Biogāzes iekārta privātmājai: ieteikumi paštaisītas iekārtas izveidei

Apdomīgs saimnieks sapņo par lētiem energoresursiem, efektīvu atkritumu pārstrādi un mēslojuma ieguvi. Pašu rokām izgatavota mājas biogāzes iekārta ir lēts veids, kā šo sapni īstenot realitātē.

Šādas iekārtas pašmontāža izmaksās saprātīgu naudas summu, bet saražotā gāze kļūs par labu palīgu saimniecībā: to var izmantot ēdiena gatavošanai, mājas apkurei un citām vajadzībām.

Mēģināsim izprast šīs iekārtas darbības specifiku, tās priekšrocības un trūkumus. Kā arī to, vai ir iespējams patstāvīgi uzbūvēt biogāzes iekārtu un vai tā būs efektīva.

Biogāzes iegūšanas specifika

Biogāze veidojas bioloģiskā substrāta rūgšanas rezultātā. To sadala hidrolīzes, skābju un metānu veidojošās baktērijas. Baktēriju radītais gāzu maisījums ir degošs, jo satur lielu metāna procentuālo daudzumu.

Pēc savām īpašībām tā gandrīz neatšķiras no dabasgāzes, ko izmanto rūpnieciskām un sadzīves vajadzībām.

Ja vēlas, katrs mājas īpašnieks var iegādāties rūpnieciski ražotu biogāzes iekārtu, taču tā ir dārga, un ieguldījumi atmaksājas 7–10 gadu laikā. Tādēļ ir jēga pielikt pūles un izveidot bioreaktoru pašu rokām.

Biogāze ir videi draudzīga degviela, un tās ieguves tehnoloģija īpaši neietekmē apkārtējo vidi. Turklāt kā izejvielu biogāzei izmanto organiskos atkritumus, kuri ir jāutilizē.

Tos ievieto bioreaktorā, kur notiek pārstrāde:

• Noteiktu laiku biomasa tiek pakļauta baktēriju iedarbībai. Rūgšanas ilgums ir atkarīgs no izejvielas apjoma;
• Anaerobo baktēriju darbības rezultātā izdalās degošs gāzu maisījums, kura sastāvā ir metāns (60%), oglekļa dioksīds (35%) un dažas citas gāzes (5%). Rūgšanas laikā nelielos daudzumos izdalās arī potenciāli bīstams sērūdeņradis. Tas ir indīgs, tāpēc ir ļoti nevēlami, lai cilvēki tiktu pakļauti tā iedarbībai;
• Gāzu maisījums no bioreaktora tiek attīrīts un nonāk gāztvertnē, kur to uzglabā līdz paredzētajai izmantošanai;
• Gāzi no gāztvertnes var izmantot tāpat kā dabasgāzi. Tā nonāk sadzīves ierīcēs – gāzes plītīs, apkures katlos u. tml.;
• Fermentatorā sadalījusies biomasa regulāri jāizņem. Tas prasa papildu darbu, taču pūles atmaksājas. Pēc rūgšanas izejviela pārtop augstas kvalitātes mēslošanas līdzeklī, ko izmanto laukos un dārzos.

Biogāzes iekārta ir izdevīga privātmājas īpašniekam tikai tad, ja viņam ir pastāvīga pieeja dzīvnieku fermu atkritumiem. Vidēji no 1 m³ substrāta var iegūt 70–80 m³ biogāzes, taču gāzes ieguve noris nevienmērīgi un ir atkarīga no daudziem faktoriem, tostarp biomasas temperatūras. Tas apgrūtina aprēķinus.

Biogāzes iekārtas ir lieliski piemērotas saimniecībām. Dzīvnieku organiskie atkritumi spēj nodrošināt pietiekami daudz gāzes pilnvērtīgai dzīvojamo telpu un saimniecības ēku apsildei.

Lai gāzes ieguves process būtu stabils un nepārtraukts, vislabāk ir būvēt vairākas biogāzes iekārtas un substrātu fermentatoros ievietot ar laika nobīdi. Šādas iekārtas darbojas paralēli, un izejvielas tajās tiek iekrautas secīgi.

Tas garantē pastāvīgu gāzes ražošanu, pateicoties kam var panākt tās nepārtrauktu nonākšanu pie sadzīves ierīcēm.

Ideālā gadījumā bioreaktoram jābūt apsildāmam. Katri 10 grādi siltuma dubulto gāzes ražošanu. Lai gan apsildes iekārtošana prasa ieguldījumus, tas atmaksājas ar lielāku konstrukcijas efektivitāti.

Pašdarināta biogāzes iekārta, kas samontēta no pieejamiem materiāliem, ir ievērojami lētāka nekā rūpnieciski ražotas iekārtas. Tās efektivitāte ir zemāka, taču pilnībā atbilst ieguldītajiem līdzekļiem. Ja ir pieejami kūtsmēsli un vēlme pielikt savas pūles, lai saliktu un apkalpotu konstrukciju, tas ir ļoti izdevīgi.

Sistēmas priekšrocības un trūkumi

Biogāzes iekārtām ir daudz priekšrocību, taču arī trūkumu netrūkst, tāpēc pirms projektēšanas un būvniecības uzsākšanas vajadzētu visu izsvērt:

• Atkritumu utilizācija. Pateicoties biogāzes iekārtai, no atkritumiem, no kuriem tik un tā nāktos atbrīvoties, var iegūt maksimālu labumu. Šī utilizācija ir mazāk bīstama videi nekā atkritumu aprakšana.
• Izejvielu atjaunojamība. Biomasa nav ne ogles, ne dabasgāze, kuru ieguve izsmeļ resursu krājumus. Veicot lauksaimniecību, izejvielas parādās pastāvīgi.
• Samērā neliels CO₂ daudzums. Iegūstot gāzi, vide netiek piesārņota, bet, to izmantojot, atmosfērā izdalās neliels daudzums oglekļa dioksīda. Tas nav bīstams un nespēj kritiski izmainīt ekoloģiju, jo augi to absorbē augšanas procesā.
• Mērena sēra izdalīšanās. Sadegot biogāzei, atmosfērā nonāk neliels daudzums sēra. Tā ir negatīva parādība, taču tās mērogs ir salīdzināms: sadedzinot dabasgāzi, vides piesārņojums ar sēra oksīdiem ir daudz lielāks.
• Stabila darbība. Biogāzes ražošana ir stabilāka nekā saules bateriju vai vēja ģeneratoru darbība. Ja saules un vēja enerģiju nevar kontrolēt, tad biogāzes iekārtas ir atkarīgas no cilvēka darbības.
• Var izmantot vairākas iekārtas. Gāze vienmēr ir risks. Lai samazinātu iespējamo kaitējumu avārijas gadījumā, pa teritoriju var izvietot vairākas biogāzes iekārtas. Ja pareizi projektē un saliek sistēmu no vairākiem fermentatoriem, tā darbosies stabilāk nekā viens liels bioreaktors.
• Ieguvumi lauksaimniecībai. Lai iegūtu biomasu, tiek stādīti noteikti augu veidi. Var izvēlēties tādus, kas uzlabo augsnes stāvokli. Piemēram, sorgo samazina augsnes eroziju, uzlabo tās kvalitāti.

Biogāzei ir arī trūkumi. Lai gan tā ir samērā tīra degviela, tā tomēr piesārņo atmosfēru. Var rasties arī problēmas ar augu biomasas piegādēm.

Bezatbildīgi iekārtu īpašnieki nereti to sagatavo tā, ka noplicina zemi un izjauc ekoloģisko līdzsvaru.

Iekārtas rentabilitātes aprēķins

Kā izejvielu biogāzes ražošanai parasti izmanto govju mēslus. Viena pieaugusi govs var dot tik daudz, lai nodrošinātu 1.5 m³ degvielas; cūka – 0.2 m³; vista vai trusis (atkarībā no ķermeņa masas) – 0.01-0.02 m³. Lai saprastu, vai tas ir daudz vai maz, var salīdzināt ar ierastākiem resursu veidiem.

1 m³ biogāzes nodrošina tādu pašu siltumenerģijas daudzumu kā:

• malka – 3.5 kg;
• ogles – 1-2 kg;
• elektrība – 9-10 kWh.

Ja zina aptuveno lauksaimniecības atkritumu svaru, kas būs pieejami tuvāko gadu laikā, un nepieciešamo enerģijas daudzumu, var aprēķināt biogāzes iekārtas rentabilitāti.

Viens no galvenajiem biogāzes iegūšanas trūkumiem – smaka. Iespēja izmantot nelielas komposta kaudzes ir liels pluss, bet būs jāpacieš neērtības un rūpīgi jākontrolē process, lai neizraisītu slimību izraisītāju mikroorganismu izplatīšanos.

Lai ievietotu bioreaktorā, sagatavo substrātu, kurā ietilpst vairākas sastāvdaļas šādās proporcijās:

• mēsli (vislabāk govju vai cūku) – 1.5 t;
• organiskie atkritumi (tie var būt sapuvušas lapas vai citi augu izcelsmes komponenti) – 3.5 t;
• līdz 35 grādiem uzsildīts ūdens (siltā ūdens daudzumu aprēķina tā, lai tā masa būtu 65-75% no kopējā organikas daudzuma).

Substrāta aprēķins veikts vienai iekraušanai uz pusgadu, ņemot vērā mērenu gāzes patēriņu. Apmēram pēc 10–15 dienām fermentācijas process sāks dot pirmos rezultātus: gāze parādīsies nelielos daudzumos un sāks pildīt uzglabāšanas tvertni. Pēc 30 dienām var sagaidīt pilnvērtīgu degvielas ražošanu.

Biogāzes ražošanas iekārtas vēl nav īpaši izplatītas mūsu valstī. Lielā mērā tas saistīts ar cilvēku sliktu informētību par biogāzes sistēmu priekšrocībām un darbības īpatnībām. Ķīnā un Indijā daudzās nelielās lauku saimniecībās ir uzstādītas pašdarinātas iekārtas, lai iegūtu papildu tīru degvielu.

Ja iekārta darbojas pareizi, biogāzes apjoms pakāpeniski palielināsies, līdz substrāts pūst. Konstrukcijas produktivitāte tieši atkarīga no biomasas fermentācijas ātruma, kas savukārt ir saistīts ar substrāta temperatūru un mitrumu.

Instrukcija patstāvīgai būvniecībai

Ja nav pieredzes sarežģītu sistēmu montāžā, ir jēga izvēlēties tīklā vai izstrādāt visvienkāršāko biogāzes iekārtas rasējumu privātmājai.

Jo vienkāršāka konstrukcija, jo tā ir uzticamāka un izturīgāka. Vēlāk, kad radīsies prasmes būvniecībā un sistēmas apkalpošanā, varēs pārveidot iekārtu vai uzstādīt papildu ierīci.

Dārgās rūpnieciski ražotās konstrukcijās ir paredzētas biomasas maisīšanas, automātiskās apsildes, gāzes attīrīšanas u.c. sistēmas. Sadzīves iekārta nav tik sarežģīta. Labāk samontēt vienkāršu iekārtu un pēc tam pievienot elementus, kas kļūs nepieciešami.

Aprēķinot fermentora tilpumu, jāorientējas uz 5 m³. Šāda iekārta ļauj iegūt gāzes daudzumu, kas nepieciešams privātmājas ar platību 50 m² apsildei, ja kā siltuma avots tiek izmantots gāzes katls vai krāsns.

Tas ir vidējais rādītājs, jo biogāzes siltumspēja parasti nepārsniedz 6000 kcal/m³.

Lai fermentācijas process noritētu vairāk vai mazāk stabili, jānodrošina pareizs temperatūras režīms. Tādēļ bioreaktoru uzstāda zemes bedrē vai arī iepriekš paredz uzticamu siltumizolāciju. Pastāvīgu substrāta apsildi var nodrošināt, ja zem fermentatora pamatnes novada ūdens apsildes cauruli.

Biogāzes iekārtas būvniecību var iedalīt vairākos posmos.

1. posms – bedres sagatavošana bioreaktoram

Praktiski visa biogāzes iekārta atrodas zem zemes, tāpēc daudz kas ir atkarīgs no tā, kā bedre ir izrakta un apstrādāta. Ir vairāki varianti sienu nostiprināšanai un bedres hermētizēšanai – plastmasa, betons, polimēru gredzeni.

Optimālais risinājums – gatavu polimēra gredzenu ar cietu dibenu iegāde. Tie izmaksās dārgāk nekā pašdarināti materiāli, bet papildu blīvēšana nebūs nepieciešama. Polimēri ir jutīgi pret mehāniskām slodzēm, bet nebaidās no mitruma un ķīmiski agresīvām vielām. Tos nevar remontēt, bet nepieciešamības gadījumā tos būs viegli nomainīt.

No bioreaktora sienu un dibena sagatavošanas ir atkarīga substrāta fermentācijas intensitāte un gāzes izlaide, tāpēc bedri rūpīgi nostiprina, siltina un blīvē. Tas ir vissarežģītākais un darbietilpīgākais darba posms.

2. posms – gāzes drenāžas iekārtošana

Īpašu maisītāju iegāde un uzstādīšana biogāzes iekārtām ir dārgs prieks. Sistēmu var lētāk izveidot, ierīkojot gāzes drenāžu. Tā ir vertikāli uzstādītas polimēra kanalizācijas caurules, kurās ir izveidoti daudzi caurumi.

Aprēķinot drenāžas cauruļu garumu, jāvadās no plānotā bioreaktora pildījuma dziļuma. Cauruļu augšējām daļām jābūt augstāk par šo līmeni.

Gāzes drenāžai var izvēlēties metāla vai polimēra caurules. Pirmās ir izturīgākas, bet otrās ir izturīgākas pret ķīmisko iedarbību. Labāk dot priekšroku polimēriem, jo metāls ātri sarūsēs un sapūs.

Gatavajā bioreaktorā var uzreiz ievietot substrātu. To pārklāj ar plēvi, lai fermentācijas procesā izdalītā gāze būtu zem neliela spiediena. Kad kupols būs gatavs, tas nodrošinās normālu biometāna padevi pa novadcauruli.

3. posms – kupola un cauruļu montāža

Vienkāršākās biogāzes iekārtas salikšanas pēdējais posms ir kupola augšējās daļas montāža. Kupola augstākajā punktā uzstāda gāzes novadcauruli un izvelk to līdz gāzes tvertnei, bez kuras neiztikt.

Bioreaktora tilpumu noslēdz ar ciešu vāku. Lai novērstu biometāna sajaukšanos ar gaisu, ierīko hidraulisko slēgu. Tas kalpo arī gāzes attīrīšanai. Jāparedz izlaišanas vārsts, kas nostrādās, ja spiediens fermentatorā būs pārāk augsts.

Sīkāk par to, kā pagatavot biogāzi no kūtsmēsliem, lasiet šajā materiālā.

Bioreaktora brīvā telpa zināmā mērā pilda gāzes uzglabāšanas funkcijas, taču ar to nepietiek iekārtas drošai darbībai. Gāze jāpatērē nepārtraukti, pretējā gadījumā iespējams sprādziens no pārmērīga spiediena zem kupola.

Bioreaktora sildīšanas veidi

Mikroorganismi, kas pārstrādā substrātu, pastāvīgi atrodas biomasā, taču to intensīvai vairošanai nepieciešama temperatūra 38 grādi un vairāk.

Aukstajā periodā apkurei var izmantot sildīšanas spirāli, kas pievienota mājas apkures sistēmai, vai elektriskos sildītājus. Pirmais veids ir ekonomiski izdevīgāks, tāpēc to izmanto biežāk.

Biogāzes iekārtu nav obligāti jāierok zemē, ir arī citi iekārtošanas varianti. Tālāk esošajā video ir parādīts piemērs sistēmas darbībai, kas samontēta no mucām.

Vienkāršāk ir iekārtot apkuri no apakšas, izliekot cauruli no apkures sistēmas, taču šāda siltummaiņa darbības efektivitāte ir samērā zema. Labāk ir iekārtot ārējo apsildi, ideālā gadījumā – ar tvaiku, lai biomasa nepārkarstu.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Lai gan biogāzes iekārtu salikšanā un iekārtošanā nav nekā sarežģīta, detaļām jāpievērš ārkārtīga uzmanība. Kļūdas nav pieļaujamas, jo tās var izraisīt sprādzienus un postījumus. Piedāvājam video instrukcijas, kas palīdzēs izprast iekārtu uzbūvi, pareizi tās salikt un papildināt ar noderīgām ierīcēm ērtākai biogāzes izmantošanai.

Videoklipā ir stāstīts, kā ir iekārtota un darbojas standarta biogāzes iekārta:

Paštaisītas biogāzes iekārtas piemērs. Video pamācība sistēmas iekārtošanai paša spēkiem:

Video instrukcija biogāzes iekārtas salikšanai no mucas:

Substrāta maisītāju izgatavošanas procesa apraksts:

Detalizēts paštaisītas gāzes uzglabāšanas tvertnes darbības apraksts:

Lai cik vienkārša būtu privātmājai izvēlētā biogāzes iekārta, uz to nav vērts taupīt. Ja ir iespēja, labāk iegādāties rūpnieciski ražotu izjaucamu bioreaktoru.

Ja nav – izgatavot no kvalitatīviem un izturīgiem materiāliem: polimēriem, betona vai nerūsējošā tērauda. Tas ļaus izveidot patiesi uzticamu un drošu mājas gāzes apgādes sistēmu.

Radušies jautājumi par raksta tēmu, atrastas nepilnības vai ir vērtīga informācija, ar kuru Jūs varat dalīties ar mūsu lasītājiem? Lūdzu, atstājiet savus komentārus, uzdodiet jautājumus, dalieties pieredzē.