженным газом, поэтому его можно использовать в качестве топлива для любых устройств, изначально работающих на указанных видах топлива.

Основной газгольдер

Это оборудование необходимо для сглаживания перепадов давления газа во время подключения или отключения потребителей. Газгольдер изготавливают из стали, благодаря чему он выдерживает давление в десятки или сотни атмосфер.

Вместе с газгольдером работает и насос, закачивающий в него газ под необходимым давлением.

Аппарат сжижения газа и газгольдер для его хранения

Эта установка позволяет запасать газ в те периоды, когда потребление меньше производства. Дело в том, что сжиженный газ занимает гораздо меньше места, поэтому при одинаковом объеме хранилища его можно запасти заметно больше.

Аппарат сжижает газ с помощью охлаждения, благодаря чему он переходит из газообразного в жидкое состояние.

Газгольдер для сжиженного газа изготавливают из высокопрочной стали, а также тщательно утепляют, ведь давление внутри газгольдера зависит не только от количества сжиженного метана, но и от его температуры.

Такой газгольдер позволяет в летние месяцы делать запас сжиженного метана, который зимой можно будет использовать для отопления или других нужд, компенсируя им недостаточную выработку биогаза.
Кроме того, сжиженный газ из газгольдера хорошо подходит для заправки автомобилей и иной техники, работающей на таком виде топлива.

Управляющая система

Для обеспечения максимальной выработки биогаза, а также для увеличения доли метана в нем необходимо не только поддерживать оптимальную температуру, но и своевременно выполнять все необходимые действия, то есть:

  • подавать субстрат;
  • отводить воду;
  • удалять сапропель;
  • регулировать работу очистной и сжижающей установок.

Все эти действия выполняет управляющая система, которая состоит из центрального сервера и различных периферийных устройств.

Кроме того, к ней подключены датчики, отслеживающие состояние и работоспособность всех входящих в нее устройств.

Принцип работы

Когда биореактор загружают в первый раз или после долгого простоя, то после загрузки первой партии субстрата количество бактерий в нем недостаточно для того, чтобы все процессы шли с необходимой скоростью.

Поэтому первые 5–15 дней (зависит от режима работы) происходит накопление субстрата и размножение населяющих его бактерий, которые постепенно приступают к переработке содержимого биореактора.

Переработка происходит в три этапа:

  • разложение помета/навоза, а также растительности на моносахариды и другие простые органические вещества (гидролиз);
  • образование кислот и кетонов (кислотообразование);
  • переработка уксусной кислоты и углекислого газа в метан (метанообразование).

Все процессы происходят благодаря определенным бактериям. Гидролизные выделяют определенные энзимы, расщепляющие органику и делающие ее пригодной для всасывания через клеточные стенки. Кислотообразующие бактерии впитывают результаты гидролиза и выделяют соответствующие вещества, которые, в свою очередь, служат питанием для метаногенов.

Несмотря на то, что в помете или навозе изначально содержатся все необходимые бактерии, активно размножаться и выполнять свою функцию они смогут лишь после создания подходящих условий.

Гидролизные бактерии не могут перерабатывать твердые вещества, а кислотообразующие начинают активно размножаться и функционировать только после того, как гидролизные бактерии обеспечат их подходящим питанием. Точно так же обстоит дело и с метанообразующими микроорганизмами.

Когда все три типа микроорганизмов размножатся, а их численность достигнет необходимого значения, метантенк перейдет в активный режим работы.

Читайте также:  Установка люков в потолке расценка

После вливания в него новой порции субстрата происходит смешивание свежих и переработанных веществ, поэтому каждый вид бактерий получает необходимое ему питание.

Метаногены, потребляя продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий, выделяют вещества, которые образуют сапропель.

Возбудители болезней и яйца/личинки глистов точно так же подвержены действию энзимов, которые расщепляют их на простые органические вещества. В результате этого процесса эти вредители погибают, после чего вода становится условно безопасной.

Кроме того, гидролизные бактерии расщепляют вещества, являющиеся причиной неприятного запаха навоза или помета, поэтому переработанная вода уже не обладает запахом исходного продукта.

Выделенный метаногенами биогаз скапливается в верхней части биореактора, откуда через реагирующий на определенное давление клапан поступает в основной газгольдер, а после по трубам движется к потребителям.

Если потребители долгое время отключены и давление в газгольдере достигло определенного значения, то запасенный газ поступает к установке сжижения, а затем в газгольдер для сжиженного газа.

Как определить оптимальные размеры?

Время полного цикла переработки экскрементов в биогаз и сапропель зависит от температурного режима. Существуют 3 типа температурных режимов, которые мы поместили в таблицу.

Режимы Температура градусов Цельсия, при которой бактерии этого типа наиболее активны Время полного перегнивания субстрата (суток) и краткое описание результатов процесса перегнивания
Психрофильный 10–25 20–60, минимальная выработка метана, максимальное образование сапропеля
Мезофильный 25–40 10–20, хорошая производительность выработки метана, сапропеля немного
Термофильный 40–60 5–10, максимальная выработка метана, минимум веществ уходит в сапропель

Объем метантенка должен вмещать весь субстрат, произведенный за время полного перегнивания. Кроме того, объем биореактора необходимо увеличить на 15–30%, которые будут использованы для образования первичного газгольдера.

Несмотря на то, что термофильный процесс является наиболее эффективным, а объем метантенка для него будет минимальным, он не пользуется спросом из-за необходимости поддерживать очень высокую температуру.

Из-за этого сильно возрастают расходы газа на поддержку температуры и снижается общий объем готового продукта.

Тем не менее, при больших ежедневных объемах экскрементов и ограниченности пространства для установки метантенка термофильный режим будет наиболее предпочтительным.

Поэтому наиболее популярным является мезофильный режим, ведь он сочетает относительно малое время перегнивания (при температуре 35 градусов оно в среднем составляет 15 суток) и не слишком высокую температуру. Психрофильный процесс не получил распространения из-за слишком большого времени перегнивания.

Для наиболее популярного (мезофильного) режима полный объем метантенка должен превосходить ежедневный объем разведенного водой субстрата в 15–25 раз или превосходить объем суточного сбора навоза/помета в 20–35 раз.

Бывают ли метантенки других конструкций?

Помимо традиционного метантенка, называемого также вертикальным, встречаются устройства, получившие название горизонтальных биореакторов.

Они состоят из нескольких (обычно 2–3) вертикальных метантенков, выстроенных в одну линию или находящихся в общем корпусе.

Отработанная техническая вода поступает во второй отдел, где весь процесс метанового брожения начинается заново. Ведь вместе с водой туда поступают частички органики, в том числе не прошедшей через гидролиз.

Из-за того, что содержание органики во втором отделе гораздо меньше, чем в первом, его производительность невелика, поэтому его чаще рассматривают как систему дополнительной очистки сброшенной воды.

Третий отдел обеспечивает окончательную очистку воды, поэтому его ставят лишь там, где технологией предусмотрено частое перемешивание перегнивающей массы, из-за чего вместе со сбрасываемой водой уходит заметная часть органики.

Общая производительность по биогазу у горизонтальных устройств такая же, как у вертикальных, однако из-за слишком большого размера и сложности конструкции такие устройства не получили широкого распространения в качестве метантенков.

Зато их активно применяют для очистки бытовых и промышленных стоков, содержащих различные органические вещества. Иногда в качестве второго отдела используют открытую емкость, но это применимо лишь там, где даже зимой температура редко опускается ниже значения 10–15 градусов.

Производители и модели

Мы подготовили краткий обзор наиболее популярных моделей российских производителей, ведь они ничем не отличаются от их аналогов зарубежного производства.

Большинство производителей биореакторов и биоустановок предлагают не только модели с конкретными характеристиками, но и подгонку существующих моделей под ситуацию заказчика.

Кроме того, часть производителей предлагает полный перечень узлов, необходимых для создания полностью автономной биогазовой установки, тогда как другие производят лишь биореактор и некоторые сопутствующие устройства.

BioMash-20

Биогазовая установка от «Конструкторского бюро Климова» подходит для переработки навоза/помета влажностью ≤90% общей массой 300–700 кг в сутки с добавлением подстилочного материала (максимум 20% от массы).

Биореактор изготовлен из полиэтилена, поэтому не требует обслуживания и ремонта.

Вместе с реактором поставляют основной газгольдер и насос для его накачки (максимальное давление 2,8 Мпа). Благодаря столь высокому давлению газ можно закачивать в обычные газовые баллоны.

  • газовый теплогенератор, выделяющий 100 квт в сутки;
  • метановый электрогенератор мощностью 11 квт;
  • полный комплект оборудования для обогрева метантенка;
  • полный комплект газопроводов.

Серия «БИО»

Эти установки производства компании «Агробиогаз» предназначены для переработки навоза/помета весом 10–350 тонн в сутки (зависит от модели).

Корпуса изготовлены из нержавеющей стали и современных полимерных материалов, поэтому не требуют обслуживания или ремонта.

Преимуществом этой серии является относительно невысокая цена, однако в комплект поставки входит лишь минимальный набор оборудования, поэтому газгольдеры и многое другое придется приобретать отдельно.

Читайте также:  Установка коньков на шиферной кровле

Серия «СБГ»

Эту серию биогазовых комплексов выпускает кировская компания «СельхозБиоГаз».

Благодаря индивидуальному подходу к каждому клиенту, компания предлагает не только готовые комплекты, но и изготовление такой продукции под конкретные условия.

В модельном ряду представлены установки, способные за сутки переработать от 100 килограмм до 1000 тонн экскрементов.

В комплект поставки входит все необходимое оборудование для развертывания полноценной линии по переработке навоза в газ и очистке продукта.

Серия «БУГ»

Серию биогазовых установок «БУГ» производит ассоциация предприятий «БМП». В эту серию входят биореакторы небольшого объема (0,5–12 м 3 ), оснащенные газгольдерами емкостью 1–2 м 3 .

Относительно невысокая стоимость комплекта компенсируется минимумом входящего в него оборудования, обеспечивающего лишь перегнивание материала и выделение биогаза.

Поэтому основными покупателями этой серии установок для производства биогаза из навоза и помета становятся небольшие фермерские хозяйства или домохозяйства с большим поголовьем птиц/скота.

Серия «БГР»

Серию биогазовых установок «БГР» выпускает расположенное в Яранске предприятие «BioGasRussia». Самая маломощная установка этой серии (БГР-12) способна переработать 500 – 900 кг экскрементов в сутки, а объем ее биореактора составляет 12 м 3 .

Объем реактора и массу ежедневного поступления навоза для более крупных установок этой серии обговаривают индивидуально, благодаря чему заказчик получает аппарат или даже завод, максимально соответствующие его потребностям.

В составе установок большого объема могут быть как вертикальные, так и горизонтальные метантенки, это обсуждается при оформлении заказа.

Кроме того, компания BioGasRussia предлагает весь спектр необходимого оборудования, благодаря чему биогазовая установка может работать в полностью автономном режиме — без подключения к электрическим или газовым сетям.

Можно ли сделать метантенк самостоятельно?

Самодельные биогазовые установки отличаются от промышленных лишь размерами и производительностью, но общий принцип остается неизменным. Поэтому для изготовления биореактора понадобится герметично закрывающаяся емкость из кислотостойкого материала, в которую нужно будет вставить устройство для перемешивания субстрата.

Для домашних метантенков не слишком важна возможность частичного слива отработанной воды, а также периодическая доливка субстрата, поэтому их нередко делают без отверстия для слива. Однако число таких емкостей должно превосходить число дней, необходимое для полного перегнивания материала.

Основной проблемой домашних устройств является сложность очистки биогаза от примесей, поэтому чаще всего очистку проводят с помощью водяных фильтров. Проходя через воду, биогаз оставляет в ней какую-то часть примесей, из-за чего концентрация метана возрастает.

Несмотря на то, что поднять концентрацию метана до уровня промышленных установок (95–98%) невозможно, такая очистка с использованием нескольких фильтров поднимает уровень метана до значения 75–85%, что вполне достаточно для бытового применения.

В домашних условиях редко удается запустить мезофильный процесс из-за сложностей с утеплением и обогревом реактора, однако даже психрофильный процесс может дать достаточно газа для работы кухонной печи.

Тем не менее, в домах, где содержат множество живности, лучше потратиться на обогрев и утепление метантенка, что позволит сократить его объем и увеличить выход готового газа.

Для того, чтобы ежедневно доливать в него экскременты животных/птиц и кухонные отходы, устраивают естественный слив с использованием гидрозатвора.

Однако для этого установку придется поместить под землей, а сбрасываемую воду либо отводить на поле, предназначенное для ее отстоя, либо сливать в одну или несколько переходных емкостей, где проскочившие органические остатки будут догнивать, превращаясь в ил.

Причем желательно, чтобы последняя из емкостей обеспечивала аэробное (с доступом кислорода) брожение, это увеличит качество очистки жидкости и сделает ее безопасной. Однако для этого объем последней емкости, в качестве которой нередко используют бетонированные лагуны, должен быть в несколько раз больше, чем у метантенка.

Тематические форумы

Использование биореакторов для утилизации отходов животноводства/птицеводства и получения из них биогаза обсуждается на многих форумах.

Пользователи делятся своим опытом изготовления и использования таких устройств, а также отвечают на вопросы менее опытных коллег.

Поэтому мы подготовили ссылки на наиболее авторитетные русскоязычные форумы:

Видео по теме

Подробнее об устройстве и принципе работы биоустановки серии БУГ в данном видео:

Заключение

Биореактор для переработки навоза – это основной элемент биогазовой установки, ведь именно в нем бактерии превращают отходы животноводства и птицеводства в метан и другие газы. Поэтому от правильности выбора типа метангенератора и режима его работы зависит скорость и эффективность переработки экскрементов в горючий газ.

Кроме того, необходимо правильно подобрать сопутствующее оборудование для производства биогаза, которое обеспечивает эффективную работу биореактора. Без этого установка не сможет качественно перерабатывать отходы в полезные продукты.

источник