Как да получим биогаз от оборски тор: преглед на основните принципи и устройството на инсталацията за производство

Фермерските стопанства ежегодно се сблъскват с проблема за оползотворяване на оборския тор. На вятъра отиват немалко средства, необходими за организиране на извозването и депонирането му. Но има начин, който позволява не само да спестите парите си, но и да накарате този природен продукт да ви служи за добро.

Пестеливите стопани отдавна прилагат на практика екотехнологията, позволяваща да се получи биогаз от оборски тор и резултатът да се използва като гориво.

Ето защо в нашия материал ще стане дума за технологията за получаване на биогаз, а също така ще разкажем как да се изгради биоенергийна инсталация.

Предимства от използването на биотехнологиите

Технологията за получаване на биогориво от различни природни източници не е нова. Изследванията в тази област започват още в края на 18 век и успешно се развиват през 19 столетие. В Съветския съюз първата биоенергийна инсталация е създадена през четиридесетте години на миналия век.

Биотехнологиите отдавна се прилагат в много страни, но именно днес те придобиват особено значение. Вследствие на влошаването на екологичната обстановка на планетата и високата цена на енергоносителите, мнозина насочват погледите си към алтернативни източници на енергия и топлина.

Технологията за преработка на оборски тор в биогаз позволява да се намали количеството на вредните емисии на метан в атмосферата и да се получи допълнителен източник на топлинна енергия.

Безусловно, оборският тор е много ценно удобрение и ако в стопанството има две крави, проблеми с прилагането му не възникват. Друг е въпросът, когато става дума за фермерски стопанства с голям и среден брой животни, където годишно се образуват тонове зловонен и гниещ биологичен материал.

За да се превърне оборският тор в качествено удобрение, са необходими площи с определен температурен режим, а това са допълнителни разходи. Затова много фермери го складират където им падне, а след това го извозват на полетата.

В зависимост от обема на суровината, която се образува на денонощие, следва да се подберат габаритите на инсталацията и степента на нейната автоматизация

При неспазване на условията за съхранение от оборския тор се изпаряват до 40% от азота и основната част от фосфора, което значително влошава качествените му показатели. Освен това, в атмосферата се отделя газът метан, който оказва негативно влияние върху екологичната обстановка на планетата.

Съвременните биотехнологии позволяват не само да се неутрализира вредното въздействие на метана върху екологичната обстановка, но и да го накарат да служи за благото на човека, извличайки при това значителна икономическа изгода. В резултат от преработката на оборски тор се образува биогаз, от който след това може да се получат хиляди kW енергия, а отпадъците от производството представляват много ценен анаеробен тор.

Механизъм на образуване на газ от органични суровини

Биогазът е летливо вещество без цвят и без мирис, което съдържа до 70% метан. По своите качествени показатели той се доближава до традиционния вид гориво – природния газ. Отличава се с добра топлотворна способност: 1 m³ биогаз отделя толкова топлина, колкото се получава при изгарянето на килограм и половина въглища.

Образуването на биогаз се дължи на анаеробните бактерии, които активно разграждат органични суровини като оборски тор от селскостопански животни, птичи тор и отпадъци от всякакви растения.

В самостоятелното производство на биогаз може да се използва птичи тор и отпадъчни продукти от дребен и едър домашен добитък. Суровината може да се прилага в чист вид и под формата на смес с включване на трева, листа, стара хартия.

За активиране на процеса е необходимо да се създадат благоприятни условия за жизнената дейност на бактериите. Те трябва да бъдат сходни с тези, при които микроорганизмите се развиват в естествения резервоар – в стомаха на животните, където е топло и липсва кислород.

Всъщност това са двете основни условия, които допринасят за чудесното превръщане на гниещата оборска маса в екологично чисто гориво и ценни торове.

За получаване на биогаз е необходим херметичен реактор без достъп на въздух, в който ще протича процесът на ферментация на оборския тор и разлагането му на съставни части:

• метан (до 70%);
• въглероден диоксид (приблизително 30%);
• други газообразни вещества (1-2%).

Образуваните газове се издигат нагоре в съда, откъдето след това се изпомпват, а на дъното се утаява остатъчният продукт – висококачествен органичен тор, запазил в резултат на обработката всички ценни вещества, съдържащи се в оборския тор – азот и фосфор, и загубил значителна част от патогенните микроорганизми.

Реакторът за получаване на биогаз трябва да има напълно херметична конструкция, в която да липсва кислород, в противен случай процесът на разлагане на оборския тор ще протича изключително бавно.

Второто важно условие за ефективно разлагане на оборския тор и образуване на биогаз е спазването на температурния режим. Бактериите, участващи в процеса, се активират при температура от +30 градуса.

При това в оборския тор се съдържат два вида бактерии:

• мезофилни. Жизнената им дейност протича при температура +30 – +40 градуса;
• термофилни. За тяхното размножаване е необходимо да се поддържа температурен режим от +50 (+60) градуса.

Времето за преработка на суровината в инсталациите от първия тип зависи от състава на сместа и е от 12 до 30 денонощия. При това 1 литър полезна площ на реактора дава 2 л биогориво. При използването на инсталации от втория тип времето за получаване на крайния продукт се съкращава до три дни, а количеството биогаз нараства до 4,5 л.

Ефективността на термофилните инсталации се вижда с невъоръжено око, но и цената на тяхното обслужване е много висока, затова преди да се избере един или друг начин за получаване на биогаз, е необходимо много внимателно да се пресметне всичко.

Въпреки че ефективността на термофилните инсталации е десетки пъти по-висока, те се използват много по-рядко, тъй като поддържането на високи температури в реактора е свързано с големи разходи.

Обслужването и поддръжката на инсталациите от мезофилен тип са по-евтини, затова повечето фермерски стопанства за получаване на биогаз използват именно тях.

Биогазът по критерии енергиен потенциал малко отстъпва на обичайното газово гориво. В състава му обаче има сернокисели изпарения, чието наличие трябва да се вземе предвид при избора на материали за изграждане на инсталацията.

Изчисления на ефективността от прилагането на биогаз

Оценяването на всички предимства от използването на алтернативно биогориво ще бъде улеснено от няколко прости изчисления. Една крава с тегло 500 кг произвежда дневно приблизително 35-40 кг тор. Това количество е достатъчно за получаването на около 1.5 м³ биогаз, от който от своя страна може да се произведе 3 кВтч електроенергия.

Използвайки данните от таблицата, не е трудно да се изчисли колко м³ биогаз може да се получи на изхода в съответствие с наличния брой добитък във фермерското стопанство.

За получаване на биогориво може да се използва както един вид органична суровина, така и смеси от няколко компонента с влажност 85-90%. Важно е те да не съдържат странични химически примеси, които влияят отрицателно върху процеса на преработка.

Най-простата рецепта за смес е измислил още през 2000 г. един руски мъж от Липецка област, който със собствените си ръце е построил най-проста инсталация за получаване на биогаз. Той смесвал 1500 кг кравешки тор с 3500 кг отпадъци от различни растения, добавял вода (приблизително 65% от теглото на всички съставки) и загрявал сместа до 35 градуса.

След две седмици безплатното гориво е готово. Тази малка инсталация произвеждала 40 м³ газ на ден, което напълно стигало за отопление на къщата и стопанските постройки в продължение на половин година.

Варианти на инсталации за получаване на биогориво

След извършването на изчисленията трябва да се реши как да се изработи инсталация, за да се получи биогаз в съответствие с нуждите на стопанството. Ако броят на добитъка е малък, то ще подхожда най-простият вариант, който не е трудно да се изработи от подръчни средства със собствени ръце.

За големите фермерски стопанства, които разполагат с постоянен източник на голямо количество суровини, е целесъобразно да се изгради промишлена автоматизирана биогазова система. В този случай едва ли ще може да се мине без привличането на специалисти, които да разработят проект и да монтират инсталацията на професионално ниво.

На схемата нагледно е показано как работи промишленият автоматизиран комплекс за получаване на биогаз. Изграждането на такива мащаби може да се организира едновременно от няколко фермерски стопанства, разположени наблизо.

Днес съществуват десетки компании, които могат да предложат множество варианти: от готови решения до разработване на индивидуален проект. За поевтиняване на строителството може да се кооперирате със съседни стопанства (ако такива съществуват наблизо) и да изградите една обща за всички инсталация за получаване на биогаз.

Следва да се има предвид, че за изграждането дори на малка инсталация е необходимо да се оформят съответните документи, да се направи технологична схема, план за разполагане на оборудването и вентилацията (ако оборудването се монтира в помещение), да се преминат процедурите по съгласуване със санитарно-епидемиологичната инспекция, противопожарната и газовата инспекция.

Мини-завод за производство на газ за покриване на нуждите на малко частно стопанство може да бъде направен собственоръчно, като се ориентирате по конструкцията и спецификата на устройствата на инсталациите, произвеждани в промишлен мащаб.

Конструкциите на инсталациите за преработване на тор и растителна органика в биогаз не се отличават със сложност. Произведеният от промишлеността оригинал може да послужи като шаблон за изграждането на собствен мини-завод.

Самостоятелните майстори, решили да се заемат с изграждането на собствена инсталация, трябва да се запасят с резервоар за вода, водопроводни или канализационни пластмасови тръби, ъглови колена, уплътнители и балон за съхранение на получения в инсталацията газ.

Особености на биогазовата система

Пълноценната биогазова инсталация представлява сложна система, състояща се от:

1. Биореактор, в който протича процесът на разлагане на тора;
2. Автоматизирана система за подаване на органични отпадъци;
3. Устройство за разбъркване на биомаса;
4. Оборудване за поддържане на оптимален температурен режим;
5. Газхолдер – резервоар за съхранение на газ;
6. Приемник за отработени твърди отпадъци.

Всички гореизброени елементи се монтират в промишлени инсталации, работещи в автоматичен режим. Битовите реактори като правило имат по-опростена конструкция.

На схемата са представени основните съставни части на автоматизираната биогазова система. Обемът на реактора зависи от дневното постъпване на органична суровина. За пълноценното функциониране на инсталацията реакторът трябва да бъде запълнен до две трети от обема.

Принцип на работа на инсталацията

Основен елемент на системата е биореакторът. Съществуват няколко варианта за неговото изпълнение, основното е да се осигури херметичност на конструкцията и да се изключи проникването на кислород. Той може да бъде изпълнен под формата на метален резервоар с различна форма (най-често цилиндрична), разположен на повърхността. Не рядко за тези цели се използват 50-кубични празни горивни цистерни.

Могат да се закупят готови резервоари с разглобяема конструкция. Тяхното предимство е възможността за бързо разглобяване и, при необходимост, за транспортиране на друго място. Промишлените повърхностни инсталации е целесъобразно да се прилагат в големи стопанства, където има постоянен приток на голямо количество органична суровина.

За малки стопанства повече подхожда вариантът за подземно разполагане на резервоара. Подземният бункер се строи от тухли или бетон. Могат да се заровят в земята готови резервоари, например, бъчви от метал, неръждаема стомана или ПВХ. Възможно е също тяхното повърхностно разполагане навън или в специално определено помещение с добра вентилация.

За изработване на инсталация за производство на биогаз могат да се закупят готови резервоари от ПВХ и да се монтират в помещение, оборудвано с вентилационна система.

Независимо от това къде и как се разполага реакторът, той се снабдява с бункер за зареждане на тор. Преди да се зареди суровината, тя трябва да премине предварителна подготовка: натрошава се на фракции не по-големи от 0,7 мм и се разрежда с вода. В идеалния случай влажността на субстрата трябва да бъде около 90%.

Автоматизираните инсталации от промишлен тип се оборудват със система за подаване на суровина, включваща приемник, в който сместа се довежда до необходимото овлажняване, тръбопровод за подаване на вода и помпена инсталация за прехвърляне на масата в биореактора.

В домашните инсталации за подготовка на субстрат се използват отделни съдове, където отпадъците се натрошават и смесват с вода. След това масата се зарежда в приемното отделение. В реакторите, разположени под земята, бункерът за приемане на субстрат се извежда навън, а подготвената смес по гравитация чрез тръбопровод постъпва в камерата за ферментация.

Ако реакторът е разположен на земята или в помещение, входната тръба с приемното устройство могат да се намират в долната странична част на съда. Възможно е също тръбата да се изведе в горната част, а на нейното гърло да се постави разширител. В този случай биомасата ще трябва да се подава с помощта на помпа.

В биореактора също е необходимо да се предвиди изходен отвор, който се прави практически на дъното на съда от противоположната страна на входния бункер. При подземно разположение изходната тръба се монтира косо нагоре и води до приемник за отпадъци, който по форма наподобява правоъгълна кутия. Горният му ръб трябва да се намира под нивото на входния отвор.

Входната и изходните тръби се разполагат косо нагоре от различни страни на съда, като компенсиращият съд, в който постъпват отпадъците, трябва да бъде по-ниско от приемния бункер.

Процесът протича по следния начин: входният бункер приема нова партида субстрат, която се стича в реактора, едновременно същото количество отработена маса се издига по тръбата до приемника за отпадъци, откъдето то впоследствие се изгребва и се използва като висококачествено биоторител.

Съхранението на биогаз се осъществява в газхолдер. Най-често той се намира точно на покрива на реактора и има форма на купол или конус. Той се изработва от покривна ламарина, а след това, за да се предотвратят корозионни процеси, се боядисва с няколко слоя маслена боя.

В промишлените инсталации, предназначени за получаване на голямо количество газ, газхолдерът често се изпълнява като отделно стоящ резервоар, свързан с реактора чрез тръбопровод.

Газът, получен в резултат на ферментация, не става за използване, тъй като съдържа голямо количество водни пари, и в такъв вид той няма да гори. За да го пречистим от водните фракции, газът се пропуска през хидрозатвор. За целта от газхолдера се извежда тръба, по която биогазът постъпва в съд с вода, а оттам той по пластмасова или метална тръба се подава на потребителите.

Схема на инсталация, разположена под земята. Входният и изходният отвор трябва да се намират от противоположни страни на съда. Над реактора се намира воден затвор, през който за изсушаване се пропуска полученият газ.

В някои случаи за съхранение на газ се използват специални торби-газхолдери, изработени от поливинилхлорид. Торбите се поставят до инсталацията и постепенно се пълнят с газ. При пълнене еластичният материал се надува и обемът на торбите се увеличава, което позволява при необходимост временно да се съхрани по-голямо количество краен продукт.

Условия за ефективна работа на биореактора

За ефективна работа на инсталацията и интензивно отделяне на биогаз е необходимо равномерно ферментиране на органичния субстрат. Сместа трябва да бъде в постоянно движение. В противен случай върху нея се образува кора, процесът на разлагане се забавя, в резултат на което се получава по-малко газ, отколкото първоначално е изчислено.

За да се осигури активно разбъркване на биомасата, в горната или страничната част на типичния реактор се монтират бъркалки от потопен или наклонен тип, оборудвани с електрозадвижване. В инсталации от занаятчийски тип разбъркването се извършва механично с помощта на устройство, наподобяващо домашен миксер. То може да се управлява ръчно или да се оборудва с електрозадвижване.

При вертикално разположение на реактора дръжката на бъркалката се извежда в горната част на инсталацията. Ако съдът е монтиран хоризонтално, шнекът също се разполага в хоризонтална равнина, а дръжката се намира отстрани на биореактора.

Едно от най-важните условия за получаване на биогаз е поддържането на необходимия температурен режим в реактора. Отоплението може да се осъществява по няколко начина. В стационарни инсталации се използват автоматизирани системи за подгряване, които се включват при спадане на температурата под зададеното ниво и се изключват при достигане на необходимия температурен режим.

За отопление могат да се използват газови котли, да се осъществява директно нагряване с електрически отоплителни уреди или да се вгради нагревателен елемент в основата на съда.

За да се намалят топлинните загуби, се препоръчва около реактора да се изгради малка рамка със слой от стъклена вата или да се покрие инсталацията с топлоизолация. Добри топлоизолационни свойства притежава пенополистирол и други негови разновидности.

За да се обустрои система за отопление на биомасата, може да се проведе тръбопровод от домашното отопление, което се захранва от реактора.

Определяне на необходимия обем

Обемът на реактора се определя въз основа на дневното количество тор, произвеждано в стопанството. Също така трябва да се вземе предвид типът на суровината, температурният режим и времето за ферментация. За да работи инсталацията пълноценно, съдът се запълва до 85-90% от обема, като най-малко 10% трябва да останат свободни за излизане на газа.

Процесът на разлагане на органиката в мезофилна инсталация при средна температура 35 градуса продължава от 12 денонощия, след което ферментиралите остатъци се извличат и реакторът се запълва с нова порция субстрат. Тъй като преди изпращане в реактора отпадъците се разреждат с вода до 90%, количеството течност също трябва да се вземе предвид при определяне на дневното натоварване.

Въз основа на посочените показатели, обемът на реактора ще бъде равен на дневното количество подготвен субстрат (обор с вода), умножено по 12 (времето, необходимо за разлагане на биомасата) и увеличено с 10% (свободният обем на съда).

Изграждане на подземно съоръжение

Сега ще поговорим за най-простата инсталация, която позволява да се получи биогаз в домашни условия с най-малко разходи. Ще разгледаме изграждането на подземна система. За да я изработите, трябва да изкопаете яма, нейната основа и стени се заливат с армиран керамзитобетон.

От противоположните страни на камерата се извеждат входният и изходният отвори, където се монтират наклонени тръби за подаване на субстрат и изпомпване на отработената маса.

Изходната тръба с диаметър около 7 см трябва да се намира почти на самото дъно на бункера, а другият ѝ край се монтира в компенсиращ съд с правоъгълна форма, в който ще се изпомпват отпадъците. Тръбопроводът за подаване на субстрат е разположен приблизително на 50 см от дъното и има диаметър 25-35 см. Горната част на тръбата влиза в отделението за приемане на суровината.

Реакторът трябва да бъде напълно херметичен. За да се изключи възможността за проникване на въздух, съдът трябва да се покрие със слой битумна хидроизолация.

Горната част на бункера – газхолдер, който има куполна или конусовидна форма. Той се изработва от метални листове или покривно желязо. Може също така конструкцията да се завърши с тухлена зидария, която след това се обвива със стоманена мрежа и се измазва. Отгоре на газхолдера трябва да се направи херметичен люк, да се изведе газова тръба, минаваща през хидрозатвор, и да се монтира клапан за изпускане на газово налягане.

За разбъркване на субстрата може да се оборудва инсталацията с дренажна система, действаща по принципа на барботажа. За целта вътре в конструкцията закрепете вертикално пластмасови тръби, така че горният им ръб да е над слоя на субстрата. Пробийте в тях множество отвори. Газът под налягане ще се спуска надолу, а издигайки се нагоре, газовите мехурчета ще разбъркват биомасата, намираща се в съда.

Ако не желаете да се занимавате с изграждане на бетонен бункер, можете да закупите готов съд от ПВХ. За запазване на топлината той трябва да се обгради отвън със слой топлоизолация – пенополистирол. Дъното на ямата се залива с армиран бетон със слой от 10 см. Позволява се използването на резервоари от поливинилхлорид, ако обемът на реактора не надвишава 3 м3.

Изводи и полезно видео по темата

Как да направите най-простата инсталация от обикновен варел, ще научите, ако гледате видеото:

Как става строителството на подземен реактор, можете да видите във видеоматериал:

Как става зареждането на оборски тор в подземната инсталация е показано в следващото видео:

Инсталацията за получаване на биогаз от оборски тор ще ви позволи значително да спестите от плащане на топлоенергия и електроенергия и да използвате за добра цел органичния материал, който е в изобилие във всяко фермерско стопанство. Преди да започнете строителство, е необходимо всичко внимателно да се изчисли и подготви.

Най-простият реактор може да бъде направен за няколко дни със собствени ръце, като се използват подръчни средства. Ако стопанството е голямо, най-добре е да си купите готова инсталация или да се обърнете към специалисти.

Ако при запознаване с представената информация имате въпроси или имате предложения, които искате да споделите с посетителите на сайта, моля, оставете коментари в разположения по-долу блок.