Какой газ выделяет навоз

Как получить биогаз из навоза: обзор базовых принципов и устройства установки по производству

Фермерские хозяйства ежегодно сталкиваются с проблемой утилизации навоза. В никуда уходят немалые средства, которые требуются для организации его вывоза и захоронения. Но есть способ, позволяющий не только сэкономить свои деньги, но и заставить служить себе во благо этот природный продукт.

Рачительные хозяева уже давно применяют на практике экотехнологию, позволяющую получить биогаз из навоза и использовать результат в качестве топлива.

Поэтому в нашем материале речь пойдет о технологии получения биогаза, также мы расскажем о том, как соорудить биоэнергетическую установку.

Плюсы использования биотехнологий

Технология получения биотоплива из различных природных источников не нова. Исследования в этой области начались еще в конце 18 века и успешно развивались в 19 столетии. В Советском Союзе первая биоэнергетическая установка была создана в сороковых годах прошлого века.

Биотехнологии давно применяются во многих странах, но именно сегодня они приобретают особое значение. Вследствие ухудшения экологической обстановки на планете и высокой стоимости энергоносителей, многие устремляют свои взоры в сторону альтернативных источников энергии и тепла.

Безусловно, навоз является очень ценным удобрением, и если в хозяйстве имеется две коровы, то и проблем с его применением не возникает. Другое дело, когда речь идет о фермерских хозяйствах с большим и средним поголовьем, где в год образуются тонны зловонного и гниющего биологического материала.

Чтобы навоз превратился в качественное удобрение, нужны площади с определенным температурным режимом, а это лишние расходы. Поэтому многие фермеры складируют его, где придется, а затем вывозят на поля.

При несоблюдении условий хранения из навоза улетучиваются до 40% азота и основная часть фосфора, что значительно ухудшает его качественные показатели. Кроме того, в атмосферу выделяется газ метан, оказывающий негативное влияние на экологическую обстановку планеты.

Современные биотехнологии позволяют не только нейтрализовать вредное воздействие метана на экологическую обстановку, но и заставить его служить на благо человека, извлекая при этом немалую экономическую выгоду. В результате переработки навоза образуется биогаз, из которого затем можно получить тысячи кВт энергии, а отходы производства представляют собой очень ценное анаэробное удобрение.

Механизм образования газа из органического сырья

Биогаз – это летучее вещество без цвета и какого-либо запаха, в котором содержится до 70% метана. По своим качественным показателям он приближается к традиционному виду топлива – природному газу. Отличается хорошей теплотворной способностью, 1м 3 биогаза выделяет столько тепла, сколько получается при сгорании полутора килограмм угля.

Образованию биогаза мы обязаны анаэробным бактериям, которые активно трудятся над разложением органического сырья, в качестве которого используются навоз сельскохозяйственных животных, птичий помет, отходы любых растений.

Для активизации процесса необходимо создать благоприятные условия для жизнедеятельности бактерий. Они должны быть схожи с теми, в которых микроорганизмы развиваются в естественном резервуаре – в желудке животных, где тепло и отсутствует кислород.

Собственно, это и есть два основных условия, способствующих чудесному превращению гниющей навозной массы в экологически чистое топливо и ценные удобрения.

Для получения биогаза нужен герметичный реактор без доступа воздуха, где будет происходить процесс брожения навоза и разложения его на составляющие:

• метан (до 70%);
• углекислый газ (примерно 30%);
• другие газообразные вещества (1-2%).

Образовавшиеся газы поднимаются кверху емкости, откуда их затем выкачивают, а вниз оседает остаточный продукт – высококачественное органическое удобрение, сохранившее в результате обработки все ценные вещества, имеющиеся в навозе – азот и фосфор, и потерявшее значительную часть патогенных микроорганизмов.

Второе важное условие для эффективного разложения навоза и образования биогаза – соблюдение температурного режима. Бактерии, принимающие участие в процессе, активизируются при температуре от +30 градусов.

Причем в навозе содержится два вида бактерий:

• мезофильные. Их жизнедеятельность происходит при температуре +30 – +40 градусов;
• термофильные. Для их размножения необходимо соблюсти температурный режим +50 (+60) градусов.

Время переработки сырья в установках первого типа зависит от состава смеси и составляет от 12 до 30 суток. При этом 1 литр полезной площади реактора дает 2 л биотоплива. При использовании установок второго типа время выработки конечного продукта сокращается до трех дней, а количество биогаза возрастает до 4,5 л.

Несмотря на то, что эффективность термофильных установок в десятки раз выше, применяются они гораздо реже, поскольку поддержание высоких температур в реакторе связано с большими расходами.

Обслуживание и содержание установок мезофильного типа дешевле, поэтому большинство фермерских хозяйств для получения биогаза используют именно их.

Расчеты эффективности применения биогаза

Оценить все преимущества использования альтернативного биотоплива помогут несложные расчеты. Одна корова весом 500 кг производит в сутки примерно 35-40 кг навоза. Этого количества хватит для получения около 1.5 м 3 биогаза, из которого в свою очередь можно выработать 3 кВт/ч электроэнергии.

Для получения биотоплива можно использовать как один вид органического сырья, так и смеси из нескольких компонентов, имеющих влажность 85-90%. Важно, чтобы они не содержали посторонние химические примеси, отрицательно влияющие на процесс переработки.

Самый простой рецепт смеси придумал еще в 2000 году один русский мужик из Липецкой области, который построил своими руками простейшую установку для получения биогаза. Он смешивал 1500 кг коровьего навоза с 3500 кг отходов различных растений, добавлял воду (примерно 65% от веса всех ингредиентов) и разогревал смесь до 35 градусов.

Через две недели бесплатное топливо готово. Эта небольшая установка вырабатывала 40 м 3 газа в день, что вполне хватало для обогрева дома и хозпостроек в течение полугода.

Варианты установок для получения биотоплива

После проведения расчетов необходимо определиться, как изготовить установку, чтобы получить биогаз в соответствии с потребностями своего хозяйства. Если поголовье скота небольшое, то подойдет простейший вариант, который нетрудно изготовить из подручных средств своими руками.

Крупным фермерским хозяйствам, у которых есть постоянный источник большого количества сырья, целесообразно построить промышленную автоматизированную биогазовую систему. В этом случае вряд ли получится обойтись без привлечения специалистов, которые разработают проект и смонтируют установку на профессиональном уровне.

Сегодня существуют десятки компаний, которые могут предложить множество вариантов: от готовых решений, до разработки индивидуального проекта. Для удешевления строительства можно скооперироваться с соседними хозяйствами (если такие имеются поблизости) и построить одну на всех установку для получения биогаза.

Следует учесть, что для постройки даже небольшой установки необходимо оформить соответствующие документы, сделать технологическую схему, план размещения оборудования и вентиляции (если оборудование устанавливается в помещении), пройти процедуры согласования с СЭС, пожарной и газовой инспекцией.

Мини-завод по производству газа на покрытие нужд небольшого частного хозяйства можно сделать собственноручно, ориентируясь на конструкцию и специфику устройства установок, выпускаемых в промышленном масштабе.

Самостоятельным мастерам, решившим заняться сооружением собственной установки, надо запастись емкостью для воды, водопроводными или канализационными пластиковыми трубами, угловыми отводами, уплотнителями и баллоном для хранения полученного в установке газа.

Особенности биогазовой системы

Полноценная биогазовая установка представляет собой сложную систему, состоящую из:

1. Биореактора, где протекает процесс разложения навоза;
2. Автоматизированной системы подачи органических отходов;
3. Устройства для перемешивания биомассы;
4. Оборудования для поддержания оптимального температурного режима;
5. Газгольдера – емкости для хранения газа;
6. Приемника отработанных твердых отходов.

Все вышеперечисленные элементы устанавливаются в промышленные установки, работающие в автоматическом режиме. Бытовые реакторы, как правило, имеют более упрощенную конструкцию.

Принцип работы установки

Основным элементом системы является биореактор. Существует несколько вариантов его исполнения, главное – обеспечить герметичность конструкции и исключить попадание кислорода. Он может быть выполнен в виде металлической емкости различной формы (чаще цилиндрической), расположенной на поверхности. Нередко для этих целей используются 50-ти кубовые пустые топливные цистерны.

Можно приобрести готовые емкости разборной конструкции. Их преимущество – возможность быстрой разборки, и при необходимости – перевозки в другое место. Промышленные поверхностные установки целесообразно применять в крупных хозяйствах, где есть постоянный приток большого количества органического сырья.

Для небольших подворий больше подходит вариант подземного размещения резервуара. Поземный бункер строится из кирпича или бетона. Можно закопать в землю готовые емкости, например, бочки из металла, нержавеющей стали или ПВХ. Возможно также их поверхностное размещение на улице или в специально отведенном помещении с хорошей вентиляцией.

Независимо от того, где и как размещается реактор, он снабжается бункером для загрузки навоза. Прежде чем загрузить сырье, оно должно пройти предварительную подготовку: его измельчают на фракции не больше 0,7 мм и разбавляют водой. В идеале влажность субстрата должна быть около 90%.

Автоматизированные установки промышленного типа оснащаются системой подачи сырья, включающей приемник, в котором смесь доводится до необходимого увлажнения, трубопровод для подачи воды и насосную установку для перекачки массы в биореактор.

В домашних установках для подготовки субстрата используются отдельные емкости, где отходы измельчаются и перемешиваются с водой. Затем масса загружается в приемный отсек. В реакторах, расположенных под землей, бункер для приема субстрата выводится наружу, подготовленная смесь самотеком по трубопроводу поступает в камеру для брожения.

Если реактор размещен на земле или в помещении, входная труба с приемным устройством могут располагаться в нижней боковой части емкости. Возможно также трубу вывести в верхнюю часть, а на ее горловину надеть раструб. В этом случае биомассу придется подавать при помощи насоса.

В биореакторе также необходимо предусмотреть выходное отверстие, которое делают практически на дне емкости с противоположной стороны от входного бункера. При подземном размещении выходная труба устанавливается косо вверх и ведет в приемник для отходов, по форме напоминающий ящик прямоугольной формы. Его верхний край должен находиться ниже уровня входного отверстия.

Процесс протекает следующим образом: входной бункер принимает новую партию субстрата, которая стекает в реактор, одновременно такое же количество отработанной массы по трубе поднимается в приемник для отходов, откуда он в дальнейшем вычерпывается и используется в качестве высококачественного биоудобрения.

Хранение биогаза осуществляется в газгольдере. Чаще всего он находится прямо на крыше реактора и имеет форму купола или конуса. Он изготавливается из кровельного железа, а затем, чтобы предотвратить коррозийные процессы, окрашивается несколькими слоями масляной краски.

В промышленных установках, рассчитанных на получение большого количества газа, газгольдер нередко выполняется в виде отдельно стоящего резервуара, соединенного с реактором трубопроводом.

Газ, полученный в результате брожения, не подходит для использования, поскольку в нем содержится большое количество водяных паров, и в таком виде он не будет гореть. Чтобы очистить его от фракций воды, газ пропускают через гидрозатвор. Для этого из газгольдера выводится труба, по которой биогаз поступает в емкость с водой, а уже оттуда он по пластиковой или металлической трубе подается потребителям.

В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.

Условия эффективной работы биореактора

Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.

Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.

Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.

Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами или встроить в основание емкости нагревательный элемент.

Чтобы уменьшить потери тепла, рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол и другие его разновидности.

Определение требующегося объема

Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.

Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.

Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).

Строительство подземного сооружения

Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.

С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.

Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.

Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.

Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.

Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.

Выводы и полезное видео по теме

Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:

Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в видеосюжете:

Как происходит загрузка навоза в подземную установку показано в следующем ролике:

Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все тщательно просчитать и подготовить.

Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам.

Если при ознакомлении с представленной информацией у вас появились вопросы, или есть предложения которыми вы хотите поделиться с посетителями сайта, пожалуйста, оставляйте комментарии в расположенном ниже блоке.

Влияние навоза на окружающую среду

Парниковые газы — это газы, которые задерживают тепло в атмосфере Земли, что приводит к потеплению, известному как парниковый эффект. Наиболее распространенными парниковыми газами являются углекислый газ (CO2), метан (CH4), закись азота (N2O) и фторированные газы.

Когда парниковые газы выбрасываются в атмосферу, они могут поглощать и удерживать солнечное тепло, что приводит к нагреванию поверхности Земли и нижних слоев атмосферы. Этот естественный процесс необходим для жизни на Земле, поскольку он помогает поддерживать температуру планеты в диапазоне, пригодном для проживания людей и выживания экосистем.

Однако деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов и промышленные процессы, увеличила концентрацию парниковых газов в атмосфере, что привело к дисбалансу естественного парникового эффекта. Увеличение концентрации парниковых газов вызвало повышение температуры Земли, что привело к ряду экологических проблем, таких как:

• Изменение климата: Эффект потепления, вызванный парниковыми газами, изменил климат Земли, что привело к более частым и суровым погодным явлениям, таким как тепловые волны, засухи, наводнения и штормы.
• Таяние льда: Повышение температуры вызвало таяние ледников и ледяных шапок, что привело к повышению уровня моря, которое может привести к наводнениям в прибрежных районах.
• Повышение кислотности океана: Углекислый газ растворяется в морской воде, вызывая повышение кислотности океана, что может нанести вред морским обитателям.
• Вымирание видов: Изменение климата нарушило экосистемы, в результате чего многие виды исчезли или оказались под угрозой исчезновения.

• Риски для здоровья: Изменение климата также может привести к загрязнению воздуха, что может вызвать проблемы с дыханием, и распространению таких заболеваний, как малярия и лихорадка денге.

Парниковые газы необходимы для поддержания температуры Земли в пределах, пригодных для жизни, однако деятельность человека увеличила их концентрацию, что вызвало повышение температуры Земли и привело к ряду экологических проблем.

Навоз и парниковые газы

Побочные продукты животноводства (ППЖ), такие как навоз, могут быть значительным источником выбросов парниковых газов и представлять угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Навоз представляет собой смесь отходов животноводства, подстилки и других материалов, которые часто хранятся в больших количествах перед тем, как их разбрасывают на полях в качестве удобрения.

При разложении навоза выделяются метан и закись азота, которые являются мощными парниковыми газами, способствующими изменению климата. Метан по своему потенциалу потепления в 28 раз превосходит углекислый газ, а закись азота — в 265 раз.

Животноводство вносит значительный вклад в растущую нагрузку на окружающую среду из-за отходов животноводства. По мере роста спроса на мясо и молочные продукты во всем мире увеличивалось и количество домашних животных, что привело к значительному росту производства навоза. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций, животноводство ответственно за 14,5% глобальных выбросов парниковых газов, причем значительная часть этих выбросов приходится на утилизацию навоза.

Воздействие отходов животноводства на окружающую среду выходит за рамки выбросов парниковых газов. Навоз также может загрязнять источники воды, что приводит к распространению таких заболеваний, как кишечная палочка и сальмонелла. Когда навоз хранится в больших количествах, он также может выделять неприятные запахи и вредные газы, такие как аммиак, сероводород и летучие органические соединения, которые могут оказывать негативное воздействие на здоровье жителей близлежащих районов.

Для решения проблемы воздействия отходов животноводства на окружающую среду были разработаны различные стратегии, включая использование анаэробных метантенков для улавливания выбросов метана из навоза, компостирование для уменьшения неприятного запаха и улучшения здоровья почвы, а также разработку альтернативных источников корма для животных, которые производят меньше отходов.

Так же следует отметить, что побочные продукты животноводства, такие как навоз, могут быть значительным источником выбросов парниковых газов и представлять угрозу для окружающей среды и здоровья человека. Поскольку спрос на мясные и молочные продукты продолжает расти, необходимо разработать устойчивые методы утилизации отходов животноводства и снизить их воздействие на окружающую среду.

Снижение парниковых газов в навозе

Сокращение выбросов парниковых газов при использовании навоза является важным аспектом смягчения последствий изменения климата. Внесение навоза на поля — распространенная практика использования отходов животноводства в качестве удобрения, но она также может быть значительным источником выбросов парниковых газов.

Когда навоз разбрасывается на полях, в процессе разложения выделяются метан и закись азота, которые являются мощными парниковыми газами. Эти выбросы можно сократить путем совершенствования методов использования навоза, таких как использование альтернативных методов внесения навоза, сокращение количества производимого навоза и обработка навоза для улавливания и утилизации выбросов метана.

Одним из способов сокращения выбросов парниковых газов при использовании навоза является использование анаэробных реакторов. Анаэробные метантенки — это системы, которые улавливают выбросы метана из навоза и преобразуют его в биогаз, который может быть использован в качестве источника энергии. Этот процесс не только сокращает выбросы парниковых газов, но и генерирует возобновляемую энергию, а также уменьшает запах и количество патогенных микроорганизмов в навозе.

Другой подход заключается в уменьшении количества производимого навоза путем повышения эффективности кормления животных и сокращения количества животных на данной территории. Этого можно достичь путем улучшения питания животных, методов управления и генетической селекции.

Компостирование навоза — еще один метод, позволяющий сократить выбросы парниковых газов. Компостирование — это процесс разложения органических материалов в стабильную, богатую питательными веществами почвенную добавку. Компостирование навоза позволяет уменьшить объем отходов, улучшить состояние почвы и сократить выбросы парниковых газов за счет улавливания и окисления метана в процессе компостирования.

Наконец, навоз можно использовать в качестве возобновляемого источника энергии для производства биотоплива. Биотопливо, произведенное из навоза, способно сократить выбросы парниковых газов, заменив ископаемое топливо и обеспечив устойчивый источник энергии.

Хочется отметить, что сокращение выбросов парниковых газов при использовании навоза является важным аспектом смягчения последствий изменения климата. Такие стратегии, как использование анаэробных метантенков, сокращение количества производимого навоза, компостирование и производство биотоплива, могут способствовать сокращению выбросов парниковых газов при использовании навоза. Внедряя устойчивые методы, мы можем снизить воздействие отходов животноводства на окружающую среду и внести свой вклад в более устойчивое будущее.

Какой же способ утилизации и переработки навоза предпочтительнее для уменьшения парниковых газов?

Количество выбросов метана в сельском хозяйстве зависит от того, как используется навоз. Различные методы переработки и использования навоза могут существенно повлиять на количество выбросов метана и других парниковых газов.

Одним из способов снижения выбросов метана от навоза является его применение непосредственно на месте. Этот метод предполагает введение или внесение навоза в почву, где он разлагается более равномерно и с меньшим количеством кислорода, что снижает выбросы метана в атмосферу.

Другой метод — снижение содержания парниковых газов в навозе путем поверхностного внесения навоза. При этом навоз распределяется по поверхности почвы, а затем сразу же заделывается в почву с помощью обработки или другого метода. Это может помочь сократить выбросы парниковых газов за счет минимизации воздействия кислорода на навоз и сокращения времени его нахождения на поверхности.

Внесение навоза в вегетационный период также может помочь сократить выбросы парниковых газов. Для этого необходимо приурочить внесение навоза к вегетационному периоду сельскохозяйственных культур, чтобы питательные вещества, содержащиеся в навозе, могли быть использованы растениями, снижая количество метана и других парниковых газов, выделяющихся в процессе разложения.

Отмечаем, что использование навоза различными способами может существенно повлиять на выбросы парниковых газов в сельском хозяйстве. Такие стратегии, как внесение навоза в почву, поверхностное внесение навоза и приурочивание внесения навоза к вегетационному периоду, могут способствовать снижению выбросов метана и других парниковых газов при использовании навоза. Методы утилизации и переработки навоза для снижения выбросов парниковых газов будет зависеть от конкретных обстоятельств каждой фермы или предприятия. Для эффективного управления и сокращения выбросов парниковых газов от навоза может потребоваться сочетание стратегий.

Заключение

В целом, сельскохозяйственная деятельность, особенно животноводство, вносит значительный вклад в выбросы парниковых газов, включая метан, закись азота и двуокись углерода. Утилизация навоза является важнейшим компонентом сокращения этих выбросов.

Существует несколько стратегий утилизации навоза и снижения выбросов парниковых газов, включая анаэробное сбраживание, компостирование, планирование рационального использования органики и соответствующее внесение в почву. Внесение на месте, поверхностное внесение с немедленной заделкой в почву и внесение в течение вегетационного периода также могут быть эффективны для снижения выбросов парниковых газов при использовании навоза.

Важно учитывать местные условия и ресурсы при выборе наиболее эффективных стратегий по использованию навоза и сокращению выбросов парниковых газов. Для достижения наилучших результатов может потребоваться сочетание стратегий, а правильное использование навоза может привести к дополнительным преимуществам, таким как производство возобновляемой энергии, внесение в почву органических веществ (навоза) и улучшение здоровья почвы.

В заключение следует отметить, что эффективное использование навоза имеет решающее значение для сокращения выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве и смягчения последствий изменения климата. Применяя передовые методы и используя соответствующие стратегии, животноводы могут сыграть решающую роль в сокращении выбросов парниковых газов и продвижении устойчивого сельского хозяйства.

Как из навоза получить газ

Технология получения газа из навоза зависит от вида и качества используемой навозной массы, выбранным режимом брожения, составом получаемых продуктов. Процесс включает в себя несколько важных технологических этапов. От того насколько четко и своевременно они будут выполнены зависит объем и качество получаемого газа.

Переработка навоза в биогаз

Подготовка сырья. Мероприятия включают в себя загрузку биомассы, ее измельчение, добавление воды, биологических и химических составов, гомогенизация, смешивание и подогрев (при необходимости). Если исходное сырье состоит из нескольких субстанций, то подготовительные мероприятия проводятся отдельно с каждой из них. Предварительная подготовка сырья позволяет ускорить процесс брожения и получения биогаза. В ходе подготовки необходимо добиться высокой однородности смеси и влажности не менее 90%.

Загрузка реактора

1. Существует два способа загрузки биореактора :

• раздельная подача жидкой и твердой фракции;
• предварительное смешивание жидкой и твердой фракции и подача в биореактор единой гомогенизированной массой.

При этом важно соблюдать пропорции подачи сырья, чтобы не нарушить процесс брожения.

Обеспечение нужного температурного режима. Процесс брожения осуществляется под воздействием специальных бактерий. Для их эффективной работы на протяжении всего процесса переработки необходимо поддерживать определенный уровень температуры в биореакторе. Уровень температуры определяется выбранным режимом для протекания реакции. Мезофильный режим предполагает поддержание температуры в диапазоне 30-40 градусов с возможным перепадом не более чем на 1 градус в час. При термофильном режиме необходимая температура должна составлять 50-55 градусов, при этом перепад температуры должен составлять не более 0,5 градусов в час.
Получение биогаза. Основным продуктом разложения биомассы является биогаз. Образующийся газ поднимается в верхнюю часть биореактора, откуда по газоотводным трубкам выводится в специальную емкость – газгольдер.

Получение удобрения

Побочным продуктом технологии получения биогаза является ценное минеральное удобрение (дигестат), которое отводится из биореактора в специальный накопитель.

Очистка биогаза

Биогаз состоит из смеси газов: около 63 % метана, примерно 33% углекислого газа, около 2% сероводорода и 1% аммиака. Очистка биогаза предполагает увеличение содержания в нем метана до 90-98%. Удаление каждой примеси производится индивидуальным способом. Сероводород оседает на специальных изоляционных материалах трубопроводов. Углекислый газ и прочие соединения – посредством смешивания биогаза под высоким давлением с водой. Далее для удаления чрезмерной влаги применяется конденсационный метод – разогретый до высокой температуры газ пропускают по холодному трубопроводу. В результате таких манипуляций получается газ, которым можно заправлять транспортные средства.

Установки для получения биогаза

Получить газ из навоза можно при помощи биогазовой установки. Это может быть установка, собранная своими руками, быстровозводимая сборно-разборная мобильная установка или целый промышленный комплекс, работающий полностью в автоматизированном режиме.

Основными элементами установки являются:

• емкость для приема и предварительной подготовки сырья;
• система транспортеров и трубопроводов;
• биореактор ;
• газоотводные трубки;
• газгольдер;
• емкость для дигестата ;
• система очистки биогаза ;
• система автоматики.

Условия, необходимые для эффективного функционирования установки:

• абсолютно герметичный биореактор ;
• постоянное поддержание требуемой температуры биомассы;
• достаточная влажность и высокий уровень гомогенизации биомассы;
• необходимый показатель кислотности сырья;
• добавление ускорителей или замедлителей процесса разложения;
• равномерный прогрев и постоянное перемешивание сырья;
• своевременное удаление отработанной массы и добавление новой.

Специфика функционирования промышленной установки основана на периодической загрузке биомассы в реактор, с применением насосной станции или загрузчика.

Герметичный реактор, изготовленный из железобетона или стали с покрытием, представляет собой утепленный и подогреваемый резервуар, который оснащен миксерами. Работа его осуществляется без доступа воздуха. В реакторе находятся полезные микроорганизмы, жизнедеятельность которых обеспечивает биомасса. Для поддержания жизнедеятельности бактерий подается органическое сырье, которое подогревается до 35-38 °C и периодически перемешивается. Полученный биогаз скапливается в газгольдере. Следующий технологический процесс – очистка биогаза, посредством его прохождения через систему очистки. Конечный этап – подача потребителям в котел или электрогенератор.

Для некоторых видов сырьевой массы, применяемой в чистом виде, используется особая одностадийная технология сбраживания. К примеру, спиртовая барда перерабатывается с помощью добавления химических ингредиентов. Для меласной кислой барды применяется щелочь. Возможна переработка этого вида сырья и без химических добавок. В этом случае производят коферментацию (смешивание) с другими субстратами, например, с силосом либо навозом.

Наиболее популярный промышленный метод получения — анаэробное сбраживание в метановых установках. Биогазовая технология производства представляет собой метановое сбраживание с помощью кислотных и метановых микроорганизмов, полученных при разложении органических элементов. Она основана на свойстве органических отходов выделять биогаз в бескислородных (анаэробных) условиях. Технологический процесс осуществляется в три этапа:

1. Гидролиз. На этом этапе происходит ферментация органических веществ под действием гидролизных бактерий. Такие микроорганизмы разлагают протеины, липиды и длинные звенья сложных углеводородов в более короткие цепочки.
2. Сбраживание. В процессе этого этапа кислотообразующие микроорганизмы вырабатывают органические кислоты, которые окисляют и расщепляют сложные соединения в более простые типы. В сбраживаемой среде образовываются первичные продукты брожения, преобразующие органические кислоты в биогаз.
3. Генерация метана. На третьем этапе метанообразующие микроорганизмы, продуцирующие метан, разлагают соединения с невысоким молекулярным весом. Происходит утилизация водорода, уксусной и углекислой кислоты. Метанообразующие микроорганизмы существуют только в бескислородных (анаэробных) условиях. Поэтому, от созданных для их жизнедеятельности условий зависит интенсивность процесса газового выделения.

В производстве биогаза участвует симбиоз всех трех микроорганизмов.

Оптимизация биогазовой технология производства обеспечивается на этапе сбраживания. Для прохождения этой стадии достаточно обеспечить следующий технологический режим:

• правильно выбрать время для сбраживания;
• подобрать сырье с оптимальным уровнем влажности;
• поддерживать в реакторе бескислородные условия;
• соблюдать температурный режим;
• обеспечивать доступность питательной среды для микроорганизмов;
• своевременно производить загрузку и выгрузку сырья;
• соблюдать кислотно–щелочной баланс;
• выдерживать технологическое соотношение содержания азота и углерода;
• производить регулярное перемешивание;
• исключить из процесса вещества, которые могли бы подавлять либо задерживать течение происходящих процессов.

Биогазовая установка своими руками

Вполне реально получить газ из навоза в домашних условиях, используя самодельную установку.

Самый оптимальный вариант для частного дома – устройство подземного бункера из кирпича или бетона с двухсторонней обработкой гидроизоляцией и газонепроницаемыми составами. Это обеспечит требуемую герметичность. Можно закопать готовую емкость. Возможно размещение такой емкости и на поверхности или в проветриваемом помещении. В любом случае обязательное условие – выполнение наружной теплоизоляции бункера или емкости.

Разрешения органов власти

Устройство любой биогазовой установки связано с определенным риском, поскольку в процессе участвуют токсичные вещества, а на выходе получается горючая смесь. Поэтому для эксплуатации такой установки следует пройти согласование в СЭС, газовой и пожарной инспекции, разработать проектную документацию, оформить все необходимые документы, получить лицензию на использование установки.

Безопасная работа с навозом

Навоз, это одна из четырех основных причин смертей и серьезного вреда здоровью на фермах в Северной Ирландии.

Работайте с навозом без опасности для жизни

За недавние годы, несчастные случаи, связанные с навозом, унесли жизни нескольких человек в Северной Ирландии. Также имело место множество серьезных случаев, причиной которых являлись газы, выходящие из навоза во время перемешивания. Сотни животных погибли при сходных обстоятельствах. Некоторые люди утонули, после того как они надышались испарениями и упали в открытый люк навозохранилища. Не дайте этому произойти на вашей ферме!

Перед началом работ
Перед тем как вы начнете работать рядом с навозохранилищем, выберите момент, чтобы остановиться и подумать.

• Подумайте о работе, которую вы будете делать и подготовьтесь к тому, чтобы сделать эту работу безопасно.
• Подумайте о жизненно важных приготовлениях – убедитесь, что трактор и цистерна находятся в хорошем состоянии; что их шины и тормоза находятся в рабочем состоянии и, если они остановились выше навозохранилища, в том, что стенки (обваловка) навозохранилища способна выдержать их вес (это особенно важно для новой, более мощной и тяжелой техники).
• Подумайте, как проверить, что все люки закрыты и как исключить возможность падения в открытые проёмы.
  Подумайте о том, как вывести животных и молодняк наружу на время работы с навозом.
• Убедитесь в отсутствии детей на месте проведения работ.

Помните, что газы, выделяющиеся из навоза, тяжелее воздуха. Во время перемешивания их взвесь будет собираться в облако над верхним уровнем навоза – наклонившись в такое облако даже на несколько секунд, вы можете потерять сознание. Крышки (люки), закрывающие проемы, помогают спасти жизни.

Риск во время этих работ очень изменчивый и трудно предсказуемый. Возможно, до сих пор вы не замечали каких-либо проблем, но газы выделяются во время любого перемешивания. Комбинация разных условий (действий и факторов) легко может превратиться неожиданную и очень серьёзную опасность для вас и ваших животных.

Газы, выделяемые навозом

Из навоза выделяется смесь газов, состоящая из метана, углекислого газа, аммиака и сероводорода. Все они образуются благодаря деятельности бактерий во время разложения навоза. Все эти газы имеют неприятный запах. Некоторые из них ядовиты и могут воспламеняться.

Сероводород

Самым опасным является сероводород – очень ядовитый для людей и животных газ. Его большая концентрация блокирует чувство обоняния, вызывает затруднения дыхания и затем потерю ориентации. Достаточно всего лишь нескольких вдохов, чтобы наступил коллапс и последующая смерть. Этот газ быстро вытесняет воздух из легких и воздействует на нервную систему.

Выход токсичных газов

Некоторые газы могут выходить на поверхность в виде пузырей, но большинство из них остается растворенными в навозной жиже, как, например, газ в лимонаде. Как только начинается перемешивание навоза, газ быстро начинает выходить наружу.

Добавление в навоз сторонних отходов, например, остатков силоса или сточных вод может увеличить количество образующихся газов.

Количество образующихся газов изменчиво и его трудно точно предсказать, что повышает уровень опасности.

Перемешивание навоза

Высокие концентрации не дают услышать запах сероводорода. Обычно, этот газ очень быстро появляется в больших количествах после того, как в любой из частей навозохранилища начинается перемешивание.

Первые 30 минут этих работ наиболее опасны.

При продолжении перемешивания, количество выходящего газа уменьшается. Однако, каждый раз, когда вы перемещаете насос или миксер на новую рабочую точку, концентрация сероводорода повышается снова.

Оставайтесь снаружи помещения не менее 30 минут или дольше в зависимости от размеров навозохранилища.

Экспозиция и производимый эффект

Концентрация газов измеряется с помощью специального оборудования в частях на миллион частей воздуха (миллионная доля, PPM).

• 20-150 PPM – раздражение глаз и органов дыхания.
• 200 PPM – головная боль и головокружение.
• Более 500 PPM – что часто происходит на животноводческих фермах во время перемешивания навоза, вызывает тошноту, дезориентацию и коллапс. Возможен летальный исход, если человек остается в помещении и подвергается воздействию газов.
• Более 700 PPM – остановка дыхания и быстрая смерть.

Измерители концентрации газов

Портативные измерители легко доступны (в продаже) и могут, при условии их правильного обслуживания и калибровки, обеспечить дополнительные меры безопасности.

Однако, они всегда должны рассматриваться только как дополнительная мера обеспечения безопасности, и никогда как основной способ защиты.

Карманные измерители концентрации сероводорода могут быть полезны для проверки возможности войти в помещение после перемешивания навоза; чтобы убедиться в том, что газ успел развеяться.

Никогда не полагайтесь на показания прибора после начала перемешивания. Концентрация газа растет настолько быстро, что находиться в помещении может быть очень опасно. Эти приборы не дают своевременных предупреждений и не ведут подсчет времени остающегося у вас на эвакуацию.

Некоторые такие приборы требуют калибровки при каждом использовании и должны регулярно возвращаться их производителю для обслуживания и калибровки (каждые три-шесть месяцев).

Респиратор (противогаз) не поможет

Любой, кто опускается в навозохранилище должен иметь собственный дыхательный аппарат с запасом воздуха.

Такие работы являются специализированными и лучше всего доверить их компетентным исполнителям, имеющим соответствующие допуски.

Страховочное оборудование должно регулярно осматриваться и обслуживаться, а человек, работающий внутри навозохранилища должен иметь спасательный жилет (круг) и страховочный трос, контролируемый двумя другими людьми находящимися снаружи.

Первая помощь при отравлении газами

По возможности остановите работу насоса или миксера и выведите человека на свежий воздух.

Однако, при этом не подвергайте себя риску.

Если дыхание человека слабое или остановилось, искусственное дыхание может помочь

Незамедлительно вызовите скорую медицинскую помощь.

Список вопросов, требующих проверки перед началом работ:

Всегда

• Допускайте присутствие опасных газов во время перемешивания навоза
• Держите все неиспользуемые люки закрытыми во время работ

Чтобы исключить возможность несчастных случаев, следуйте следующим рекомендациям по проведению работ и обеспечению безопасности:

• Если это возможно, перемешивайте навоз в ветреные дни
• Удалите детей из зоны проведения работ с навозом
• Перед началом перемешивания навоза выведите животных из помещения
• Откройте все окна и двери
• Сначала используйте рабочие точки, расположенные снаружи помещения
• Если решетки подняты, накройте чем-нибудь ближайшие к миксеру (насосу) участки, так, чтобы исключить возможность падения чего-нибудь вниз
• Включите насос (миксер) и оставайтесь снаружи помещения так долго, как это необходимо – по меньшей мере, 30 минут или больше, в зависимости от размеров навозохранилища
• Если вам нужно войти в помещение, убедитесь в том, что другой взрослый человек знает, что вы делаете, остается снаружи и может помочь вам выйти при необходимости
• Если вам нужно войти в помещение снова для того чтобы изменить направление работы насоса или переставить его в другое место, покиньте помещение сразу же после выполнения этой операции. Не возвращайтесь назад как можно дольше – по меньшей мере, в течение 30 минут или больше, в зависимости от размеров навозохранилища

Никогда

• Не используйте респираторы (маски) с фильтрующими элементами
• Не используйте измерители концентрации газов как основной метод обеспечения безопасности работ
• Не доверяйте показаниям приборов в начале перемешивания навоза
• Не держите источник открытого пламени над навозом, поскольку там есть воспламеняющиеся газы
• Не стойте рядом с насосом или горловиной навозной цистерны во время ее наполнения

Помните
Нет ни одного безопасного навозохранилища. Газы могут убить животных или человека почти мгновенно. Исключайте возможность несчастных случаев и берегите жизни, всегда следуя правилам техники безопасности во время проведения работ с навозом.