Neatkarīga biogāzes ražošana
Enerģijas cenu pieaugums liek domāt par iespēju sevi nodrošināt ar tiem neatkarīgi. Viena no iespējām ir biogāzes iekārta. Ar tās palīdzību biogāzi iegūst no kūtsmēsliem, izkārnījumiem un augu atliekām, kuras pēc tīrīšanas var izmantot gāzes ierīcēm (plīts, katls), iesūknēt cilindros un izmantot kā degvielu automašīnām vai elektriskajiem ģeneratoriem. Kopumā kūtsmēslu pārstrāde biogāzē var nodrošināt visas mājas vai saimniecības enerģijas vajadzības.
Raksta saturs
Visparīgie principi
Biogāze ir produkts, ko iegūst, sadaloties organiskajām vielām. Puvuma / fermentācijas procesā izdalās gāzes, kuras var savākt, lai apmierinātu savas saimniecības vajadzības. Iekārtas, kurās notiek šis process, es saucu par "biogāzes staciju".
Dažos gadījumos gāzes izlaide ir pārmērīga, tad tā tiek uzglabāta gāzes turētājos - lietošanai nepietiekamā daudzuma periodā. Ja ir kompetenta procesa organizācija, gāzes var būt par daudz, tad tās pārpalikumu var pārdot. Vēl viens ienākumu avots ir fermentēti pārpalikumi. Tas ir ļoti efektīvs un drošs mēslojums - fermentācijas procesā lielākā daļa mikroorganismu mirst, augu sēklas zaudē dīgtspēju, parazītu olšūnas kļūst dzīvotnespējīgas. Šādu mēslošanas līdzekļu izvešana uz laukiem pozitīvi ietekmē ražu.
Nosacījumi gāzes ražošanai
Biogāzes veidošanās process notiek dažādu baktēriju vitālās aktivitātes dēļ, kuras satur paši atkritumi. Bet, lai viņi varētu aktīvi "strādāt", viņiem ir jāizveido noteikti apstākļi: mitrums un temperatūra. Lai tos izveidotu, tiek būvēta biogāzes stacija. Šis ir ierīču komplekss, kura pamatā ir bioreaktors, kurā notiek atkritumu sadalīšanās, ko papildina gāzes veidošanās.
Ir trīs kūtsmēslu pārstrādes veidi biogāzē:
- Psihofiliskais režīms. Temperatūra biogāzes stacijā ir no + 5 ° C līdz + 20 ° C. Šādos apstākļos sadalīšanās process ir lēns, veidojas daudz gāzes un tā kvalitāte ir zema.
- Mezofīls. Ierīce nonāk šajā režīmā temperatūrā no + 30 ° C līdz + 40 ° C. Šajā gadījumā mesophilic baktērijas vairojas. Šajā gadījumā rodas vairāk gāzes, apstrādes process aizņem mazāk laika - no 10 līdz 20 dienām.
- Termofīls. Šīs baktērijas vairojas temperatūrā no + 50 ° C. Process ir ātrākais (3-5 dienas), gāzes izlaide ir vislielākā (ideālos apstākļos no 1 kg piegādes var iegūt līdz 4,5 litriem gāzes). Lielākā daļa atsauces tabulu gāzes atgūšanai no apstrādes ir dotas tieši šim režīmam, tāpēc, lietojot citus režīmus, ir vērts veikt korekciju uz leju.
Visgrūtākais biogāzes stacijās ir termofīlais režīms. Tam nepieciešama augstas kvalitātes biogāzes iekārtas siltumizolācija, apkure un temperatūras kontroles sistēma. Bet pie izejas mēs iegūstam maksimālo biogāzes daudzumu. Vēl viena termofilās apstrādes iezīme ir papildu slodzes neiespējamība. Pārējie divi režīmi - psihofilie un mezofilie - ļauj katru dienu pievienot svaigu sagatavotu izejvielu daļu.Bet termofilajā režīmā īss apstrādes laiks ļauj bioreaktoru sadalīt zonās, kurās tiks apstrādāta sava izejvielu daļa ar atšķirīgu ielādes laiku.
Biogāzes iekārtas diagramma
Biogāzes stacijas pamats ir bioreaktors vai bunkurs. Tajā notiek fermentācijas process, un tajā uzkrājas iegūtā gāze. Ir arī iekraušanas un izkraušanas tvertne, saražotā gāze tiek izvadīta caur cauruli, kas ievietota augšējā daļā. Tālāk seko gāzes attīrīšanas sistēma - tās tīrīšana un spiediena palielināšana gāzes vadā līdz darbam.
Mezofiliem un termofiliem režīmiem nepieciešama arī bioreaktora apkures sistēma, lai sasniegtu vajadzīgos režīmus. Šim nolūkam parasti tiek izmantoti gāzes katli, kuros izmanto saražoto degvielu. No turienes cauruļvadu sistēma iet uz bioreaktoru. Parasti tās ir polimēru caurules, jo tās ir vispiemērotākās atrašanās agresīvā vidē.
Biogāzes iekārtai ir nepieciešama arī sistēma vielas sajaukšanai. Fermentācijas laikā augšpusē veidojas cieta garoza, smagās daļiņas nosēžas. Tas viss kopā pasliktina gāzēšanas procesu. Lai uzturētu apstrādātās masas viendabīgu stāvokli, ir nepieciešami maisītāji. Tie var būt mehāniski vai pat manuāli. Tos var sākt ar taimeri vai manuāli. Viss ir atkarīgs no tā, kā tiek ražota biogāzes iekārta. Automatizētas sistēmas uzstādīšana ir dārgāka, taču ekspluatācijas laikā tai jāpievērš minimāla uzmanība.
Biogāzes stacija pēc atrašanās vietas veida var būt:
- Virs zemes.
- Daļēji padziļināts.
- Padziļināts.
Apbedīto ierīkošana ir dārgāka - nepieciešams liels zemes darbs. Bet, lietojot mūsu apstākļos, tie ir labāki - izolāciju ir vieglāk organizēt, mazākas apkures izmaksas.
Ko var pārstrādāt
Biogāzes stacija būtībā ir visēdāja - var pārstrādāt jebkuru organisko vielu. Jebkurš kūtsmēsls un urīns, augu atliekas ir piemērotas. Mazgāšanas līdzekļi, antibiotikas, ķīmija negatīvi ietekmē procesu. Ir vēlams samazināt to uzņemšanu, jo tie iznīcina floru, kas iesaistīta pārstrādē.
Liellopu kūtsmēsli tiek uzskatīti par ideāliem, jo tie satur lielu daudzumu mikroorganismu. Ja fermā nav govju, iekraujot bioreaktoru, ieteicams pievienot daļu kūtsmēslu, lai substrāts apdzīvotu nepieciešamo mikrofloru. Augu atliekas iepriekš sasmalcina, atšķaida ar ūdeni. Bioreaktors sajauc augu materiālu un ekskrementus. Šādas "pildījuma" apstrāde prasa ilgāku laiku, bet pie izejas ar pareizu režīmu mums ir visaugstākā produkcijas raža.
Atrašana
Lai samazinātu procesa organizēšanas izmaksas, ir lietderīgi izvietot biogāzes staciju netālu no atkritumu avota - netālu no ēkām, kur tur putnus vai dzīvniekus. Vēlams izstrādāt konstrukciju tā, lai slodze notiktu pēc smaguma. No kūts vai cūku novietnes cauruļvadu var novest nogāzē, pa kuru kūtsmēsli gravitācijas ceļā ieplūdīs bunkurā. Tas ievērojami atvieglo reaktora uzturēšanu un arī kūtsmēslu noņemšanu.
Parasti ēkas ar dzīvniekiem atrodas zināmā attālumā no dzīvojamās ēkas. Tāpēc saražotā gāze būs jānodod patērētājiem. Bet vienas gāzes caurules izstiepšana ir lētāka un vienkāršāka nekā kūtsmēslu pārvadāšanas un iekraušanas līnijas organizēšana.
Bioreaktors
Tvertnēm kūtsmēslu apstrādei tiek noteiktas diezgan stingras prasības:
- Tam jābūt necaurlaidīgam pret ūdeni un gāzēm. Ūdensnecaurlaidībai jādarbojas abos virzienos: šķidrumam no bioreaktora nevajadzētu piesārņot augsni, un gruntsūdeņiem nevajadzētu mainīt fermentētās masas stāvokli.
- Bioreaktoram jābūt ar lielu izturību. Tam jāiztur pusšķidra substrāta masa, gāzes spiediens tvertnes iekšpusē un ārējais augsnes spiediens. Kopumā, būvējot bioreaktoru, īpaša uzmanība jāpievērš tā stiprumam.
- Apkalpojamība. Ērtāk izmantot cilindriskus traukus - horizontālus vai vertikālus. Tajos sajaukšanu var organizēt visā apjomā, tajās neveidojas stagnējošas zonas.Taisnstūra formas konteinerus ir vieglāk īstenot, būvējot ar savām rokām, taču tajos stūros bieži veidojas plaisas, un pamatne tur stagnē. Tā sajaukšana stūros ir ļoti problemātiska.
Jāievēro visas šīs prasības attiecībā uz biogāzes stacijas būvniecību, jo tās nodrošina drošību un rada normālus apstākļus kūtsmēslu pārstrādei biogāzē.
Kādus materiālus var izgatavot
Izturība pret agresīvu vidi ir galvenā prasība attiecībā uz materiāliem, no kuriem var izgatavot trauku. Substrāts bioreaktorā var būt skābs vai sārmains. Attiecīgi materiālam, no kura izgatavots trauks, labi jāpieņem dažādas vides.
Ne daudzi materiāli atbilst šiem pieprasījumiem. Pirmais, kas ienāk prātā, ir metāls. Tas ir izturīgs, no tā var izgatavot jebkuras formas trauku. Labi ir tas, ka jūs varat izmantot gatavu konteineru - kaut kādu vecu tvertni. Šajā gadījumā biogāzes stacijas celtniecība prasīs ļoti maz laika. Metāla trūkums - tas reaģē ar ķīmiski aktīvām vielām un sāk sadalīties. Lai neitralizētu šo mīnusu, metāls ir pārklāts ar aizsargpārklājumu.
Lieliska iespēja ir polimēra bioreaktora trauks. Plastmasa ir ķīmiski neitrāla, nepūst, nerūsē. Jums vienkārši jāizvēlas no materiāliem, kas var izturēt sasalšanu un sasilšanu līdz pietiekami augstai temperatūrai. Reaktora sienām jābūt biezām, vēlams ar stikla šķiedru pastiprinātām. Šādi konteineri nav lēti, bet tie kalpo ilgu laiku.

Ir iespējams uzbūvēt bioreaktoru biogāzes ražošanai no ķieģeļiem, taču tam jābūt labi apmestam, izmantojot piedevas, kas nodrošina ūdens un gāzes necaurlaidību.
Lētāks variants ir biogāzes iekārta ar tvertni, kas izgatavota no ķieģeļiem, betona blokiem, akmens. Lai mūra izturētu lielas slodzes, ir nepieciešams pastiprināt mūru (katrā 3-5 rindā, atkarībā no sienas biezuma un materiāla). Pēc sienu montāžas procesa pabeigšanas, lai nodrošinātu ūdens un gāzes necaurlaidību, turpmāka sienu daudzslāņu apstrāde ir nepieciešama gan no iekšpuses, gan ārpuses. Sienas ir apmestas ar cementa-smilšu sastāvu ar piedevām (piedevām), kas nodrošina nepieciešamās īpašības.
Reaktora izmērs
Reaktora tilpums ir atkarīgs no izvēlētās temperatūras kūtsmēslu pārstrādei biogāzē. Visbiežāk tiek izvēlēts mezofils - to ir vieglāk uzturēt, un tas nozīmē iespēju katru dienu papildus ielādēt reaktoru. Biogāzes ražošana pēc normālā režīma sasniegšanas (apmēram 2 dienas) ir stabila, bez pārrāvumiem un kritumiem (kad tiek radīti normāli apstākļi). Šajā gadījumā ir lietderīgi aprēķināt biogāzes rūpnīcas tilpumu atkarībā no kūtsmēslu daudzuma, ko sētā rada dienā. Viss ir viegli aprēķināms, pamatojoties uz vidējiem datiem.
Dzīvnieku šķirne | Ekskrementu daudzums dienā | Sākotnējais mitrums |
---|---|---|
Liellopi | 55 kg | 86% |
Cūka | 4,5 kg | 86% |
Vistas | 0,17 kg | 75% |
Kūtsmēslu sadalīšanās mezofilā temperatūrā ilgst no 10 līdz 20 dienām. Attiecīgi tilpumu aprēķina, reizinot ar 10 vai 20. Aprēķinot, jāņem vērā ūdens daudzums, kas nepieciešams, lai substrāts nonāktu ideālā stāvoklī - tā mitruma saturam jābūt 85–90%.Atrastais tilpums tiek palielināts par 50%, jo maksimālā slodze nedrīkst pārsniegt 2/3 no tvertnes tilpuma - zem griestiem vajadzētu uzkrāties gāzei.
Piemēram, saimniecībā ir 5 govis, 10 cūkas un 40 vistas. Būtībā veidojas 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Lai vistas kūtsmēsli būtu līdz 85% mitruma, jums jāpievieno nedaudz vairāk par 5 litriem ūdens (tas ir vēl 5 kg). Kopējais svars ir 331,8 kg. Apstrādei 20 dienu laikā jums nepieciešams: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - apmēram 7 kubi tikai pamatnei. Mēs reizinām atrasto skaitli ar 1,5 (pieaugums par 50%), mēs iegūstam 10,5 kubikmetrus. Tā būs aprēķinātā biogāzes stacijas reaktora tilpuma vērtība.
Iekraušana un izkraušana
Iekraušanas un izkraušanas lūkas ved tieši uz bioreaktora tvertni. Lai substrāts būtu vienmērīgi sadalīts pa visu laukumu, tie tiek izgatavoti konteinera pretējos galos.
Apglabātas biogāzes iekārtas uzstādīšanas gadījumā iekraušanas un izkraušanas caurules tuvojas ķermenim asā leņķī. Turklāt caurules apakšējam galam jābūt zem šķidruma līmeņa reaktorā. Tas novērš gaisa iekļūšanu konteinerā. Arī uz caurulēm, kas ir aizvērtas normālā stāvoklī, ir uzstādīti rotācijas vai slēgvārsti. Tās atveras tikai iekraušanas vai izkraušanas laikā.
Tā kā kūtsmēsli var saturēt lielus fragmentus (pakaišus, zāles kātiņus utt.), Maza diametra caurules bieži aizsērēs. Tāpēc, iekraujot un izkraujot, to diametram jābūt 20-30 cm.Tiem jābūt uzstādītiem pirms sākt darbu pie biogāzes iekārtas izolācijas, bet pēc tam, kad tvertne ir uzstādīta vietā.
Visērtākais biogāzes stacijas darbības režīms ir regulāra substrāta iekraušana un izkraušana. Šo darbību var veikt vienu reizi dienā vai reizi divās dienās. Kūtsmēslus un citus komponentus iepriekš savāc uzglabāšanas tvertnē, kur tie nonāk vajadzīgajā stāvoklī - tos sasmalcina, ja nepieciešams, samitrina un sajauc. Ērtības labad šo konteineru var aprīkot ar mehānisku maisītāju. Sagatavoto substrātu ielej piekļuves lūkā. Novietojot savākšanas trauku saulē, substrāts tiks iepriekš sasildīts, kas samazinās nepieciešamās temperatūras uzturēšanas izmaksas.
Vēlams aprēķināt uztvērēja tvertnes uzstādīšanas dziļumu tā, lai atkritumi tajā ieplūstu pēc smaguma. Tas pats attiecas arī uz novadīšanu bioreaktorā. Labākais gadījums ir, ja sagatavotais substrāts pārvietosies ar gravitāciju. Un slāpētājs to nožogos sagatavošanas laikā.
Lai nodrošinātu biogāzes iekārtas hermētiskumu, lūkām uz uztveršanas tvertnes un izkraušanas zonā jābūt blīvējošam gumijas blīvējumam. Jo mazāk tvertnē ir gaisa, jo tīrāka būs izplūdes gāze.
Biogāzes savākšana un apglabāšana
Biogāze no reaktora tiek noņemta caur cauruli, kuras viens gals atrodas zem jumta, bet otrs parasti tiek nolaists ūdens blīvējumā. Tas ir trauks ar ūdeni, kurā tiek novadīta iegūtā biogāze. Ūdens blīvējumā ir otra caurule - tā atrodas virs šķidruma līmeņa. Tajā nonāk tīrāka biogāze. Viņu bioreaktora izejā ir uzstādīts gāzes slēgvārsts. Labākais variants ir bumba.
Kādus materiālus var izmantot gāzes pārvades sistēmai? Cinkotas metāla caurules un gāzes caurules no HDPE vai PPR. Tiem jānodrošina hermētiskums, šuves un savienojumus pārbauda ar ziepju putām. Viss cauruļvads ir samontēts no tāda paša diametra caurulēm un veidgabaliem. Nav kontrakciju vai pagarinājumu.
Attīrīšana no piemaisījumiem
Aptuvenais saražotās biogāzes sastāvs ir šāds:
Lai noņemtu sērūdeņradi, tiek izmantots metāla šķembu filtrs.Tvertnē varat ievietot vecus metāla sūkļus. Attīrīšana notiek tādā pašā veidā: gāze tiek ievadīta tvertnes apakšējā daļā, kas piepildīta ar metālu. Garāmejot, tas tiek attīrīts no sērūdeņraža, tiek savākts filtra augšējā brīvajā daļā, no kurienes tas tiek izvadīts caur citu cauruli / šļūteni.
Gāzes tvertne un kompresors
Attīrītā biogāze nonāk uzglabāšanas tvertnē - gāzes turētājā. Tas var būt noslēgts plastmasas maisiņš, plastmasas trauks. Galvenais nosacījums ir gāzes necaurlaidība, formai un materiālam nav nozīmes. Biogāzes krājumi tiek uzglabāti gasholder. No tā ar kompresora palīdzību gāze zem noteikta spiediena (ko nosaka kompresors) tiek piegādāta patērētājam - uz gāzes plīti vai katlu. Šo gāzi var izmantot arī elektroenerģijas ražošanai, izmantojot ģeneratoru.
Lai izveidotu stabilu spiedienu sistēmā pēc kompresora, ieteicams uzstādīt uztvērēju - nelielu ierīci spiediena pārsprieguma izlīdzināšanai.
Maisīšanas ierīces
Lai biogāzes iekārta darbotos normālā režīmā, nepieciešams regulāri maisīt šķidrumu bioreaktorā. Šis vienkāršais process atrisina daudzas problēmas:
- sajauc svaigu slodzes daļu ar baktēriju koloniju;
- veicina saražotās gāzes izdalīšanos;
- izlīdzina šķidruma temperatūru, izņemot siltākas un vēsākas vietas;
- saglabā substrāta vienmērīgumu, novēršot dažu sastāvdaļu iegrimšanu vai peldēšanu.
Parasti nelielai mājās gatavotai biogāzes iekārtai ir mehāniski maisītāji, kurus darbina muskuļu spēks. Sistēmās ar lielu tilpumu maisītājus var darbināt ar motoriem, kurus ieslēdz taimeris.
Otrs veids ir maisīt šķidrumu, izlaižot tajā daļu saražotās gāzes. Lai to izdarītu, pēc meta tvertnes atstāšanas ievieto tēju un daļu gāzes ielej reaktora apakšējā daļā, kur tā iziet caur cauruli ar caurumiem. Šo gāzes daļu nevar uzskatīt par plūsmas ātrumu, jo tā joprojām atkal nonāk sistēmā un rezultātā nonāk gasholder.
Trešā sajaukšanas metode ir substrāta sūknēšana no apakšas ar fekālo sūkņu palīdzību, to izlej augšpusē. Šīs metodes trūkums ir atkarība no elektroenerģijas pieejamības.
Apkures sistēma un siltumizolācija
Nesildot apstrādāto vircu, psihofilās baktērijas vairosies. Pārstrādes process šajā gadījumā ilgs no 30 dienām, un gāzes iznākums būs mazs. Vasarā siltumizolācijas klātbūtnē un slodzes priekšsildīšanā ir iespējams sasniegt temperatūru līdz 40 grādiem, kad sākas mezofilisko baktēriju attīstība, bet ziemā šāda iekārta praktiski nedarbojas - procesi ir ļoti gausa. Temperatūrā zem + 5 ° C tie praktiski sasalst.
Kā sildīt un kur novietot
Lai iegūtu labākos rezultātus, izmantojiet apkuri. Visracionālākā ir ūdens sildīšana no katla. Katls var darboties ar elektrību, cieto vai šķidro kurināmo, to var iedarbināt arī uz saražoto biogāzi. Maksimālā temperatūra, līdz kurai jāuzsilda ūdens, ir + 60 ° C. Karstākas caurules var izraisīt daļiņu pielipšanu virsmai, kā rezultātā samazinās apkures efektivitāte.

Varat arī izmantot tiešo sildīšanu - ievietojiet sildelementus, bet, pirmkārt, ir grūti organizēt sajaukšanos, un, otrkārt, substrāts pielīp pie virsmas, samazinot siltuma pārnesi, sildelementi ātri izdegs
Biogāzes staciju var sildīt, izmantojot standarta apkures radiatorus, vienkārši ar caurulēm, kas savītas spolē, metinātus reģistrus. Labāk ir izmantot polimēra caurules - metāla plastmasas vai polipropilēna.Piemērotas ir arī gofrētas nerūsējošā tērauda caurules, kuras ir vieglāk ieklājamas, it īpaši cilindriskos vertikālos bioreaktoros, bet gofrētā virsma provocē nogulumu saķeri, kas nav ļoti laba siltuma pārnesei.
Lai samazinātu daļiņu nosēšanās iespēju uz sildelementiem, tās atrodas maisītāja zonā. Tikai šajā gadījumā viss jāprojektē tā, lai maisītājs nevarētu pieskarties caurulēm. Bieži vien šķiet, ka labāk ir novietot sildītājus apakšā, taču prakse ir parādījusi, ka šāda apkure ir neefektīva nogulumu dēļ apakšā. Tāpēc ir racionālāk sildītājus novietot uz biogāzes stacijas metatenkas sienām.
Ūdens sildīšanas metodes
Saskaņā ar cauruļu izvietojuma metodi apkure var būt ārēja vai iekšēja. Uzstādot iekšēji, apkure ir efektīva, taču sildītāju remonts un apkope nav iespējama, neapturot un nepumpējot sistēmu. Tāpēc īpaša uzmanība tiek pievērsta materiālu izvēlei un savienojumu kvalitātei.
Kad sildītāji atrodas ārpusē, nepieciešams vairāk siltuma (biogāzes stacijas satura sildīšanas izmaksas ir daudz lielākas), jo daudz siltuma tiek tērēts sienu sildīšanai. Bet sistēma vienmēr ir pieejama remontam, un apkure ir vienmērīgāka, jo vide tiek apsildīta no sienām. Vēl viens šī risinājuma pluss ir tas, ka maisītāji nevar sabojāt apkures sistēmu.
Kā siltināt
Bedres apakšā vispirms ielej smilšu izlīdzinošo slāni, pēc tam siltumizolējošu slāni. Tas var būt māls, kas sajaukts ar salmiem un keramzīts, izdedži. Visas šīs sastāvdaļas var sajaukt, var pārkaisa atsevišķos slāņos. Tie ir izlīdzināti horizontā, ir uzstādīta biogāzes stacijas jauda.
Bioreaktora malas var izolēt ar mūsdienīgiem materiāliem vai klasiskām novecojušām metodēm. No vecmodīgām metodēm - pārklājums ar māliem un salmiem. To uzklāj vairākos slāņos.
No moderniem materiāliem varat izmantot ekstrudētas augsta blīvuma polistirola putas, zema blīvuma gāzbetona blokus, putotas poliuretāna putas... Tehnoloģiski vismodernākais šajā gadījumā ir poliuretāna putas (PPU), taču pakalpojumi to pielietošanai nav lēti. Bet rezultāts ir bezšuvju siltumizolācija, kas samazina apkures izmaksas. Ir vēl viens siltumizolācijas materiāls - putots stikls. Plātnēs tas ir ļoti dārgs, taču tā kauja vai drupa maksā ļoti maz, un pēc īpašībām tā ir gandrīz perfekta: tā neuzsūc mitrumu, nebaidās no sasalšanas, labi panes statiskās slodzes, tai ir zema siltuma vadītspēja.