Producție independentă de biogaz

Creșterea prețurilor la energie ne face să ne gândim la posibilitatea de a ne furniza independent. O opțiune este o fabrică de biogaz. Cu ajutorul său, biogazul se obține din gunoi de grajd, excremente și reziduuri de plante, care după curățare pot fi utilizate pentru aparatele cu gaz (aragaz, cazan), pompate în butelii și utilizate ca combustibil pentru mașini sau generatoare electrice. În general, prelucrarea gunoiului de grajd în biogaz poate asigura toate nevoile energetice ale unei case sau ferme.

Construirea unei fabrici de biogaz - o modalitate de autosuficiență cu resurse energetice

Principii generale

Biogazul este un produs care se obține din descompunerea materiei organice. În procesul de descompunere / fermentare, se degajă gaze, care pot fi colectate pentru a satisface nevoile propriei ferme. Eu numesc echipamentul în care are loc acest proces „instalație de biogaz”.

În unele cazuri, producția de gaz este excesivă, apoi este stocată în suporturile de gaz - pentru utilizare în perioada cantității sale insuficiente. Cu o organizare competentă a procesului, poate exista prea mult gaz, apoi surplusul său poate fi vândut. O altă sursă de venit sunt resturile fermentate. Acesta este un îngrășământ extrem de eficient și sigur - în timpul procesului de fermentare, majoritatea microorganismelor mor, semințele plantelor își pierd capacitatea de germinare, ouăle de paraziți devin inviabile. Îndepărtarea unor astfel de îngrășăminte pe câmpuri are un efect pozitiv asupra randamentului.

Condiții pentru producția de gaz

Procesul de formare a biogazului se datorează activității vitale a diferitelor tipuri de bacterii care sunt conținute în deșeuri. Dar pentru ca aceștia să „funcționeze” activ este necesar să creeze anumite condiții: umiditate și temperatură. Pentru a le crea, se construiește o fabrică de biogaz. Acesta este un complex de dispozitive, a cărui bază este un bioreactor, în care are loc descompunerea deșeurilor, care este însoțită de formarea de gaze.

Organizarea unui ciclu de procesare a gunoiului de grajd și a deșeurilor vegetale în biogaz

Există trei moduri de procesare a gunoiului de grajd în biogaz:

• Regimul psihofil. Temperatura în instalația de biogaz este de la + 5 ° C la + 20 ° C. În astfel de condiții, procesul de descompunere este lent, se formează mult gaz și calitatea acestuia este scăzută.
• Mesofil. Unitatea intră în acest mod la temperaturi de la + 30 ° C la + 40 ° C. În acest caz, proliferează bacteriile mezofile. În acest caz, se generează mai mult gaz, procesul de procesare durează mai puțin - de la 10 la 20 de zile.
• Termofil. Aceste bacterii se înmulțesc la temperaturi de la + 50 ° C. Procesul este cel mai rapid (3-5 zile), randamentul gazului este cel mai mare (în condiții ideale, se pot obține până la 4,5 litri de gaz de la 1 kg de livrare). Majoritatea tabelelor de referință pentru recuperarea gazului după prelucrare sunt date special pentru acest mod, deci atunci când se utilizează alte moduri, merită să faceți o ajustare în jos.

Cel mai dificil lucru în instalațiile de biogaz este regimul termofil. Acest lucru necesită o izolare termică de înaltă calitate a instalației de biogaz, încălzire și un sistem de control al temperaturii. Dar la ieșire obținem cantitatea maximă de biogaz. O altă caracteristică a procesării termofile este imposibilitatea încărcării suplimentare. Celelalte două moduri - psihofilă și mezofilă - permit adăugarea zilnică a unei porțiuni proaspete de materii prime preparate.Însă, în regim termofil, timpul scurt de procesare permite împărțirea bioreactorului în zone, în care va fi prelucrată propria sa parte din materii prime cu timpi de încărcare diferiți.

Diagrama plantei de biogaz

Baza unei plante de biogaz este un bioreactor sau buncăr. Procesul de fermentare are loc în el, iar gazul rezultat se acumulează în el. Există, de asemenea, o buncăr de încărcare și descărcare, gazul produs este evacuat printr-o conductă introdusă în partea superioară. Urmează sistemul de tratare a gazelor - curățarea acestuia și creșterea presiunii în conducta de gaz la cea de lucru.

Diagrama unei instalații pentru prelucrarea gunoiului de grajd în biogaz

Pentru modurile mezofile și termofile, este necesar și un sistem de încălzire bioreactor pentru a ajunge la modurile necesare. Pentru aceasta, se folosesc de obicei cazane pe gaz care funcționează pe combustibilul produs. De acolo, sistemul de conducte merge la bioreactor. De obicei, acestea sunt țevi din polimer, deoarece sunt cele mai potrivite pentru a fi într-un mediu agresiv.

O instalație de biogaz are nevoie, de asemenea, de un sistem de amestecare a substanței. În timpul fermentației, o crustă dură se formează în partea de sus, particulele grele se așează. Toate acestea împreună agravează procesul de gazare. Pentru a menține o stare omogenă a masei procesate, sunt necesare agitatoare. Pot fi mecanice sau chiar manuale. Pot fi pornite cu temporizator sau manual. Totul depinde de modul în care este fabricată planta de biogaz. Un sistem automat este mai scump de instalat, dar necesită o atenție minimă în timpul funcționării.

Cea mai simplă plantă de biogaz dintr-un butoi de plastic

O instalație de biogaz după tipul de locație poate fi:

• Deasupra pamantului.
• Semi-încastrat.
• Încastrat.

Cele îngropate sunt mai costisitoare de instalat - este necesară o cantitate mare de terenuri. Dar, atunci când sunt utilizate în condițiile noastre, acestea sunt mai bune - este mai ușor să organizăm izolația, mai puțin costurile de încălzire.

Ce poate fi reciclat

Fabrica de biogaz este în esență omnivoră - orice materie organică poate fi procesată. Orice gunoi de grajd și urină, reziduuri de plante sunt potrivite. Detergenții, antibioticele, chimia afectează negativ procesul. Este de dorit să se minimizeze aportul lor, deoarece ucid flora implicată în procesare.

Cât de mult biogaz poate fi obținut din diferite deșeuri

Gunoiul de vite este considerat ideal, deoarece conține cantități mari de microorganisme. Dacă nu există vaci la fermă, la încărcarea bioreactorului, este recomandabil să adăugați o parte a gunoiului de grajd pentru a popula substratul cu microflora necesară. Reziduurile plantelor sunt pre-zdrobite, diluate cu apă. Bioreactorul amestecă materialul vegetal și excrementele. O astfel de „umplere” durează mai mult timp pentru procesare, dar la ieșire, cu modul corect, avem cel mai mare randament de produs.

Localizare

Pentru a minimiza costurile de organizare a procesului, este logic să localizați instalația de biogaz lângă sursa de deșeuri - lângă clădirile în care sunt păsări de pasăre sau animale. Este de dorit să se dezvolte un design astfel încât încărcarea să se producă prin gravitație. Din hambar sau porc, puteți așeza o conductă în jos, prin care gunoiul de grajd va curge gravitațional în buncăr. Acest lucru facilitează foarte mult sarcina de întreținere a reactorului și îndepărtarea gunoiului de grajd.

Este foarte recomandabil să localizați instalația de biogaz, astfel încât deșeurile de la fermă să poată curge prin gravitație

De obicei, clădirile cu animale sunt situate la o anumită distanță de o clădire rezidențială. Prin urmare, gazul generat va trebui transferat către consumatori. Dar întinderea unei conducte de gaz este mai ieftină și mai ușoară decât organizarea unei linii pentru transportul și încărcarea dejecțiilor.

Bioreactor

Cerințele destul de stricte sunt impuse rezervoarelor pentru procesarea gunoiului de grajd:

• Trebuie să fie impermeabil la apă și gaze. Etanșeitatea la apă ar trebui să acționeze în ambele direcții: lichidul din bioreactor nu ar trebui să contamineze solul, iar apa subterană nu ar trebui să schimbe starea masei fermentate.
• Bioreactorul trebuie să aibă o rezistență ridicată. Trebuie să reziste la masa unui substrat semilichid, la presiunea gazului din interiorul recipientului și la presiunea externă a solului. În general, atunci când construiți un bioreactor, trebuie acordată o atenție specială puterii sale.
  

  Pentru uz casnic și producția sezonieră de biocombustibili (în sezonul cald) în volume mici, este adecvat un rezervor de plastic cu capac

• Facilitate de întreținere. Mai convenabil de utilizat recipiente cilindrice - orizontale sau verticale. În ele, amestecarea poate fi organizată pe tot volumul, nu se formează zone stagnante în ele.Recipientele dreptunghiulare sunt mai ușor de implementat atunci când construiți cu propriile mâini, dar adesea se formează fisuri în colțurile din ele, iar substratul stagnează acolo. Amestecarea în colțuri este foarte problematică.

Toate aceste cerințe pentru construirea unei fabrici de biogaz trebuie să fie îndeplinite, deoarece asigură siguranța și creează condiții normale pentru prelucrarea gunoiului de grajd în biogaz.

Ce materiale pot fi realizate

Rezistența la medii agresive este principala cerință pentru materialele din care poate fi fabricat containerul. Substratul din bioreactor poate fi acid sau alcalin. În consecință, materialul din care este fabricat recipientul trebuie să tolereze bine diverse medii.

Nu multe materiale răspund acestor cereri. Primul lucru care îmi vine în minte este metalul. Este durabil, puteți face din acesta un recipient de orice formă. Ce este bine este că puteți folosi un container gata făcut - un fel de rezervor vechi. În acest caz, construcția unei fabrici de biogaz va dura foarte puțin. Lipsa metalului - reacționează cu substanțele chimic active și începe să se descompună. Pentru a neutraliza acest minus, metalul este acoperit cu un strat protector.

O opțiune excelentă este un recipient cu bioreactor din polimer. Plasticul este neutru din punct de vedere chimic, nu putrezește, nu ruginește. Trebuie doar să alegeți dintre materialele care pot rezista la îngheț și încălzire la temperaturi suficient de ridicate. Pereții reactorului trebuie să fie groși, de preferință întărit cu fibră de sticlă. Astfel de containere nu sunt ieftine, dar servesc mult timp.

Este posibil să se construiască un bioreactor pentru producerea de biogaz din cărămizi, dar trebuie să fie bine tencuit cu utilizarea aditivilor care asigură impermeabilitatea hidro și gazelor

O opțiune mai ieftină este o instalație de biogaz cu un rezervor din cărămizi, blocuri de beton, piatră. Pentru ca zidăria să reziste la sarcini mari, este necesară consolidarea zidăriei (în fiecare 3-5 rânduri, în funcție de grosimea peretelui și material). După finalizarea procesului de ridicare a pereților, pentru a asigura impermeabilitatea apei și gazelor, este necesară prelucrarea ulterioară multistrat a pereților atât din interior, cât și din exterior. Pereții sunt tencuiți cu o compoziție de ciment-nisip cu aditivi (aditivi) care oferă proprietățile necesare.

Dimensionarea reactorului

Volumul reactorului depinde de temperatura selectată pentru procesarea gunoiului de grajd în biogaz. Cel mai adesea se alege mezofil - este mai ușor de întreținut și implică posibilitatea încărcării zilnice suplimentare a reactorului. Producția de biogaz după atingerea modului normal (aproximativ 2 zile) este stabilă, fără explozii și scufundări (când se creează condiții normale). În acest caz, este logic să se calculeze volumul instalației de biogaz în funcție de cantitatea de gunoi de grajd generată pe fermă pe zi. Totul este ușor calculat pe baza datelor medii.

Descompunerea gunoiului de grajd la temperaturi mezofile durează de la 10 la 20 de zile. În consecință, volumul se calculează înmulțind cu 10 sau 20. La calcul, este necesar să se ia în considerare cantitatea de apă necesară pentru a aduce substratul la o stare ideală - conținutul său de umiditate ar trebui să fie de 85-90%.Volumul găsit este mărit cu 50%, deoarece sarcina maximă nu trebuie să depășească 2/3 din volumul rezervorului - gazul ar trebui să se acumuleze sub tavan.

De exemplu, ferma are 5 vaci, 10 porci și 40 de găini. În esență, se formează 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Pentru a aduce gunoiul de grajd la 85% umiditate, trebuie să adăugați puțin mai mult de 5 litri de apă (aceasta este încă 5 kg). Greutatea totală este de 331,8 kg. Pentru procesare în 20 de zile, aveți nevoie de: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - aproximativ 7 cuburi numai pentru substrat. Înmulțim cifra găsită cu 1,5 (crește cu 50%), obținem 10,5 metri cubi. Aceasta va fi valoarea calculată a volumului reactorului instalației de biogaz.

Încărcare și descărcare

Trapa de încărcare și descărcare duce direct la rezervorul de bioreactor. Pentru ca substratul să fie distribuit uniform pe întreaga zonă, acestea sunt realizate în capete opuse ale containerului.

Diagrama unui reactor de biogaz fără preîncălzire

În cazul unei instalații îngropate a unei instalații de biogaz, conductele de încărcare și descărcare se apropie de corp într-un unghi acut. Mai mult, capătul inferior al conductei trebuie să fie sub nivelul lichidului din reactor. Acest lucru împiedică pătrunderea aerului în recipient. De asemenea, supape rotative sau de închidere sunt instalate pe conducte, care sunt închise în poziția normală. Se deschid numai în timpul încărcării sau descărcării.

Deoarece gunoiul de grajd poate conține fragmente mari (așternuturi, tulpini de iarbă etc.), țevile cu diametru mic se vor înfunda adesea. Prin urmare, pentru încărcare și descărcare, acestea trebuie să aibă un diametru de 20-30 cm. Trebuie montate înainte de a începe lucrările de izolare a instalației de biogaz, dar după ce containerul este instalat la locul său.

Forme și opțiuni ale bioreactorului pentru încărcarea și descărcarea trapelor

Cel mai convenabil mod de funcționare al unei instalații de biogaz este încărcarea și descărcarea regulată a substratului. Această operație poate fi efectuată o dată pe zi sau o dată la două zile. Gunoiul de grajd și alte componente sunt pre-colectate într-un rezervor de stocare, unde sunt aduse la starea necesară - zdrobite, umezite și amestecate dacă este necesar. Pentru comoditate, acest container poate fi echipat cu un agitator mecanic. Substratul pregătit este turnat în trapa de acces. Prin plasarea recipientului de colectare la soare, substratul va fi preîncălzit, ceea ce va reduce costul menținerii temperaturii necesare.

Este de dorit să se calculeze adâncimea de instalare a buncărului de recepție, astfel încât deșeurile să curgă în ea prin gravitație. Același lucru se aplică descărcării în bioreactor. Cel mai bun caz este dacă substratul pregătit se va mișca prin gravitație. Și un amortizor îl va îngrădi în timpul pregătirii.

Instalatie de biogaz cu agitator si incalzire

Pentru a asigura etanșeitatea instalației de biogaz, trape pe buncărul de recepție și în zona de descărcare trebuie să aibă o garnitură de etanșare din cauciuc. Cu cât este mai puțin aer în rezervor, cu atât gazul de evacuare va fi mai curat.

Colectarea și eliminarea biogazului

Biogazul este îndepărtat din reactor printr-o conductă, al cărei capăt este sub acoperiș, iar celălalt este de obicei coborât într-o garnitură de apă. Acesta este un recipient cu apă, în care se deversează biogazul rezultat. Există o a doua țeavă în garnitura de apă - este peste nivelul lichidului. Biogazul mai curat intră în el. O supapă de închidere a gazului este instalată la ieșirea bioreactorului lor. Cea mai bună opțiune este mingea.

Ce materiale pot fi utilizate pentru sistemul de transport al gazului? Țevi metalice zincate și țevi de gaz din HDPE sau PPR. Acestea trebuie să asigure etanșeitatea, cusăturile și îmbinările sunt verificate cu spumă de săpun. Întreaga conductă este asamblată din țevi și fitinguri de același diametru. Fără contracții sau extensii.

Purificarea de impurități

Compoziția aproximativă a biogazului produs este după cum urmează:

Filtru pentru purificarea biogazului din hidrogen sulfurat

Pentru îndepărtarea hidrogenului sulfurat, se folosește un filtru cu așchii metalice.Puteți încărca bureți metalici vechi în recipient. Purificarea are loc în același mod: gazul este introdus în partea inferioară a unui recipient umplut cu metal. Trecând, este purificat din hidrogen sulfurat, se colectează în partea liberă superioară a filtrului, de unde este descărcat printr-o altă țeavă / furtun.

Rezervor de gaz și compresor

Biogazul purificat intră într-un rezervor de stocare - un suport de gaz. Poate fi o pungă de plastic sigilată, un recipient de plastic. Condiția principală este etanșeitatea la gaz, forma și materialul nu contează. Stocul de biogaz este depozitat în cutie. Din acesta, cu ajutorul unui compresor, gazul sub o anumită presiune (setat de compresor) este furnizat consumatorului - la aragazul sau cazanul. Acest gaz poate fi folosit și pentru a genera electricitate folosind un generator.

Una dintre opțiunile pentru rezervoarele de gaz

Pentru a crea o presiune stabilă în sistem după compresor, este recomandabil să instalați un receptor - un dispozitiv mic pentru nivelarea creșterilor de presiune.

Dispozitive de amestecare

Pentru ca instalația de biogaz să funcționeze în modul normal, este necesar să amestecați regulat lichidul în bioreactor. Acest proces simplu rezolvă multe probleme:

• amestecă o porțiune proaspătă a încărcăturii cu o colonie de bacterii;
• promovează eliberarea gazului produs;
• uniformizează temperatura lichidului, excluzând zonele mai calde și mai reci;
• menține uniformitatea substratului prevenind cedarea sau plutirea unor constituenți.

De obicei, o mică fabrică de biogaz de casă are agitatoare mecanice care sunt conduse de puterea musculară. În sistemele cu un volum mare, agitatorii pot fi acționați de motoare, care sunt pornite de un cronometru.

Tipuri de agitatoare pentru bioreactoare

A doua modalitate este de a agita lichidul, trecând o porțiune din gazul produs prin el. Pentru a face acest lucru, după părăsirea meta-rezervorului, este plasat un tee și o parte din gaz este turnată în partea inferioară a reactorului, unde iese printr-un tub cu găuri. Această parte a gazului nu poate fi considerată un debit, deoarece intră încă din nou în sistem și, ca rezultat, ajunge în gasholder.

A treia metodă de amestecare este de a pompa substratul din partea lor inferioară folosind pompe fecale, de a-l turna în partea de sus. Dezavantajul acestei metode este dependența de disponibilitatea energiei electrice.

Sistem de încălzire și izolație termică

Fără a încălzi nămolul procesat, bacteriile psihofile se vor înmulți. Procesul de procesare în acest caz va dura de la 30 de zile, iar randamentul gazului va fi mic. Vara, în prezența izolației termice și a preîncălzirii sarcinii, este posibil să se atingă temperaturi de până la 40 de grade, când începe dezvoltarea bacteriilor mezofile, dar iarna o astfel de instalație este practic inoperantă - procesele sunt foarte lente. La temperaturi sub + 5 ° C, acestea îngheață practic.

Dependența momentului procesării gunoiului de grajd în biogaz de temperatură

Cum se încălzește și unde se plasează

Pentru cele mai bune rezultate, utilizați încălzirea. Cel mai rațional este încălzirea apei din cazan. Cazanul poate funcționa cu electricitate, combustibil solid sau lichid, poate fi pornit și pe biogazul produs. Temperatura maximă la care trebuie încălzită apa este de + 60 ° C. Țevile mai fierbinți pot provoca aderarea particulelor la suprafață, rezultând o eficiență redusă a încălzirii.

Puteți utiliza, de asemenea, încălzire directă - introduceți elemente de încălzire, dar în primul rând, este dificil să organizați amestecarea și, în al doilea rând, substratul se va lipi de suprafață, reducând transferul de căldură, elementele de încălzire se vor arde rapid

O instalație de biogaz poate fi încălzită folosind radiatoare de încălzire standard, pur și simplu cu țevi răsucite într-o bobină, registre sudate. Este mai bine să utilizați țevi din polimer - metal-plastic sau polipropilenă.Țevile din oțel inoxidabil sunt, de asemenea, potrivite, sunt mai ușor de așezat, mai ales în bioreactoare verticale cilindrice, dar suprafața ondulată provoacă aderența sedimentului, ceea ce nu este foarte bun pentru transferul de căldură.

Pentru a reduce posibilitatea depunerii de particule pe elementele de încălzire, acestea se află în zona mixerului. Doar în acest caz totul trebuie proiectat astfel încât mixerul să nu poată atinge țevile. Se pare adesea că este mai bine să plasați încălzitoarele în partea de jos, dar practica a arătat că o astfel de încălzire este ineficientă din cauza sedimentelor din partea de jos. Așadar, este mai rațional să plasați încălzitoarele pe pereții metatenei fabricii de biogaz.

Metode de încălzire a apei

Conform metodei de amenajare a conductelor, încălzirea poate fi externă sau internă. Când este instalat intern, încălzirea este eficientă, dar repararea și întreținerea încălzitoarelor sunt imposibile fără oprirea și pomparea sistemului. Prin urmare, se acordă o atenție specială selectării materialelor și calității conexiunilor.

Încălzirea crește productivitatea fabricii de biogaz și scurtează timpul de procesare a materiilor prime

Când încălzitoarele sunt amplasate în exterior, este necesară mai multă căldură (costul încălzirii conținutului unei instalații de biogaz este mult mai mare), deoarece se încălzește multă căldură pentru încălzirea pereților. Dar sistemul este întotdeauna disponibil pentru reparații, iar încălzirea este mai uniformă, deoarece mediul este încălzit de pe pereți. Un alt plus al acestei soluții este că agitatorii nu pot deteriora sistemul de încălzire.

Cum se izolează

În partea de jos a gropii, mai întâi se toarnă un strat de nisip de nivelare, apoi un strat termoizolant. Poate fi lut amestecat cu paie și lut expandat, zgură. Toate aceste componente pot fi amestecate, pot fi presărate în straturi separate. Acestea sunt nivelate la orizont, capacitatea instalației de biogaz este instalată.

Părțile laterale ale bioreactorului pot fi izolate cu materiale moderne sau metode clasice vechi. Din metodele de modă veche - acoperirea cu lut și paie. Se aplică în mai multe straturi.

Materialele moderne sunt folosite pentru izolarea bioreactoarelor

Din materiale moderne, puteți utiliza spumă de polistiren extrudat de înaltă densitate, blocuri de beton celular de densitate mică, spumă poliuretanică spumată... Cel mai avansat din punct de vedere tehnologic în acest caz este spuma poliuretanică (PPU), dar serviciile pentru aplicarea sa nu sunt ieftine. Dar rezultatul este o izolare termică fără sudură, care minimizează costurile de încălzire. Există încă un material termoizolant - sticla spumată. În plăci, este foarte scump, dar bătălia sau firimitul său costă foarte puțin și, în funcție de caracteristicile sale, este aproape perfect: nu absoarbe umezeala, nu se teme de îngheț, tolerează bine sarcinile statice, are o conductivitate termică scăzută.