Для любого фермера, от владельца небольшого подворья до крупного хозяйства, вопрос утилизации навоза — это не только экологическая, но и экономическая задача. Традиционные методы вывоза и захоронения отходов требуют значительных финансовых затрат. Однако существует перспективная альтернатива, позволяющая не просто избавиться от отходов, но и превратить их в источник энергии и дохода. Речь идет о технологии анаэробного сбраживания, которая уже давно и успешно применяется во многих странах для переработки навоза в биогаз.
Что такое биогаз и почему это выгодно?
Навоз, безусловно, является ценным органическим удобрением. На небольшом участке его можно использовать напрямую. Но для средних и крупных ферм накопление отходов становится серьезной проблемой: это и неприятный запах, и риск распространения инфекций, и постепенная потеря питательных веществ в открытых кучах.
Биогаз, получаемый из навоза, по своему составу близок к природному газу. Он образуется в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий, которые питаются органикой. Продукт их метаболизма примерно на 70% состоит из горючего метана и на 30% из углекислого газа. Эти газы имеют разную плотность, что позволяет относительно легко их разделять. В итоге фермер получает два ценных продукта: готовое к использованию топливо и высококачественное, обеззараженное удобрение (шлам), обогащенное фосфором и азотом. По теплоотдаче 1 кубометр биогаза сопоставим с 1,5 кг каменного угля.
Ключевые условия для эффективного брожения
Биогаз — это результат работы миллиардов микроорганизмов. Чтобы они трудились эффективно и постоянно, необходимо воссоздать для них комфортные условия, схожие с теми, что существуют в глубинах земли или в пищеварительном тракте животных.
Основные требования для производства биогаза:
- Полная герметичность. Кислород воздуха подавляет активность анаэробных бактерий и, наоборот, способствует развитию патогенной микрофлоры. Герметичный резервуар также надежно изолирует неприятные запахи.
- Стабильная температура. Оптимальный диапазон для мезофильных бактерий — от +30°C до +50°C. Для поддержания такой температуры реактор необходимо качественно утеплить, а в холодное время года — предусмотреть систему подогрева.
- Инфраструктура для сбора и использования газа. Потребуется оборудование для осушки, очистки, хранения и транспортировки газа к потребителям (котлу, плите, электрогенератору).
При соблюдении всех условий с одного литра полезного объема реактора можно получать до 4 литров биогаза в сутки.
Пошаговая технология производства биотоплива
Внедрение этой технологии позволяет существенно экономить на энергоносителях и снижать экологическую нагрузку. При достаточных объемах биогаз можно использовать не только для отопления и приготовления пищи, но и для выработки электроэнергии.
Сырьем может служить помет птицы, навоз КРС, свиней, кроликов, а также различные органические отходы: ботва, трава, пищевые остатки, жиры.
Технологический процесс включает несколько этапов:
- Подготовка реактора. Создается герметичная емкость (биореактор), имитирующая условия для анаэробного брожения: темно, тепло, нет кислорода.
- Приготовление субстрата. Навоз смешивается с водой (обычно в пропорции 1:3 или 1:4) до состояния жижи. Использовать хлорированную воду из-под крана не рекомендуется. После загрузки начинается процесс брожения, который длится в среднем 10-15 дней.
- Постоянный цикл. Отработанный шлам откачивается (он сразу готов к использованию как удобрение), а в реактор загружается новая порция сырья. Добавлять бактерии не нужно — они уже содержатся в свежем навозе.
- Очистка газа. Сырой биогаз содержит много паров воды и примесей. Для эффективного горения его необходимо осушить и, при необходимости, очистить от сероводорода.
- Сбор и хранение. Очищенный газ накапливается в газгольдере — специальном хранилище, которое может быть выполнено в виде резинового мешка, пластиковой или металлической емкости.
Установки могут быть как индивидуальными (для одного домохозяйства), так и коллективными, обслуживающими несколько ферм.
Устройство типовой биогазовой установки
Для стабильного производства метана необходима продуманная установка, обеспечивающая непрерывный цикл брожения. Ее сердцем является биореактор.
Стандартная конструкция включает следующие элементы:
- Биореактор (ферментер). Герметичная емкость объемом от 5 до 50 м³ и более. Имеет люки для обслуживания, патрубки для загрузки/выгрузки и отвода газа. Обязательно утепляется. Для повышения эффективности часто оснащается мешалкой.
- Загрузочный бункер. Здесь сырье смешивается с водой перед подачей в реактор.
- Емкость для шлама (удобрения). Приемный резервуар для перебродившей массы.
- Система подогрева. Может быть реализована в виде водяной рубашки с трубами от котла (который работает на том же биогазе) или электрических нагревателей.
- Система отвода и очистки газа. Включает трубопровод, гидрозатвор (водяной затвор, предотвращающий попадание воздуха), фильтры, осушитель и компрессор для создания давления.
- Газгольдер. Накопитель для готового газа, устанавливаемый в самой высокой точке системы. Может быть переменного (резиновый купол) или постоянного объема (металлический баллон под давлением).
Современные установки могут комплектоваться автоматическими системами управления, которые контролируют температуру, включают мешалку и управляют загрузкой, что минимизирует участие человека.
Строительство домашней биогазовой установки своими руками
Важное преимущество биогазовой установки — ее автономность и безопасность. Это замкнутая система, не требующая специальных разрешений (в бытовом масштабе) и не загрязняющая окружающую среду.
Порядок самостоятельного строительства:
- Планирование. Определение места, расчет необходимого объема (зависит от количества сырья и потребностей в газе), составление подробной схемы.
- Изготовление реактора. Можно использовать готовую емкость (пластиковую или металлическую), забетонировать подземный резервуар или сложить его из кирпича.
- Монтаж основных узлов. Врезка и герметизация патрубков для всех коммуникаций.
- Установка вспомогательных емкостей. Монтаж загрузочного бункера и емкости для шлама.
- Прокладка коммуникаций. Монтаж труб для подачи субстрата, отвода шлама, системы подогрева и газовой магистрали.
- Сбор газовой системы. Установка газгольдера, подключение через гидрозатвор, фильтр и компрессор.
- Подключение и утепление. Подвод воды и электричества, тщательное утепление реактора, облагораживание территории.
Для повышения выхода газа субстрат в реакторе необходимо периодически перемешивать. Это можно делать вручную длинным шестом или установить простейший механический миксер с электроприводом.
Внедрение технологии получения биогаза открывает для фермера целый ряд преимуществ: энергетическая независимость, производство бесплатного топлива и высокоэффективного удобрения, а также весомый вклад в защиту экологии, поскольку сжигание биогаза — более чистый процесс по сравнению с использованием угля или дров. При грамотной организации это может стать не только способом экономии, но и отдельным прибыльным бизнес-направлением.