Produzione di biogas indipendente

L'aumento dei prezzi dell'energia ci fa pensare alla possibilità di fornirci autonomamente. Un'opzione è un impianto di biogas. Con il suo aiuto, il biogas si ottiene da letame, escrementi e residui vegetali, che dopo la pulizia possono essere utilizzati per apparecchi a gas (stufe, caldaie), pompati in bombole e utilizzati come carburante per automobili o generatori elettrici. In generale, la trasformazione del letame in biogas può fornire tutto il fabbisogno energetico di una casa o di un'azienda agricola.

Costruzione di un impianto di biogas - un modo di autosufficienza con le risorse energetiche

Principi generali

Il biogas è un prodotto che si ottiene dalla decomposizione di materia organica. Nel processo di decadimento / fermentazione vengono rilasciati gas che possono essere raccolti per soddisfare le esigenze della propria azienda agricola. Chiamo le apparecchiature in cui avviene questo processo "impianto biogas".

In alcuni casi, l'uscita del gas è eccessiva, quindi viene immagazzinata in contenitori di gas - per l'uso durante il periodo della sua quantità insufficiente. Con un'organizzazione competente del processo, potrebbe esserci troppo gas, quindi il suo surplus può essere venduto. Un'altra fonte di reddito sono gli avanzi fermentati. Questo è un fertilizzante altamente efficace e sicuro: durante il processo di fermentazione, la maggior parte dei microrganismi muore, i semi delle piante perdono la loro capacità germinativa, le uova dei parassiti diventano non vitali. La rimozione di tali fertilizzanti nei campi ha un effetto positivo sulla resa.

Condizioni per la produzione di gas

Il processo di formazione del biogas avviene a causa dell'attività vitale di vari tipi di batteri contenuti nei rifiuti stessi. Ma affinché possano "lavorare" attivamente è necessario che creino determinate condizioni: umidità e temperatura. Per realizzarli è in fase di realizzazione un impianto di biogas. Questo è un complesso di dispositivi, la cui base è un bioreattore, in cui avviene la decomposizione dei rifiuti, che è accompagnata dalla formazione di gas.

Organizzazione di un ciclo di trasformazione del letame e dei rifiuti vegetali in biogas

Esistono tre modalità di trasformazione del letame in biogas:

• Regime psicofilo. La temperatura nell'impianto biogas va da + 5 ° C a + 20 ° C. In tali condizioni, il processo di decomposizione è lento, si forma molto gas e la sua qualità è bassa.
• Mesofila. L'unità entra in questa modalità a temperature da + 30 ° C a + 40 ° C. In questo caso proliferano i batteri mesofili. In questo caso, viene generato più gas, il processo di elaborazione richiede meno tempo, da 10 a 20 giorni.
• Termofilo. Questi batteri si moltiplicano a temperature da + 50 ° C. Il processo è il più veloce (3-5 giorni), la resa di gas è la più grande (in condizioni ideali, si possono ottenere fino a 4,5 litri di gas da 1 kg di consegna). La maggior parte delle tabelle di riferimento per il recupero del gas dalla lavorazione sono fornite specificamente per questa modalità, quindi quando si utilizzano altre modalità, vale la pena effettuare una regolazione verso il basso.

La cosa più difficile negli impianti di biogas è il regime termofilo. Ciò richiede un isolamento termico di alta qualità dell'impianto biogas, riscaldamento e un sistema di controllo della temperatura. Ma all'uscita otteniamo la quantità massima di biogas. Un'altra caratteristica dell'elaborazione termofila è l'impossibilità di un caricamento aggiuntivo. Le altre due modalità - psicofila e mesofila - consentono di aggiungere giornalmente una porzione fresca di materie prime preparate.Ma, nella modalità termofila, il breve tempo di lavorazione consente di suddividere il bioreattore in zone in cui verrà elaborata la propria quota di materie prime con tempi di caricamento differenti.

Schema impianto biogas

La base di un impianto di biogas è un bioreattore o un bunker. Il processo di fermentazione avviene in esso e il gas risultante si accumula al suo interno. E 'inoltre presente una tramoggia di carico e scarico, il gas prodotto viene scaricato tramite un tubo inserito nella parte superiore. Segue il sistema di trattamento del gas: pulirlo e aumentare la pressione nel gasdotto fino a quella funzionante.

Schema di un impianto per la trasformazione del letame in biogas

Per le modalità mesofila e termofila, è necessario anche un sistema di riscaldamento bioreattore per raggiungere le modalità richieste. Per questo, vengono solitamente utilizzate caldaie a gas che utilizzano il combustibile prodotto. Da lì, il sistema di condutture va al bioreattore. Di solito si tratta di tubi in polimero, in quanto sono più adatti per essere in un ambiente aggressivo.

Un impianto di biogas necessita anche di un sistema per miscelare la sostanza. Durante la fermentazione, si forma una crosta dura nella parte superiore, le particelle pesanti si depositano. Tutto questo insieme peggiora il processo di gassificazione. Per mantenere uno stato omogeneo della massa lavorata, sono necessari agitatori. Possono essere meccanici o anche manuali. Possono essere avviati tramite timer o manualmente. Tutto dipende da come viene realizzato l'impianto di biogas. Un sistema automatizzato è più costoso da installare, ma richiede un minimo di attenzione durante il funzionamento.

Il più semplice impianto di biogas da un barile di plastica

Un impianto biogas per tipo di ubicazione può essere:

• Fuori terra.
• Semi-incasso.
• Incasso.

Quelle sepolte sono più costose da installare: è necessaria una grande quantità di lavoro sul terreno. Ma se usati nelle nostre condizioni, sono migliori: è più facile organizzare l'isolamento, meno costi di riscaldamento.

Cosa può essere riciclato

L'impianto di biogas è essenzialmente onnivoro: qualsiasi materia organica può essere trattata. Qualsiasi letame e urina, i residui vegetali sono adatti. Detergenti, antibiotici, prodotti chimici influenzano negativamente il processo. È auspicabile ridurre al minimo il loro apporto, poiché uccidono la flora coinvolta nella lavorazione.

Quanto biogas si può ottenere dai vari rifiuti

Il letame bovino è considerato ideale, poiché contiene grandi quantità di microrganismi. Se in azienda non sono presenti mucche, al momento del caricamento del bioreattore, è opportuno aggiungere una parte del letame per popolare il substrato con la microflora richiesta. I residui vegetali vengono pre-frantumati, diluiti con acqua. Il bioreattore mescola materiale vegetale ed escrementi. Un simile "riempimento" richiede più tempo per l'elaborazione, ma all'uscita, con la modalità corretta, si ha la massima resa di prodotto.

Localizzazione

Per ridurre al minimo i costi di organizzazione del processo, ha senso posizionare l'impianto di biogas vicino alla fonte dei rifiuti, vicino agli edifici in cui sono tenuti pollame o animali. È auspicabile sviluppare un progetto in modo che il caricamento avvenga per gravità. Da un fienile o porcile, una condotta può essere posata lungo un pendio, attraverso il quale il letame fluirà per gravità nel bunker. Ciò facilita notevolmente il compito di manutenzione del reattore e anche la rimozione del letame.

È molto consigliabile posizionare l'impianto di biogas in modo che i rifiuti dell'azienda agricola possano fluire per gravità

Di solito gli edifici con animali si trovano a una certa distanza da un edificio residenziale. Pertanto, il gas generato dovrà essere trasferito ai consumatori. Ma allungare un tubo del gas è più economico e più facile che organizzare una linea per il trasporto e il carico del letame.

Bioreattore

Requisiti piuttosto severi sono imposti ai serbatoi per il trattamento del letame:

• Deve essere impermeabile all'acqua e ai gas. La tenuta stagna dovrebbe agire in entrambe le direzioni: il liquido del bioreattore non dovrebbe contaminare il suolo e l'acqua sotterranea non dovrebbe cambiare lo stato della massa fermentata.
• Il bioreattore deve essere di alta resistenza. Deve resistere alla massa di un substrato semiliquido, alla pressione del gas all'interno del contenitore e alla pressione del suolo esterno. In generale, quando si costruisce un bioreattore, è necessario prestare particolare attenzione alla sua forza.
  

  Per l'uso domestico e la produzione stagionale di biocarburanti (nella stagione calda) in piccoli volumi, è adatto un serbatoio di plastica con coperchio

• Facilità di manutenzione. Più comodo da usare contenitori cilindrici - orizzontali o verticali. In essi, la miscelazione può essere organizzata in tutto il volume, non si formano zone stagnanti.I contenitori rettangolari sono più facili da implementare quando si costruisce con le proprie mani, ma spesso si formano delle crepe negli angoli e il substrato ristagna lì. Mescolarlo negli angoli è molto problematico.

Tutti questi requisiti per la costruzione di un impianto di biogas devono essere soddisfatti, poiché garantiscono la sicurezza e creano condizioni normali per la trasformazione del letame in biogas.

Quali materiali possono essere realizzati

La resistenza ai fluidi aggressivi è il requisito principale per i materiali da cui è possibile realizzare il contenitore. Il substrato nel bioreattore può essere acido o alcalino. Di conseguenza, il materiale di cui è fatto il contenitore deve tollerare bene vari ambienti.

Non molti materiali soddisfano queste richieste. La prima cosa che mi viene in mente è il metallo. È resistente, puoi creare un contenitore di qualsiasi forma. La cosa buona è che puoi usare un contenitore già pronto, una specie di vecchio serbatoio. In questo caso, la costruzione di un impianto di biogas richiederà pochissimo tempo. Mancanza di metallo: reagisce con sostanze chimicamente attive e inizia a degradarsi. Per neutralizzare questo aspetto negativo, il metallo è coperto da un rivestimento protettivo.

Un'opzione eccellente è un contenitore bioreattore polimerico. La plastica è chimicamente neutra, non marcisce, non arrugginisce. Hai solo bisogno di scegliere tra materiali che possono tollerare il congelamento e il riscaldamento a temperature sufficientemente elevate. Le pareti del reattore dovrebbero essere spesse, preferibilmente rinforzate con fibra di vetro. Tali contenitori non sono economici, ma servono a lungo.

È possibile costruire un bioreattore per la produzione di biogas da mattoni, ma deve essere ben intonacato con l'utilizzo di additivi che garantiscano impermeabilità all'idro e ai gas

Un'opzione più economica è un impianto di biogas con un serbatoio in mattoni, blocchi di cemento, pietra. Affinché la muratura possa resistere a carichi elevati, è necessario rinforzare la muratura (in ciascuna 3-5 file, a seconda dello spessore e del materiale della parete). Dopo il completamento del processo di costruzione delle pareti, per garantire l'impermeabilità all'acqua e ai gas, è necessaria la successiva lavorazione multistrato delle pareti sia dall'interno che dall'esterno. Le pareti sono intonacate con una composizione cemento-sabbia con additivi (additivi) che forniscono le proprietà richieste.

Dimensionamento del reattore

Il volume del reattore dipende dalla temperatura selezionata per trasformare il letame in biogas. Molto spesso viene scelto il mesofilo: è più facile da mantenere e implica la possibilità di un caricamento aggiuntivo giornaliero del reattore. La produzione di biogas al raggiungimento della modalità normale (circa 2 giorni) è stabile, senza scoppi e cali (quando si creano condizioni normali). In questo caso, ha senso calcolare il volume dell'impianto di biogas in base alla quantità di letame generata nell'azienda agricola al giorno. Tutto è facilmente calcolabile in base ai dati medi.

La decomposizione del letame a temperature mesofile dura dai 10 ai 20 giorni. Di conseguenza, il volume viene calcolato moltiplicando per 10 o 20. Durante il calcolo, è necessario tenere conto della quantità di acqua necessaria per portare il substrato a uno stato ideale: il suo contenuto di umidità dovrebbe essere dell'85-90%.Il volume trovato è aumentato del 50%, poiché il carico massimo non deve superare i 2/3 del volume del serbatoio - il gas dovrebbe accumularsi sotto il soffitto.

Ad esempio, la fattoria ha 5 mucche, 10 maiali e 40 polli. In sostanza, si formano 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Per portare il letame di pollo all'85% di umidità, è necessario aggiungere poco più di 5 litri di acqua (sono altri 5 kg). Il peso totale è di 331,8 kg. Per la lavorazione in 20 giorni occorrono: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - circa 7 cubetti solo per il supporto. Moltiplichiamo la cifra trovata per 1,5 (aumento del 50%), otteniamo 10,5 metri cubi. Questo sarà il valore calcolato del volume del reattore dell'impianto di biogas.

Caricamento e scaricamento

I portelli di carico e scarico conducono direttamente al serbatoio del bioreattore. Affinché il substrato sia distribuito uniformemente su tutta l'area, sono realizzati alle estremità opposte del contenitore.

Schema di un reattore a biogas senza preriscaldamento

Nel caso di installazione interrata dell'impianto biogas, le tubazioni di carico e scarico si avvicinano al corpo ad angolo acuto. Inoltre, l'estremità inferiore del tubo deve essere al di sotto del livello del liquido nel reattore. Ciò impedisce all'aria di entrare nel contenitore. Inoltre, sui tubi sono installate valvole rotanti o di intercettazione, che sono chiuse nella posizione normale. Si aprono solo durante il carico o lo scarico.

Poiché il letame può contenere frammenti di grandi dimensioni (lettiera, gambi d'erba, ecc.), I tubi di piccolo diametro si intasano spesso. Pertanto, per il carico e lo scarico, devono avere un diametro di 20-30 cm e devono essere montati prima di iniziare i lavori di isolamento dell'impianto biogas, ma dopo l'installazione del contenitore.

Forme e opzioni del bioreattore per il carico e lo scarico dei portelli

La modalità operativa più conveniente di un impianto di biogas è con carico e scarico regolari del substrato. Questa operazione può essere eseguita una volta al giorno o una volta ogni due giorni. Il letame e altri componenti vengono pre-raccolti in un serbatoio di stoccaggio, dove vengono portati allo stato richiesto: vengono frantumati, se necessario, inumiditi e miscelati. Per comodità, questo contenitore può essere dotato di un agitatore meccanico. Il substrato preparato viene versato nel portello di accesso. Posizionando il contenitore di raccolta al sole, il substrato verrà preriscaldato, il che ridurrà i costi di mantenimento della temperatura richiesta.

È desiderabile calcolare la profondità di installazione della tramoggia di ricezione in modo che i rifiuti fluiscano in essa per gravità. Lo stesso vale per lo scarico nel bioreattore. Il caso migliore è se il substrato preparato si sposterà per gravità. E uno smorzatore lo recinterà durante la preparazione.

Impianto biogas con agitatore e riscaldamento

Per garantire la tenuta dell'impianto biogas, i portelli sulla tramoggia di ricezione e nell'area di scarico devono avere una guarnizione in gomma di tenuta. Meno aria c'è nel serbatoio, più pulito sarà il gas in uscita.

Raccolta e smaltimento del biogas

Il biogas viene rimosso dal reattore attraverso un tubo, un'estremità del quale è sotto il tetto, l'altra viene solitamente calata in una tenuta d'acqua. Questo è un contenitore con acqua, in cui viene scaricato il biogas risultante. C'è un secondo tubo nella guarnizione dell'acqua: è sopra il livello del liquido. Il biogas più pulito entra in esso. Una valvola di intercettazione del gas è installata all'uscita del loro bioreattore. L'opzione migliore è la palla.

Quali materiali possono essere utilizzati per il sistema di trasporto del gas? Tubi metallici zincati e tubi del gas in HDPE o PPR. Devono garantire la tenuta, le cuciture e le giunture sono controllate con schiuma di sapone. L'intera tubazione è assemblata da tubi e raccordi dello stesso diametro. Nessuna contrazione o estensione.

Purificazione dalle impurità

La composizione approssimativa del biogas prodotto è la seguente:

Filtro per la purificazione del biogas dall'idrogeno solforato

Per rimuovere l'idrogeno solforato, viene utilizzato un filtro a trucioli di metallo.Puoi caricare vecchie spugne di metallo nel contenitore. La purificazione avviene allo stesso modo: il gas viene immesso nella parte inferiore di un contenitore riempito di metallo. Passando, viene purificato dall'idrogeno solforato, si raccoglie nella parte libera superiore del filtro, da dove viene scaricato attraverso un altro tubo / tubo.

Serbatoio del gas e compressore

Il biogas purificato entra in un serbatoio di stoccaggio - un supporto di gas. Può essere un sacchetto di plastica sigillato, un contenitore di plastica. La condizione principale è la tenuta al gas, la forma e il materiale non contano. Lo stock di biogas viene immagazzinato nel gasometro. Da esso, con l'aiuto di un compressore, al consumatore viene fornito gas sotto una certa pressione (impostata dal compressore) - alla stufa a gas o alla caldaia. Questo gas può essere utilizzato anche per generare elettricità utilizzando un generatore.

Una delle opzioni per i serbatoi di gas

Per creare una pressione stabile nel sistema dopo il compressore, si consiglia di installare un ricevitore, un piccolo dispositivo per il livellamento dei picchi di pressione.

Dispositivi di miscelazione

Affinché l'impianto di biogas funzioni in modalità normale, è necessario mescolare regolarmente il liquido nel bioreattore. Questo semplice processo risolve molti problemi:

• mescola una porzione fresca del carico con una colonia di batteri;
• promuove il rilascio del gas prodotto;
• uniforma la temperatura del liquido, escludendo le zone più calde e più fredde;
• mantiene l'uniformità del supporto impedendo il cedimento o il galleggiamento di alcuni costituenti.

Tipicamente un piccolo impianto di biogas fatto in casa ha agitatori meccanici che sono azionati dalla forza muscolare. Negli impianti di grande volume, gli agitatori possono essere azionati da motori, che vengono attivati ​​da un timer.

Tipi di agitatori per bioreattori

Il secondo modo è mescolare il liquido facendogli passare una parte del gas prodotto. Per questo, dopo aver lasciato il meta tank, viene posizionato un tee e parte del gas viene versata nella parte inferiore del reattore, dove fuoriesce attraverso un tubo forato. Questa parte di gas non può essere considerata una portata, in quanto rientra ancora nel sistema e, di conseguenza, finisce nel gasometro.

Il terzo metodo di miscelazione consiste nel pompare il substrato dalla loro parte inferiore usando pompe fecali, versarlo nella parte superiore. Lo svantaggio di questo metodo è la dipendenza dalla disponibilità di elettricità.

Impianto di riscaldamento e isolamento termico

Senza riscaldare il liquame trattato, i batteri psicofili si moltiplicheranno. Il processo di elaborazione in questo caso richiederà da 30 giorni e la resa del gas sarà piccola. In estate, in presenza di isolamento termico e preriscaldamento del carico, è possibile raggiungere temperature fino a 40 gradi, quando inizia lo sviluppo di batteri mesofili, ma in inverno tale installazione è praticamente inoperativa - i processi sono molto lenti. A temperature inferiori a + 5 ° C, si congelano praticamente.

Dipendenza dei tempi di trasformazione del letame in biogas dalla temperatura

Come riscaldare e dove posizionare

Per ottenere i migliori risultati, utilizzare il riscaldamento. Il più razionale è il riscaldamento dell'acqua dalla caldaia. La caldaia può funzionare con energia elettrica, combustibile solido o liquido, può essere avviata anche sul biogas prodotto. La temperatura massima alla quale deve essere riscaldata l'acqua è di + 60 ° C. Tubi più caldi possono far aderire particelle sulla superficie, con conseguente riduzione dell'efficienza di riscaldamento.

È inoltre possibile utilizzare il riscaldamento diretto: inserire elementi riscaldanti, ma in primo luogo è difficile organizzare la miscelazione e, in secondo luogo, un substrato si attaccherà alla superficie, riducendo il trasferimento di calore, gli elementi riscaldanti si bruceranno rapidamente

Un impianto a biogas può essere riscaldato utilizzando radiatori di riscaldamento standard, semplicemente con tubi attorcigliati a serpentina, registri saldati. È meglio usare tubi polimerici: metallo-plastica o polipropilene.Sono adatti anche tubi corrugati in acciaio inossidabile, sono più facili da posare, soprattutto nei bioreattori cilindrici verticali, ma la superficie ondulata provoca l'adesione dei sedimenti, che non è molto buona per il trasferimento di calore.

Per ridurre la possibilità che particelle si depositino sugli elementi riscaldanti, si trovano nella zona del miscelatore. Solo in questo caso tutto deve essere progettato in modo che il miscelatore non possa toccare i tubi. Spesso sembra che sia meglio posizionare i riscaldatori sul fondo, ma la pratica ha dimostrato che tale riscaldamento è inefficace a causa dei sedimenti sul fondo. Quindi è più razionale posizionare i riscaldatori sulle pareti dell'impianto di biogas metatenka.

Metodi di riscaldamento dell'acqua

Secondo il metodo di disposizione dei tubi, il riscaldamento può essere esterno o interno. Se installato internamente, il riscaldamento è efficace, ma la riparazione e la manutenzione dei riscaldatori è impossibile senza spegnere e pompare il sistema. Pertanto, particolare attenzione è riservata alla selezione dei materiali e alla qualità delle connessioni.

Il riscaldamento aumenta la produttività dell'impianto biogas e riduce i tempi di lavorazione delle materie prime

Quando i riscaldatori si trovano all'esterno, è necessario più calore (il costo del riscaldamento del contenuto di un impianto a biogas è molto più alto), poiché molto calore viene speso per il riscaldamento delle pareti. Ma il sistema è sempre disponibile per la riparazione e il riscaldamento è più uniforme, poiché l'ambiente è riscaldato dalle pareti. Un altro vantaggio di questa soluzione è che gli agitatori non possono danneggiare il sistema di riscaldamento.

Come isolare

Sul fondo della fossa, viene versato prima uno strato livellante di sabbia, quindi uno strato termoisolante. Può essere argilla mista a paglia e argilla espansa, scorie. Tutti questi componenti possono essere miscelati, possono essere cosparsi in strati separati. Sono livellati all'orizzonte, la capacità dell'impianto di biogas è installata.

I lati del bioreattore possono essere isolati con materiali moderni o metodi classici antiquati. Dai metodi antiquati: rivestimento con argilla e paglia. Viene applicato in più strati.

I materiali moderni sono usati per isolare i bioreattori

Dai materiali moderni, è possibile utilizzare schiuma di polistirene estruso ad alta densità, blocchi di cemento cellulare a bassa densità, schiuma di poliuretano espanso... Il più tecnologicamente avanzato in questo caso è il poliuretano espanso (PPU), ma i servizi per la sua applicazione non sono economici. Ma il risultato è un isolamento termico senza soluzione di continuità, che riduce al minimo i costi di riscaldamento. C'è un altro materiale termoisolante: il vetro schiumato. In lastre è molto costoso, ma la sua battaglia o briciola costa pochissimo, e secondo le sue caratteristiche è quasi perfetta: non assorbe umidità, non teme il gelo, tollera bene i carichi statici, ha una bassa conduttività termica.