Биогазовая установка для дома

Любая семья, проживающая в частном доме, получает сразу две бытовые проблемы: повышенные коммунальные счета и необходимость вывоза органического мусора. Экологические преимущества загородных домов неоспоримы. Но за чистый воздух с тишиной природы часто приходится расплачиваться повышенной финансовой нагрузкой на семейный бюджет. Особенно остро это ощущают дома с развитым фермерским хозяйством. А между тем, органика частных домохозяйств сама может стать настоящей золотой жилой для грамотного хозяина. Все биологические отходы домохозяйства являются ценнейшим сырьем для получения бытового биогаза. Причем для компактного хозяйства не нужно возводить большую перерабатывающую станцию, так как с его обслуживанием справится и маленькая биогазовая установка для частного дома. Любой органический материал, попадая внутрь биогазовой установки, начинает выделять газ и тепло. Именно это полезное свойство биомусора используют для собственного бесплатного отопления, газоснабжения и даже для выработки электричества.

Метан из навоза биогазовая установка добывает с помощью процесса брожения. Разжиженная водой органика (субстрат) закладывается в биореактор. При температуре 37-40 градусов в органической массе начинается химический процесс с выделением тепла и газов. Вода не участвует в газообразовании, но активно ему способствует. Навоз оседает на дно реактора в виде ила. В подсушенном виде перегнившая навозная масса является высококачественным удобрением для полей.

По способу брожения биореакторы подразделяются на два типа: биотермические и анаэробные (бескислородные).

Биотермические станции (БТС) имеют упрощенную конструкцию и легки в обслуживании. Брожение биомассы происходит при свободном доступе воздуха. В результате выделяется большое количество тепла, но при этом водород в биомассе преобразуется (окисляется) в воду, а углерод — в углекислый газ. Большинство резервуаров БТС изнутри оснащают секциями водогрейных труб, способных нагревать воду до 50 градусов. Реактор домашней установки выделяет биогаз из навоза и другой органики в незначительном количестве. Поэтому мини биогазовые установки хороши только для отопления дач, домов фермерских хозяйств, подачи горячей воды.

Анаэробные биогазовые станции (БЭС) обладают более усложненной конструкцией, чем мини БТС. Бродильный процесс протекает в герметичной цистерне без доступа свежего воздуха. При этом до 70 % углерода в биомассе преобразуется в метан. Оставшиеся 30% углерода создают водород, углекислоту и азот. Полученная газовая смесь после естественной очистки является превосходным топливом, которым можно подогревать пищу либо преобразовывать в другие виды энергии (тепло, электричество).

Частный дом с подсобным хозяйством ежедневно производит большое количество биологических отходов. Такой объем органики образуется благодаря следующим источникам:

• Навоз от крупного рогатого скота и мелких животных: коровы, свиньи, козы, кролики.
• Урина (моча) животных.
• Птичий помет кур, гусей, уток.
• Растительный мусор с приусадебного участка: трава, ботва, порченые овощи и фрукты.
• Органические остатки от домашнего производства: отходы виноделия, мусор от закаток овощей и фруктов.
• Отходы кухни: очистки, остатки, испорченные продукты.

Биологические отходы от жизнедеятельности человека. Септик совмещают с биогазовой установкой с помощью приемника каловых масс.
Все вышеперечисленные источники органики домохозяйства разделяют на круглогодичные и сезонные. К примеру, растительный мусор на приусадебном участке в зимний период не образуется. Исключение составляют лишь южные районы России, где рост растений не прекращается с приходом календарной зимы. Постоянными же источниками органики являются отходы жизнедеятельности животных и человека.

Домашнюю биогазовую установку нужно размещать поближе к основным источникам сырья и подальше от жилых построек. Лучше проложить дополнительные несколько метров трубы, чем терпеть под окнами спальни характерный органический запах. На даче установка может быть расположена на открытом воздухе или внутри надстроенного сарая. Подземный биореактор выносят в специально созданный подвал либо почти целиком зарывают его в землю. В последнем случае при подготовке ямы необходимо учесть способ выгрузки отработанной биомассы (ила) с днища биореактора.

Конструкция маленького реактора не сильно отличается от своих более крупных собратьев. По своей сути биореактор представляет собой резервуар для брожения биомассы. Все поверхности реактора, контактирующие с органикой, обязаны быть устойчивы к коррозии. Поэтому в домашнем варианте биогазовая установка имеет в качестве реактора либо цистерну из нержавеющей стали, либо хорошо зацементированный изнутри резервуар.

В верхней части биореактора монтируют герметичное окно для приема свежего органического субстрата. Недолгий приток воздуха при загрузке не оказывает существенного влияния на длительный процесс газовыделения. В нижней части устанавливают люк (или сточную трубу) для выгрузки осевшего на дно перегнившего остатка. В более усложненной конструкции под реактором встраивают мини-резервуар для приема отработанного навоза.

Размер мини биогазовой установки рассчитывают исходя из предполагаемых порций подгружаемой органики. Резервуар обязан быть постоянно заполнен биомассой на две трети от своего объема. Разогретый реактор-резервуар ежедневно усушает загруженный в него органический субстрат на 10-20%. Вырабатываемые хозяйством за день отходы в соответствующем объеме обязаны восполнять сокращающуюся органическую массу.

Сам бродильный резервуар без вспомогательных устройств не способен обеспечить поддержание необходимой температуры или подачу газа до места его применения. Поэтому к биореактору обязательно присоединяют следующее оборудование:

• Газгольдер. Представляет собой газовый накопитель, выравнивающий давление биогаза.
• Газовые трубы. Поставляют выработанную газовую смесь к газгольдеру и далее.
• Система подогрева биомассы. Теплообменные трубы (змеевики) могут быть расположены внутри реактора, а могут и опутывать его снаружи. Также реактор нередко сам размещается внутри более объемного резервуара, заполненного подогреваемой водой (водяная баня).
• Стартовый разогрев реактора может осуществляться газом (котел), электричеством (бойлер) либо другими способами (печка, самонагрев на солнце). После начала выделения тепла и биогаза реактор переходит на самостоятельное поддержание температуры.
• Система перемешивания биомассы. Малоразмерные конструкции домашних биореакторов оснащают упрощенным винтом-мешалкой. Движение винта может осуществляться как с помощью энергии биогаза, так и вручную.
• Система контроля температуры. Представляет собой устройство из термометра и автоматического регулятора, который включает и выключает биогазовый подогрев.
• Клапан для сброса излишнего газа (свеча). Предотвращает разрыв труб от чрезмерного газового давления в системе. В целях недопущения распространения метанового запаха, свеча-клапан поджигает выбрасываемую струю газа.

Кроме базовых деталей, реактор может быть оснащен вспомогательными механизмами. Они облегчают обслуживание БЭС либо преобразуют вырабатываемый биогаз в другие виды энергий.

Пристроенный к домашней БУ газовый электрогенератор способен обеспечить частный дом независимым источником электроэнергии. Из 1 м3 биогаза типичный электрогенератор вырабатывает в среднем около 2 кВт/ч. Даже маленькое подсобное хозяйство ежедневно производит не менее 50 кг различной органики, что дает суточную выработку биогаза в пределах от 5,6 до 10 м3. С учетом 20% расхода биогаза на поддержание температуры в реакторе подобное мини-хозяйство получает от 9 до 16 кВт/ч. Этой электроэнергии хватает и на освещение фермерского хозяйства, и на работу бытовых электроприборов средней мощности. Бесплатное электричество существенно экономит семейный бюджет и позволяет дому не зависеть от аварий на линиях электропередач.

Особую популярность в частных домах набирает установка с двумя реакторами и общим газгольдером. Дело в том, что в одинарном биореакторе, при халатном отношении к подготовке субстрата, биомасса выделяет газ крайне неравномерно. Газгольдер не всегда успевает выравнивать давление при долговременной потере интенсивности газовыделения. Особенно этот неприятный фактор проявляется при частом использовании биогаза в бытовых нуждах. Двойной реактор призван оградить газгольдер от подобных ситуаций. При ослаблении газовыделения в одном бродильном резервуаре его «подстраховывает» второй. Помимо этого, двойной биореактор дает частному дому следующие преимущества:

• Возможность размещения реакторов поближе к разным источникам сырья. Один реактор можно поставить поближе к постройкам с животными, а другой — возле огорода.
• Установка рядом с кухней реактора-утилизатора. Субстрат из смешанной растительно-навозной органики нельзя устанавливать вблизи от места для приготовления пищи.

Невозможно переработать навоз в биогаз без соответствующего стойкого неприятного запаха. Кухонные же отходы можно отправлять прямо в компактный биореактор без опасения надолго испортить воздух. Габариты такого реактора обычно предполагают прием нескольких килограммов органики в день.

Успех раздельных реакторов вынудил производителей создать целую серию новых мини-биогаз установок, рассчитанных на определенный вид сырья. В Израиле в частном секторе в моду вошел фруктовый биогазовый реактор, размещаемый прямо посреди сада. Европейские же семьи оценили кухонный БЭС, который бесплатно утилизирует органические отходы и частично уменьшает размер коммунальных счетов.

В отличие от крупных фермерских хозяйств, частный дом или дача не стремится получить биогаза любой ценой. Поэтому подготовка субстрата для домашней станции не требует больших усилий. Для подготовки биомассы специалисты рекомендуют соблюдать только следующие технологические условия:

• Субстрат должен быть разжижен водой не менее чем на 85%. Усушенная органика не дает необходимой скорости выделения биогаза.
• При стартовом запуске нельзя заливать органику кипятком. Для ускорения подогрева достаточно залить биомассу обычной теплой водой.
• Подготовку субстрата лучше производить в отдельной емкости.
• В маленьких биогазовых установках все виды биологических отходов можно смешивать друг с другом. На уровне частного дома или дачи небольшое отклонение показателей газовыделения не влияет на общий результат.

Круглогодичная работа биогазовой установки считается возможной только в южных регионах России. Зимой в умеренных широтах поддержание температуры в реакторе требует больше тепловой энергии, чем способна дать биогазовая станция. Однако этот фактор исключает зимнюю работу только крупных установок. Поддержание температуры в маленькой биогазовой установке созданной своими руками не станет обременительным для частного дома даже в мороз. Теплоизолирующие кожухи и защитные купола способны значительно снизить теплопотери реактора в холодное время года. При этом БУ будет продолжать выполнять свои полезные функции. Иногда экономически более выгодно обеспечить постоянный подогрев реактора, получая взамен бесплатную электроэнергию и бытовой биогаз. К тому же работа реактора обеспечивает постоянную утилизацию биологических отходов, избавление от которых обычно стоит денег.

Самостоятельное создание маленькой биогазовой котельны обойдется дешевле, чем покупка и монтаж готовой БУ. Но при этом владелец дома остается один на один со всеми технологическими ошибками, которые он допустит при производстве биогаза. Если частный мастер-строитель допустит серьезный просчет, то общая смета на переделку конструкции может оказаться выше, чем сумма покупки готового варианта. В любом случае, маленькая биогазовая установка сделанная собственными руками для отопления дома со временем самоокупится за счет многократной экономии на коммунальных платежах.