Обзор оборудования, используемого для генерации энергии по средствам утилизации бытовых отходов применительно к загородному дому
О чем идет речь Речь идет о современных биогазовых установках, используемых для получения электрической энергии. Они вполне успешно дополняют ряд устройств, относящихся к альтернативной энергетике, и вполне могут способствовать существенному сокращению расходов на потребление электрической энергии.
Например, в Германии, жители которой славятся своим хозяйственным подходом к использованию имеющихся в их распоряжении материальных и сырьевых ресурсов, количество биогазовых установок неуклонно растет.
Принцип работы биогазовых установок Изобретение биогазовой установки можно смело относить к гениальным разработкам, позволяющим получать доход из отходов. Как и все гениальное, она весьма проста. Основная идея состоит в том, что все биологические отходы способны к сбраживанию, в ходе которого выделяется газ, состоящий сразу из нескольких компонентов, одним из которых является метан.
Остается только провести накопление биологического газа, а затем сжечь его, получив тепло и электрическую энергию.
Разумеется, процесс представляет интерес только в том случае, если он ведется с минимальной долей использования ручного труда и в автоматическом режиме. Следует отметить, что после переработки биологических масс, остается сухая фракция, пригодная для использования в качестве органического удобрения.
Как видно из приведенной схемы, биогазовая установка состоит из нескольких составляющих частей.
Ее работа начинается с загрузки в резервуар биологических отходов, их перемешивании и предварительном подогреве.
Для справки: при компостировании биологических отходов выделяется значительное количество тепловой энергии, что, порой, приводит к самовозгоранию мест их захоронения.
В принципе, биогазовая установка могла бы работать и без предварительного подогрева, заложенного в нее исходного сырья, но при этом процесс ферментации мог бы затянуться во времени, особенно, если ее использование велось бы в зимнее время года.
Интенсивный процесс разложения биологической массы бактериями начинается при температуре 38градусов Цельсия. Выделяемый в это время газ направляется в газовый коллектор. Оставшаяся после брожения биологическая масса загружается в специальный резервуар, высушивается, измельчается и используется в качестве удобрений.
Как использовать образовавшийся газ Каждый человек, знакомый с процессами брожения, знает, что выделяемый при этом газ имеет высокое давление, способное поднять тяжелое тесто, а также "взорвать" плотно укупоренную консервную банку. Это значит, что газ в газовом коллекторе имеет избыточное давление, по отношению к атмосферному, величина которого зависит от количества перерабатываемых отходов и объема газового коллектора.
Дальнейшее использование полученного газа может вестись по двум направлениям:
Струя газа направляется на лопасти двигателя, подключенного к мини электрическому генератору. При этом вырабатывается электрическая энергия, накапливаемая в аккумуляторе.
Газ сжигается. Полученное тепло используется для отопления и для получения электрической энергии.
В первом случае возможно одновременное получение и электричества и тепла. При этом следует обратить внимание, что при использовании полученного в биореакторе газа для получения электричества не происходит выработка углекислого газа и не наносится никакого вреда экологии.
Напротив, происходит утилизация биологических отходов и улучшение экологической ситуации на планете.
Идея ясна, но как обстоят дела на практике? На сегодняшний день можно купить готовую установку по производству биогаза или пойти привычным для большинства граждан путем и собрать эту установку самому.
Оборудование, выпускаемое промышленностью и специально предназначенное для получения биогаза, рассчитано на переработку отходов животноводства, производимых небольшой фермой. Как правило, речь идет о хозяйствах, в работе которых занята одна семья.
Это значит, что покупать установку для получения биогаза и использования ее в загородном доме целесообразно только при наличии собственного, хотя бы небольшого, фермерского хозяйства.
Если в домашнем хозяйстве одна курица или кошка, количество биологических отходов невелико, но при этом есть огромное желание получить и использовать биогаз, лучше сделать биогазовую установку своими руками из подручного материала.
Что можно купить для производства биогаза… Следует обратить внимание, что купить оборудование, рассчитанное на получение биогаза и переработку отходов в промышленных масштабах несложно, намного труднее найти то, что можно использовать в собственном доме или на дачном участке.
На рисунке приведена схема одного из самых распространенных биореакторов " БУГ-1", выпускаемых нашей промышленностью и предназначенных для использования в частных домовладениях. Они рассчитаны на небольшое количество биологической массы.
Минимальный объем количества перерабатываемой органической массы в сутки для поддержания процесса выработки газа должен занимать одну треть кубического метра.
Устройство состоит из биореактора и газгольдера. Дополнительно в комплекте может идти накопительный резервуар, предназначенный для сбора отходов, а также контейнер, для складирования сухого остатка, полученного после переработки биологической массы.
Все составляющие элементы конструкции, кроме газгольдера, могут быть изготовлены самостоятельно
Как работает биореактор Все полученные биологические отходы поступают в специальный накопительный резервуар. Здесь они могут храниться определенное время. Это необходимо в том случае, если количество отходов больше, чем может быть загружено в биореактор.
Перед использованием, биологическая масса смешивается с водой в равных пропорциях и подается в реактор с помощью специального фекального насоса, где она перемешивается и подогревается до 38 градусов. Этой температуры достаточно для начала процесса брожения. В дальнейшем биологическую массу подогревать не нужно: процесс ферментации идет с выделением тепловой энергии.
Как правило, интенсивное выделение биологического газа начинается на седьмые, иногда на десятые сутки брожения. С этого момента он может быть непрерывным. Для его поддержание необходимо ежедневно удалять отработанный остаток и добавлять новую порцию биологической массы. При этом нужно проверять уровень температуры в резервуаре, следить за тем, чтобы давление газа не превысило допустимого значения, и несколько раз в сутки перемешивать биологическую массу, делая ее консистенцию однородной.
Для удобства ведения процесса необходима система автоматического контроля всех перечисленных параметров. Учитывая то, что процесс ферментации идет интенсивнее при использовании измельченных органических отходов, в систему может быть включена специальная мельница, позволяющая привести всю используемую биологическую массу в однородное состояние.
Полученный при этом биогаз в большей части (более 50%) состоит из метана. В его состав также может входить углекислый газ и сероводород (2-3%). Газ может быть использован для сжигания в обычных газовых печах, котлах или водонагревателях.
По теплотворной способности газ незначительно уступает обычному природному газу из магистрального газопровода. Разница полученных тепловых эффектов при их сжигании составляет не более 10%.
Это значит, что простая ферментация биологических масс, проводимая в сельских хозяйствах, может идти намного быстрее, позволяя более эффективно использовать получаемые биологические удобрения. К тому же при этом вырабатывается ценный биологический газ.
Как устроить биореактор в частном доме Как видно из приведенной схемы, основным составляющим элементом биореактора является резервуар, предназначенный для ферментации отходов. В условиях частного приусадебного хозяйства его можно с успехом заменить бетонной емкостью, оборудованной специальным отверстием, расположенным в основании, для удаления органического остатка. При этом оно должно плотно закрываться, обеспечивая герметичность системы.
Размер резервуара определяется исходя из реального количества перерабатываемых отходов. В рабочем состоянии он должен быть заполнен не менее, чем на 50%. Если отходов немного, не обязательно делать емкость из железобетона, можно использовать подходящую бочку из металла с хорошо выполненными сварными швами.
Но при этом следует помнить, что при переработке ведра навоза вряд ли удастся получить количество биогаза, достаточное для отопления загородного дома. Иными словами, выход готового газа пропорционален количеству переработанного органического сырья. Он может быть получен быстрее или медленнее, в зависимости от интенсивности процесса ферментации, но при этом его количество будет соответствовать массе используемых для этого отходов.
При непрерывной работе биореактора ежедневно необходимо добавлять новую порцию органических отходов и удалять переработанный остаток. Это можно делать без остановки процесса ферментации.
При работе биореактора в условиях русской зимы необходимо обеспечить подогрев перерабатываемой биомассы. Для этого можно использовать обычный змеевик, по которому циркулирует теплоноситель из отопительной системы. Можно использовать электрические нагревательные элементы, установленные в основание емкости или прямой нагрев электрическими отопительными приборами.
Но при этом важно понимать, что процесс брожения возможен только при температуре биологической массы в 38 градусов Цельсия. Иначе выхода газа придется ждать до лета, когда процесс брожения начнется естественным путем.
Для тех, кто решил получать биогаз самостоятельно, нужно знать, что из одной тонны биологического сырья можно получить 100м3 газа. При этом время производства зависит от того, идет ли уже процесс ферментации или он только что начался, а также какова температура исходного сырья.
Дело в том, что бактерии, отвечающие за выработку метана, уже находятся в самом сырье, но их активность возможна только при соответствующей температуре. Для нормального течения процесса необходимо установить систему подогрева с автоматическим контролем, включающуюся при поступлении в резервуар новой холодной партии сырья, и выключающей подогрев при достижении в системе заданного уровня температуры.
Ничего сложного в этом нет. Такие системы установлены в каждом водогрейном котле и могут быть свободно куплены в магазине газового оборудования.
Вырабатываемый газ выводится через отверстие, находящееся в верхней части крышки, закрывающей резервуар. Лучше всего газ отводить через жидкостный затвор, исключающий возможность его смешивания с воздухом.
Регулировать давление газа можно при помощи крышки. Для этого достаточно так подобрать ее вес, чтобы она играла роль сбросного клапана. При этом, если давление в системе соответствует норме, газ проходит жидкостной затвор и поступает в газгольдер. Если выработка биогаза идет слишком интенсивно и ив системе возникает избыточное давление, крышка резервуара приподнимается и происходит сброс лишнего количества выработанного газа.
Регулировать вес такого импровизированного клапана можно при помощи простой гири.
Еще одна проблема при изготовлении собственного биогенератора может заключаться в перемешивании ферментируемых масс. Для этого можно использовать простое устройство, напоминающее обычный бытовой миксер, приводимый в движение через вал, выведенный в отверстие, расположенное в крышке резервуара.
Как видите, получение и использование биогаза не миф, а реальность. Устройство такой установки довольно простое, а все сложность состоит в сборе необходимого количества биологических отходов.
