Как получить биогаз из навоза: технология и устройство установки по производству. Самостоятельное производство биогаза

Свиной навоз считается прекрасным удобрением. Смешиваясь с почвой, он образует плодородный слой, богатый полезными микроэлементами и минералами, однако из-за резкого запаха с ним достаточно трудно работать. Поэтому на свиноводческих хозяйствах остро встает вопрос об его грамотной утилизации.

Переработка и утилизация навоза: правила и специфика

Кроме этого, применяют и другие более современные способы переработки:

• гранулирование - идеально подходит для утилизации навоза свиней, КРС и птичьего помета. Полученный материал применяется для любых видов почв, прекрасно растворяется даже в небольшом количестве воды и полностью безопасен;
• вермикомпостирование - представляет собой ту же технологию, но с использованием червей, которые перерабатывают почву и тем самым обогащают сырье;
• бактериальная - современный способ утилизации навоза КРС, заключающийся в создании специальных условий для размножения бактерий. Они помогают сохранить все полезные микроэлементы и вещества, а также удаляют неприятный запах;
• пиролиз - позволяет разложить сырье на составляющие: газ, твердые и жидкие продукты, которые используются в качестве генераторного топлива для получения электроэнергии. При правильной очистке и доработке такое топливо может использоваться в различных моторах;
• инсинерация - переработка материала в специальных установках путем сжигания с последующей очисткой произведенного газа.

Все более популярным способом утилизации свиного навоза является превращение его в биогаз. Полученные таким образом топливо и удобрения позволяют окупить затраты на работу установки и получить качественный материал для увеличения плодородности почвы. Процесс заключается в гниении и брожении сырья без доступа кислорода, в результате чего образуется газовая смесь метана и углекислого газа, которую можно использовать для отопления хозяйственных помещений. Таким образом, установка по получению биогаза выгодна в первую очередь для крупных фермерских хозяйств.

Менее популярными способами переработки являются захоронения материала в скотомогильниках и на специально оборудованных полигонах.

Эти и другие варианты уничтожения сырья регламентируются «Ветеринарно-санитарными правилами сбора, утилизации и уничтожения биологических отходов» от 4 декабря 1995 г. №13-7-2/469.

Быстрая и качественная утилизация свиного навоза от компании «ЭКОУМВЕЛЬТ»

Компания «ЭКОУМВЕЛЬТ» осуществляет вывоз навоза и его утилизацию в короткие сроки по самым доступным ценам в полном соответствии с нормативными актами. Мы предоставляем все необходимые документы, подтверждающие соответствие выполненной работы санитарным нормам.

Кроме того, мы располагаем новейшим автопарком техники, которая позволяет оперативно произвести сбор и транспортировку отходов к месту их уничтожения или переработки.

Сегодняшняя тема посвящена получению «зелёной» энергии из навоза. Начну с цитаты: «Крупные птицефабрики и животноводческие комплексы продолжают оставаться самыми вредными загрязнителями природной среды. Например, только один свиноводческий комплекс с содержанием около 100 тыс. голов производит от 600 до 1000 т (при условиях использования гидросмыва) навозных стоков в сутки, что равносильно загрязнению, которое производит город с населением 500 тыс. человек».

На снимке: Экономика наоборот. Биогазовая станция «Лучки» в Белгородской области. Себестоимость 1 кВт*ч электроэнергии 7 рублей. Чтобы переработать сельхозотходы региона, потребуется 130 таких станций. Чем больше станций, тем больше убытков.

В статьях, посвященных решению этой проблемы, чаще всего предлагается использовать навоз в качестве сырья для получения биогаза. Читаем броские заголовки:«Получение электричества из навоза», «Биогаз на сельском подворье», «Большая навозная электростанция» и т.д. Я просмотрел множество сайтов, посвященных биогазу, изучил мнение многих экспертов, и не нашел ни одной веской причины, которая могла бы убедить меня в необходимости развития этого направления альтернативной энергетики в применении к экофермерским хозяйствам.

Я не верю в перспективу биогаза, получаемого из навоза, и считаю это направление производства энергии тупиковым, вредным для предпринимательских инициатив и невыгодным для инвесторов.Понимая, что сказанное - всего лишь личное мнение, я готов к более глубокому разговору на данную тему. Дискуссия по поводу перспективы биогаза важна предпринимателям, экологам, инвесторам и тем, перед кем стоит проблема переработкинавоза (а также помета и пр. сырья).

Безусловно, идею биогаза продвигают производители дорогостоящего биогазового оборудования, которыепросто так не сдадутся. Их не волнуют убытки потребителей, потому что производить биогазовое оборудование - очень прибыльное дело.

Вот мои аргументы и факты:

1. Производство биогаза убыточно, т.е. чем больше его произвели, тем больше долгов. Покрывать это должен такой тариф, который должен быть в три раза выше рыночной стоимости электроэнергии. Окупаемость даже субсидированных проектов по биогазу составляет от 7 лет до бесконечности. Таких длинных денег на рынке просто нет. С учетом же реальность стоимости денег даже в 15% годовых, такие инвестиции не окупаются никогда.

2. Поскольку производство биогаза убыточно, оно требует прямой государственной поддержки, т.е. административного ресурса и бюджетного финансирования. То есть, в этой сфере действуют не рыночные механизмы. Это территория чиновников, где всегда присутствует коррупционная составляющая. А это означает, что правила игры для нормального, конкурентного, независимого бизнеса не приемлемы.

3. Биогаз взрывоопасен (основной компонент - метан), производство необходимо лицензировать, а это так же коррупционная составляющая . Никакой пользой нельзя оправдать риск для жизни работников.

4. Производство биогаза требует высокой квалификации работников. В условиях сельской местность это почти невыполнимое условие,а его исполнение приносит дополнительные расходы.

5. Берем справочные данные. 1 тонна навоза дает до 65 куб.м биогаза. Теплотворная способность 1 куб. м. биогаза составляет 2 кВт*ч. Прежде чем умножать эти цифры, учтем расход биогаза на поддержание технологического процесса биогазовой установки - 50 %.Итого, 1 т свиного навоза дает на 65 кВт*ч тепловой энергии.

6. После получения биогаза требуется дальнейшая дорогостоящая утилизация того, что осталось. А поскольку биогаз получают с помощью анаэробных бактерий, то оставшийся после брожения бульон, обладает сильным неприятным запахом. Снова расходы.

7. Утилизация этого бульона путем внесения в почву в качестве удобрения неоднократно приводила к массовому заражению почвы, рек и продуктов питания, поскольку этот бульон - идеальная среда для патогенных микроорганизмов.

Вывод: Производство биогаза - опасное для жизни, экономически бессмысленное и экологически неоправданное направление переработки навоза.

Но ведь навоз необходимо переработать!

1. Весь качественный навоз (в первую очередь навоз КРС, козий, овечий, кроличий) с помощью дождевых червей «Старатель» перерабатывать в биогумус. Себестоимость 1 тонны биогумуса при условии покупки навоза по 300 рублей за тонну, составитпорядка 3 тысяч. Рыночная цена - от 10 тысяч, что обеспечивает высокую рентабельность. Производство биогумуса безотходное, безопасное и не требует высококвалифицированной рабочей силы.

2. Весь некачественный помет и навоз (например, свиной навоз после гидросмыва и пр.) перерабатывать в твердое топливо, т.е. топливные брикеты.

1 тонна навоза - примерно 0.5 тонны брикетов, теплотворная способность 1 кг которых порядка 3.2 кВт*ч, т.е. тонна навоза дает 1600 кВт*ч. тепловой энергии (а не 65 кВт*ч, как от биогаза). То есть, энергии в 25 раз больше, а затрат на столько же меньше.

Топливные брикеты из навоза - отличное решение для отопления Солнечных био-вегетариевзимой, в холодные и пасмурные дни.При сжигании твердотопливных брикетов из навоза в пиролизных печах, КПД которых достигает 90 % (а с воздушным рекуператором до 95 % и более), мы получим достаточно тепловой энергии как для поддержания микроклимата в теплицах, так и для получения электричества при помощи двигателей Стирлинга, например.

Кроме того, у нас всегда будет зола - ценнейший источник микроэлементов и минералов для выращивания полезных растений.

Разговор об энергетической ценности навоза и других отходов сельхозпроизводства важен еще и с той точки зрения, что экофермерам необходимы простые, экономичные и безопасные решения в сфере «зелёной» энергетики. Например, должна быть решена задача обеспечения энергетической автономности и самодостаточности фермерского хозяйства, включая и солнечный био-вегетарий.

Поскольку мы не всегда можем использовать энергию солнца или ветра, необходимо иметь достаточные запасы резервных источников энергии. И в этом отношении топливные брикеты, производимые в том числе из навоза, могут оказаться хорошим решением. Накапливать «зелёную» энергию в топливных брикетах гораздо проще, чем биогаз в газгольдерах.

Будет интересно, если в дискуссию включатся владельцы биогазовых установок и расскажут о своем опыте.

В последние несколько лет в нашей стране наблюдается резкий рост строительства и реконструкции животноводческих и птицеводческих комплексов. Практически все предприятия, построенные после 2000 года, стараются применять только новейшие технологии и современное оборудование для содержания животных. Но с переработкой навоза дело обстоит иначе.

Специалисты утверждают, что проблема отсутствия современных очистных сооружений на фермах стоит очень остро. Профессор кафедры электрификации и автоматизации МСХА им. Тимирязева Георгий Дектерев даже называет ее одной из вечных проблем отрасли. За последние несколько лет ситуация с внедрением современных технологий не сдвинулась с места, сетует он. На рынке появились новые материалы (например, лагуны из пленки с полной гидроизоляцией вместо ненадежных бетонных сооружений), но из-за дороговизны переоборудования предприятия их практически не используют.

Подобным образом оценивает ситуацию и директор института «Белагротех» (Белгород) Владимир Скороходов: «В настоящее время на территории России практически не существует ферм, на которых для переработки отходов используются очистные сооружения. В большинстве случаев применяются так называемые лагуны – котлованы, куда сбрасывается сырье. После заполнения лагуны ее содержимое выносится на поля без какой-либо переработки». Для сравнения эксперт приводит опыт Европы, где уже около 10 лет действует закон, запрещающий выбрасывать на поля непереработанные органические отходы. Также на западе из-за опасности проникновения сырья в грунт запрещено заглубленное хранение отходов, которое в России применяется повсеместно.
Инженер проектов компании «Биокомплекс» (Москва, переработка и утилизация отходов) Сергей Перегудов считает, что основной причиной низкой оснащенности российских сельскохозяйственных и животноводческих предприятий современным оборудованием для переработки и утилизации отходов является их относительная «юность» и затяжной кризис, который сильно сократил деловую активность сельского хозяйства России. Скороходов же связывает возникновение такой сложной ситуации с небрежностью аграриев по отношению к земле и устаревшим законодательством.

В настоящее время в России действуют Нормы Технологического Проектирования (НТП 17-99). По словам экспертов, в большинстве случаев аграрии их соблюдают, однако сами нормы уже давно устарели. Существующие правила не предполагают использования новых технологий, поэтому при проектировании приходится пользоваться европейскими и американскими стандартами. Профессор Дектерев замечает, что современных очистных сооружений нет даже в Московской области, где за соблюдением экологических норм следят гораздо более внимательно.

Гидросмывом или скрепером?

Первое звено в цепи очистных сооружений – системы, отвечающие за удаление навоза из животноводческих помещений. По словам Перегудова, они делятся на два основных вида. Первый – механические системы. Как правило, они применяются на предприятиях по разведению крупного рогатого скота при беспривязном, стойловом и стойлово-пастбищном содержании животных, в родильных отделениях, телятниках, в домиках для телят и на открытых откормочных площадках. Также механические системы распространены на небольших свиноводческих предприятиях мощностью до 24 тыс. голов в год и свинокомплексах, использующих технологию холодного содержания животных в легких ангарах.

Механический способ удаления и транспортирования навоза осуществляется с помощью скребковых транспортеров. Во дворах с привязным содержанием, как правило, используются устаревшие устройства типа ТСН-160 российского производства, а в новых и реконструированных комплексах применяются современные скреперные системы таких производителей, как «Фармтек», «Трансфер-Агро», «Дейри-Тек», DeLaval, WestfaliaSurge и др. К механическим способам удаления навоза еще относится использование бульдозеров разных типов.

Также Перегудов выделяет гидравлические системы навозоудаления. Они, в свою очередь, делятся на два основных типа: самосплавные и гидросмывные. Самосплавные (самотечные) системы бывают периодического или непрерывного действия. Система периодического действия (вакуумная система) представляет собой цепь сообщающихся ванн с пробками. Она применяется при строительстве и реконструкции современных свинокомплексов при бесподстилочном содержании животных. Самосплавную систему навозоудаления непрерывного действия, как правило, применяют при бесподстилочном содержании животных или при использовании неглубокой подстилки в помещениях для КРС. По этой технологии смыв трубы или канала осуществляется жидкой фракцией навоза.

Гидросмывный способ навозо-удаления был особенно распространен в 1980-е годы при строительстве свиноводческих предприятий на 54 и более тысяч свиней в год. Сейчас технология считается устаревшей: затраты воды при этом методе увеличиваются в десять раз по сравнению с самосплавными системами, что крайне не экономично. Поэтому гидросмыв запрещено использовать при новом строительстве, за исключением особых случаев, согласованных с органами государственного экологического контроля, ветеринарного и санитарного надзора. Однако коммерческий директор Bauer Technics Group Андрей Ященко утверждает, что и по сей день на свиноводческих фермах чаще всего применяют систему гидросмыва.

По словам Перегудова, комплексы КРС, построенные по технологии холодного содержания, тоже оснащают механическими или гидравлическими системами навозоудаления. Отличительная особенность у таких помещений одна: при их проектировании делается поправка на глубину канала, который должен пролегать ниже уровня промерзания грунта, поясняет специалист. Ященко добавляет, что в зимние периоды, когда температура опускается ниже –15оC, уборку навоза осуществляют мини-тракторами, при этом на период сильных морозов временно убирают скреперы.

Именно так с органическими отходами справляются в СПК «Подовинное» (Челябинская область, КРС). В хозяйстве используется технология холодного содержания животных. Когда температура в коровниках опускается до –6оC, применение скреперных установок становится невозможным, и удаление навоза производится раз в день тракторной лопатой (в хозяйстве в основном используются трактора ТЗ-80 белорусского производства).
В качестве подстилки для скота применяется солома, которая удаляется вместе с навозом (тем самым обеспечивается более эффективное гниение сырья). Далее следует погрузка на телеги и выгрузка на специальные бетонированные площадки, где навоз оставляют на год и только после этого вносят на поля. По словам директора предприятия Сергея Мельникова, на Урале распространены нетрадиционные технологии удаления навоза. Ведь в сорокоградусные морозы применение «классических» методов возможно только в отапливаемых помещениях.

Переработка сырья

После удаления стоков с территории животноводческих помещений наступает процесс их переработки и утилизации. Этот процесс полностью контролируется нормами технического проектирования. Перегудов поясняет, что основными требованиями НТП 17-99 при проектировании, строительстве и реконструкции очистных сооружений для промышленных животноводческих комплексов являются: разделение стоков навоза на фракции; карантинирование всех видов навоза в течение 7 дней; компостирование твердой фракции и подстилочного навоза активным (7-8 дней) или пассивным (2 месяца в теплое время года и до 3 месяцев в холодное) способом для обеззараживания и дегельминтизации; обеззараживание жидкой фракции навоза в секционных прудах-накопителях от 4 до 8 месяцев в зависимости от вида животных; использование всех видов навоза и его фракций в качестве органических удобрений на полях.

Так как затраты на эксплуатацию систем по переработке и вносу навоза на поля напрямую влияют на рентабельность и себестоимость продукции животноводства, на предприятии необходимо использовать энергосберегающие и низкозатратные технологии утилизации и переработки навоза в органические удобрения, советует Перегудов.

Александр Закревский, главный инженер НПО «Агротехкомплект» (Санкт-Петербург; проектирование и строительство животноводческих комплексов), среди современных технологий переработки сырья ориентируется на европейскую технологию, представленную в концепции компании Wopereis (Нидерланды). «Эта технология широко применяется на молочных фермах в Европе, – рассказывает он. – Дойные коровы, находящиеся на силосном кормлении, производят жидкий навоз, который достаточно легко поддается перекачиванию центробежными насосами. То, что остается на полу, удаляется скребками (скреперами) и сбрасывается в поперечный навозный канал глубиной 1,7 метра. Когда он наполняется, навоз перемещают в навозохранилище».
По словам Закревского, удаление навоза из навозосборного канала происходит следующим образом.
В канале устанавливают электрический погружной миксер и центробежный насос. Миксер обеспечивает качественное перемешивание навоза в однородную массу, а центробежный насос, который опускают на дно канала, передает сырье в герметичный пластиковый трубопровод, устойчивый к промерзанию и протеканиям. Под землей этот трубопровод входит в навозохранилище.

Но перед внесением удобрения на поля его нужно повторно перемешать, напоминает Закревский. Для этого существуют стационарные миксеры лопастного типа, работающие от привода вала трактора. В лагуне объемом 6 тыс. куб. м (максимальный объем, который возможно создать из одного куска пленки) перемешивание занимает 12 часов. После этого для распределения навоза по полю используют самоотсасывающие вакуумные бочки объемом около 11-15 куб. м. Позади такой бочки установлен инжектор (культиватор), помогающий внести навоз подпочвенно, сохранив содержащийся там азот. Инжекторы обладают шириной захвата около 6 м и равномерно распределяют навоз по полю. Вакуумные насосы, которые установлены на бочке, имеют два режима вращения: они способны как всасывать, так и выталкивать навоз из бочки. Насосы создают внутри бочки избыточное давление, и навоз быстрее вытекает на поле. Так экономится время на подпочвенном внесении, вся бочка опорожняется за 3-4 минуты. Весной и осенью, когда проходят такие работы, навозохранилища полностью опустошаются и заполняются вновь.

Рассчитать примерную стоимость такого комплекса оборудования непросто, так как все проекты уникальны, говорит Закревский, но добавляет, что одна лагуна в комплекте с миксером, насосом и трубопроводом может стоить около €100 тыс. Также необходимо понимать, что для установки такого комплекта оборудования нужна полная реконструкция зданий и изменение концепции самой фермы, напоминает специалист. Основным достоинством этой технологии, по его словам, является то, что при ее использовании отпадает необходимость приобретения азотных удобрений. Ценнейшее удобрение – азот – вносится в почву вместе с жидким навозом. Закревский утверждает, что благодаря отказу от покупки азотных удобрений в хозяйстве на 800 голов КРС данная технология окупится менее чем через 1,5 года.

По мнению Перегудова, наиболее современной и экономичной системой по утилизации и переработке навоза является технология разделения (сепарирования) стоков с последующей переработкой отделенной твердой фракции в высококачественные удобрения, подстилку для КРС или топливо для пиролизных теплогенераторов.
Перегудов утверждает, что согласно нормам разделение животноводческих стоков шнековым пресс-сепаратором позволяет снизить объем отстойников в 2,5 раза. Этот эффект достигается за счет сокращения времени выдерживания жидкой фракции в два раза. «Более того, разделение упрощает технологию внесения жидкой фракции навоза в качестве удобрений в поля, снижает сроки хранения и минимизирует вредное влияние на окружающую среду, – замечает он. – А отделенная сепаратором твердая фракция навоза – относительно сухая и рассыпчатая масса без запаха, что является практически идеальным материалом при использовании ее в качестве подстилки для КРС или удобрения».

Как и Закревский, Перегудов рекомендует применять пленочные материалы при строительстве лагун для жидкой фракции. По его подсчетам, это позволяет снизить затраты на сооружение помещений в 15 раз по сравнению с бетонными конструкциями. «Вся система в комплексе доступна даже для малых хозяйств, – говорит специалист. – Например, ее цена для фермы КРС на 0,4-1,2 тыс. голов или свинокомплекса на 8-16 тыс. голов составит около 11-15 млн руб. В эту стоимость войдет оборудование цеха разделения с системой насосных станций, затраты на строительство (до 6 млн руб.), а также пленочные навозонакопители (лагуны) с установленным оборудованием для перемешивания и откачки навоза (до 5-9 млн руб.)».

Печальная статистика ?

Можно сказать, что все хозяйства в той или иной степени занимаются утилизацией навоза. Но только одни применяют современное оборудование и технику, чтобы использовать навоз в качестве удобрения согласно агрономическим нормам, а другие осуществляют бесконтрольный вывоз на поля в обход всяких правил. Причем последних предприятий большинство. По словам экспертов, отдельной статистики по оснащенности ферм современными очистными сооружениями не ведется, но доля этих предприятий крайне мала.

Перегудов, описывая общую ситуацию в отрасли, замечает, что переработкой навоза и других отходов животноводства занимаются в основном современные крупные агрохолдинги, имеющие в активе собственные зерновые компании. В пример специалист приводит такие предприятия, как «Талина» (Саранск; мясопереработка, свиноводство, производство кормов), «Белгородский бекон» (Белгород; свиноводство), «Орелсельпром» (Орел; свиноводство), «Мираторг» (Москва; агропромышленный холдинг). «Эти предприятия, согласно нормам, осуществляют не только утилизацию навоза с животноводческих предприятий, но и его переработку, используя при этом современное оборудование. А получаемое органическое удобрение они применяют на своих полях», – говорит инженер.

Также, по словам Перегудова, некоторые фермы КРС молочного направления перерабатывают стоки навоза сепараторами и биореакторами в подстилку для коров.
К сожалению, таких хозяйств единицы, сетует специалист, хотя данная технология уже более 10 лет эффективно используется фермерами в Европе.

В то же время Скороходов из института «Белагротех» замечает, что на настоящий момент в России не существует рынка органических удобрений, а стало быть, у небольших хозяйств могут возникнуть серьезные проблемы с реализацией такого товара.

Как считают специалисты агропромышленного комплекса, корма домашними животными перевариваются и осваиваются только на 35–40 %. Остальная часть этой дорогой растительной массы переходит в навоз.

Существует несколько способов переработки навоза:

• компостирование навоза;
• микробиологический способ;
• переработка с использованием личинок мух и червей.
• разделение жидкого и твердого навоза.

При компостировании используют твердый навоз (при подстилочном содержании скота), жидкий навоз или твердую фракцию разделенного жидкого навоза (при бесподстилочном содержании скота). При компостировании в навоз добавляют различные добавки типа торфа или резаной соломы, перемешивают все это бульдозерами на специальных площадках и складывают в бурты. В процессе компостирования происходит образование перегноя, а повышение температуры бурта приводит к уничтожению в навозе яиц гельминтов и семян сорняков. После этого компосты можно использовать в качестве удобрения для растений.