Hoe biogas uit mest te produceren: een overzicht van de basisprincipes en het ontwerp van een productie-installatie

Boeren worden jaarlijks geconfronteerd met het probleem van de mestafvoer.De aanzienlijke bedragen die nodig zijn om de verwijdering en begrafenis te organiseren, zijn verspild. Maar er is een manier waarmee u niet alleen uw geld kunt besparen, maar ook kunt zorgen dat dit natuurlijke product u ten goede komt.

Zuinige eigenaren brengen al lang ecotechnologie in de praktijk die het mogelijk maakt biogas uit mest te winnen en het resultaat als brandstof te gebruiken.

Daarom zullen we in ons materiaal praten over de technologie voor de productie van biogas, en we zullen ook praten over hoe je een bio-energiecentrale kunt bouwen.

Voordelen van het gebruik van biotechnologie

Technologie verkrijgen van biobrandstoffen uit verschillende natuurlijke bronnen is niet nieuw. Het onderzoek op dit gebied begon aan het einde van de 18e eeuw en ontwikkelde zich met succes in de 19e eeuw. In de Sovjet-Unie werd in de jaren veertig van de vorige eeuw de eerste bio-energiecentrale gerealiseerd.

Biotechnologieën worden in veel landen al lang gebruikt, maar tegenwoordig winnen ze aan bijzonder belang. Als gevolg van de verslechterende milieusituatie op aarde en de hoge energiekosten richten velen hun aandacht op alternatieve energie- en warmtebronnen.

De technologie voor het verwerken van mest tot biogas maakt het mogelijk om de hoeveelheid schadelijke methaanemissies in de atmosfeer te verminderen en een extra bron van thermische energie te verkrijgen

Mest is natuurlijk een zeer waardevolle meststof, en als er twee koeien op de boerderij zijn, zijn er geen problemen met het gebruik ervan. Anders is het als het gaat om boerderijen met groot en middelgroot vee, waar jaarlijks tonnen stinkend en rottend biologisch materiaal worden gegenereerd.

Om mest om te zetten in hoogwaardige meststof zijn gebieden met een bepaald temperatuurregime nodig, en dit is een extra kostenpost. Daarom slaan veel boeren het op waar ze maar kunnen en brengen het vervolgens naar de velden.

Afhankelijk van het volume aan grondstoffen dat per dag wordt gegenereerd, moeten de afmetingen van de installatie en de mate van automatisering worden gekozen

Als niet aan de opslagvoorwaarden wordt voldaan, verdampt tot 40% van de stikstof en het grootste deel van de fosfor uit mest, wat de kwaliteitsindicatoren aanzienlijk verslechtert. Bovendien komt methaangas vrij in de atmosfeer, wat een negatief effect heeft op de milieusituatie van de planeet.

Moderne biotechnologieën maken het niet alleen mogelijk om de schadelijke effecten van methaan op het milieu te neutraliseren, maar ook om het ten goede te laten komen aan de mens, terwijl het aanzienlijke economische voordelen oplevert. Als gevolg Bij het verwerken van mest ontstaat biogas, waaruit vervolgens duizenden kW aan energie kan worden gewonnen, en het productieafval vormt een zeer waardevolle anaerobe meststof.

Mechanisme van gasvorming uit organische grondstoffen

Biogas is een vluchtige stof zonder kleur of geur, die tot 70% methaan bevat. Wat de kwaliteitsindicatoren betreft, benadert het het traditionele type brandstof: aardgas. Heeft een goede calorische waarde, 1m³ Biogas produceert evenveel warmte als er ontstaat bij de verbranding van anderhalve kilo steenkool.

We hebben de vorming van biogas te danken aan anaërobe bacteriën, die actief werken aan de afbraak van organische grondstoffen, waaronder mest van landbouwhuisdieren, vogelpoep en eventueel plantaardig afval.

Bij de zelfproductie van biogas kunnen vogelpoep en afvalproducten van klein- en grootvee worden gebruikt. Grondstoffen kunnen in pure vorm worden gebruikt of in de vorm van een mengsel van onder andere gras, loof, oud papier

Om het proces te activeren, is het noodzakelijk om gunstige omstandigheden te creëren voor het leven van bacteriën. Ze moeten vergelijkbaar zijn met die waarin micro-organismen zich ontwikkelen in een natuurlijk reservoir - in de maag van dieren, waar het warm is en er geen zuurstof is.

Eigenlijk zijn dit de twee belangrijkste omstandigheden die bijdragen aan de wonderbaarlijke transformatie van rottende mest in milieuvriendelijke brandstof en waardevolle meststoffen.

Om biogas te produceren heb je een afgesloten reactor nodig zonder toegang tot lucht, waar het proces van fermentatie van mest en de ontbinding ervan in componenten zal plaatsvinden:

• methaan (tot 70%);
• kooldioxide (ongeveer 30%);
• andere gasvormige stoffen (1-2%).

De daarbij ontstane gassen stijgen naar de bovenkant van de container, vanwaar ze vervolgens worden weggepompt en het restproduct bezinkt - hoogwaardige organische meststof, die door de bewerking alle in de mest aanwezige waardevolle stoffen heeft behouden - stikstof en fosfor, en heeft een aanzienlijk deel van pathogene micro-organismen verloren.

De reactor voor de productie van biogas moet een volledig gesloten ontwerp hebben waarin geen zuurstof aanwezig is, anders zal het proces van afbraak van mest extreem langzaam verlopen

De tweede belangrijke voorwaarde voor een effectieve afbraak van mest en de vorming van biogas is het naleven van het temperatuurregime. Bacteriën die aan het proces deelnemen, worden geactiveerd bij temperaturen vanaf +30 graden.

Bovendien bevat mest twee soorten bacteriën:

• mesofiel. Hun levensactiviteit vindt plaats bij een temperatuur van +30 – +40 graden;
• thermofiel. Om ze te reproduceren, is het noodzakelijk om een ​​temperatuurregime van +50 (+60) graden te handhaven.

De verwerkingstijd van grondstoffen in installaties van het eerste type is afhankelijk van de samenstelling van het mengsel en varieert van 12 tot 30 dagen. Tegelijkertijd produceert 1 liter nuttig reactoroppervlak 2 liter biobrandstof. Bij gebruik van installaties van het tweede type wordt de productietijd van het eindproduct teruggebracht tot drie dagen en neemt de hoeveelheid biogas toe tot 4,5 liter.

De efficiëntie van thermofiele installaties is met het blote oog zichtbaar, maar de kosten van hun onderhoud zijn erg hoog, dus voordat je een of andere methode voor de productie van biogas kiest, moet je alles heel zorgvuldig berekenen

Ondanks het feit dat het rendement van thermofiele installaties tientallen malen hoger is, worden ze veel minder vaak gebruikt, omdat het handhaven van hoge temperaturen in de reactor met hoge kosten gepaard gaat.

Onderhoud en onderhoud van mesofiele planten is goedkoper, dus de meeste boerderijen gebruiken ze om biogas te produceren.

In termen van energiepotentieel is biogas iets slechter dan conventionele gasbrandstof. Het bevat echter zwavelzuurdampen, waarvan bij de keuze van materialen voor de constructie van de installatie rekening moet worden gehouden met de aanwezigheid ervan

Berekeningen van de efficiëntie van biogasgebruik

Met eenvoudige berekeningen kunt u alle voordelen van het gebruik van alternatieve biobrandstoffen evalueren. Eén koe van 500 kg produceert ongeveer 35-40 kg mest per dag. Deze hoeveelheid is voldoende om ongeveer 1,5 m te krijgen³ biogas, waaruit 3 kW/uur elektriciteit kan worden opgewekt.

Met behulp van de gegevens uit de tabel kunt u eenvoudig berekenen hoeveel m³ biogas kan aan de uitgang worden verkregen, afhankelijk van het aantal beschikbare dieren op het bedrijf

Voor de productie van biobrandstof kun je één soort organische grondstof gebruiken, of mengsels van meerdere componenten met een luchtvochtigheid van 85-90%. Het is belangrijk dat ze geen vreemde chemische onzuiverheden bevatten die het verwerkingsproces negatief beïnvloeden.

Het eenvoudigste recept voor het mengsel werd in 2000 uitgevonden door een Rus uit de regio Lipetsk, die met zijn eigen handen een eenvoudige installatie bouwde voor de productie van biogas.Hij mengde 1.500 kg koeienmest met 3.500 kg divers plantaardig afval, voegde water toe (ongeveer 65% van het gewicht van alle ingrediënten) en verwarmde het mengsel tot 35 graden.

Over twee weken staat de gratis brandstof klaar. Deze kleine installatie produceerde 40 m³ gas per dag, genoeg om het huis en de bijgebouwen zes maanden te verwarmen.

Opties voor productie-installaties voor biobrandstoffen

Nadat u de berekeningen heeft gemaakt, moet u beslissen hoe u de installatie gaat maken om biogas te verkrijgen in overeenstemming met de behoeften van uw bedrijf. Als het aantal dieren klein is, dan is de eenvoudigste optie geschikt, die gemakkelijk met uw eigen handen te maken is uit de beschikbare materialen.

Voor grote boerderijen die een constante bron van grote hoeveelheden grondstoffen hebben, is het raadzaam om een ​​industrieel geautomatiseerd biogassysteem te bouwen. In dit geval is het onwaarschijnlijk dat het mogelijk zal zijn om te doen zonder de betrokkenheid van specialisten die het project zullen ontwikkelen en de installatie op professioneel niveau zullen installeren.

Het diagram laat duidelijk zien hoe een industrieel geautomatiseerd complex voor de productie van biogas werkt. De bouw van een dergelijke schaal kan worden georganiseerd voor verschillende boerderijen in de buurt

Tegenwoordig zijn er tientallen bedrijven die veel opties kunnen bieden: van kant-en-klare oplossingen tot de ontwikkeling van een individueel project. Om de bouwkosten te verlagen, kunt u samenwerken met naburige boerderijen (als die in de buurt zijn) en één installatie bouwen voor de productie van biogas voor al deze boerderijen.

Opgemerkt moet worden dat om zelfs een kleine installatie te bouwen, het noodzakelijk is om de relevante documenten op te stellen, een technologisch diagram te maken, een plan voor de plaatsing van apparatuur en ventilatie (als de apparatuur binnenshuis wordt geïnstalleerd) en goedkeuringsprocedures te doorlopen met de SES, brand- en gasinspectie.

Een mini-installatie voor de productie van gas om in de behoeften van een klein particulier huishouden te voorzien, kan met uw eigen handen worden gemaakt, waarbij de nadruk ligt op het ontwerp en het specifieke ontwerp van installaties die op industriële schaal worden geproduceerd.

Het ontwerpen van installaties voor het verwerken van mest en plantaardig organische stof tot biogas is niet ingewikkeld. Het door de industrie geproduceerde origineel is heel geschikt als sjabloon voor het bouwen van je eigen minifabriek

Onafhankelijke vakmensen die besluiten hun eigen installatie te bouwen, moeten een watercontainer, watertoevoer- of rioolbuizen van kunststof, hoekbochten, afdichtingen en een cilinder in voorraad hebben voor de opslag van het in de installatie geproduceerde gas.

Kenmerken van het biogassysteem

Een complete biogasinstallatie is een complex systeem bestaande uit:

1. Bioreactor, waar het proces van afbraak van mest plaatsvindt;
2. Geautomatiseerd aanvoersysteem voor organisch afval;
3. Biomassamengapparatuur;
4. Apparatuur om optimale temperatuuromstandigheden te handhaven;
5. Gastanks – gasopslagtanks;
6. Ontvanger voor afval vast afval.

Alle bovenstaande elementen zijn geïnstalleerd in industriële installaties die in automatische modus werken. Huishoudreactoren hebben in de regel een eenvoudiger ontwerp.

Het diagram toont de belangrijkste componenten van een geautomatiseerd biogassysteem.Het volume van de reactor is afhankelijk van de dagelijkse inname van organische grondstoffen. Om de installatie volledig te kunnen laten functioneren, moet de reactor tot tweederde van zijn volume gevuld zijn.

Werkingsprincipe van de installatie

Het belangrijkste element van het systeem is de bioreactor. Er zijn verschillende opties voor de implementatie ervan, het belangrijkste is om de dichtheid van de structuur te garanderen en het binnendringen van zuurstof te voorkomen. Het kan worden gemaakt in de vorm van een metalen container met verschillende vormen (meestal cilindrisch), gelegen op het oppervlak. Vaak worden hiervoor lege brandstoftanks van 50 cc gebruikt.

U kunt kant-en-klare opvouwbare containers kopen. Hun voordeel is de mogelijkheid om snel te demonteren en indien nodig naar een andere locatie te transporteren. Op grote boerderijen waar een constante toestroom is van grote hoeveelheden organische grondstoffen is het raadzaam om industriële oppervlakte-installaties toe te passen.

Voor kleine boerderijen is de mogelijkheid om de tank ondergronds te plaatsen geschikter. Een ondergrondse bunker is gebouwd van baksteen of beton. U kunt kant-en-klare containers in de grond begraven, bijvoorbeeld vaten van metaal, roestvrij staal of PVC. Het is ook mogelijk om ze oppervlakkig op straat te plaatsen of in een speciaal daarvoor bestemde ruimte met goede ventilatie.

Om een ​​biogasproductie-installatie te vervaardigen, kunt u kant-en-klare PVC-containers kopen en deze in een ruimte met een ventilatiesysteem installeren

Ongeacht waar en hoe de reactor zich bevindt, deze is voorzien van een bunker voor het laden van mest. Voordat de grondstof wordt geladen, moet deze een voorbereidende voorbereiding ondergaan: deze wordt vermalen in fracties die niet groter zijn dan 0,7 mm en verdund met water. Idealiter zou de substraatvochtigheid ongeveer 90% moeten zijn.

Geautomatiseerde industriële installaties zijn uitgerust met een grondstoftoevoersysteem, inclusief een ontvanger waarin het mengsel op het vereiste vochtniveau wordt gebracht, een watertoevoerleiding en een pompeenheid om de massa in de bioreactor te pompen.

In huisinstallaties voor het voorbereiden van het substraat worden aparte containers gebruikt waarin het afval wordt vermalen en gemengd met water. Vervolgens wordt de massa in het ontvangstcompartiment geladen. In ondergrondse reactoren wordt de trechter voor het ontvangen van het substraat naar buiten gebracht en stroomt het bereide mengsel door de zwaartekracht door een pijpleiding de fermentatiekamer in.

Als de reactor zich op de grond of binnenshuis bevindt, kan de inlaatleiding met de opvanginrichting zich in de onderkant van de tank bevinden. Het is ook mogelijk om de pijp naar boven te brengen en een mof op de nek te plaatsen. In dit geval zal de biomassa met behulp van een pomp moeten worden aangevoerd.

Het is ook noodzakelijk om een ​​uitlaatgat in de bioreactor aan te brengen, dat bijna op de bodem van de container aan de andere kant van de invoertrechter wordt gemaakt. Bij ondergrondse plaatsing wordt de afvoerleiding schuin naar boven geïnstalleerd en komt uit op een afvalbak in de vorm van een rechthoekige doos. De bovenrand moet zich onder het niveau van de inlaat bevinden.

De inlaat- en uitlaatleidingen bevinden zich schuin naar boven aan verschillende zijden van de tank, terwijl de compensatietank waarin het afval binnenkomt zich onder de opvangtrechter moet bevinden

Het proces verloopt als volgt: de invoerhopper ontvangt een nieuwe partij substraat, die de reactor instroomt, tegelijkertijd stijgt dezelfde hoeveelheid afvalmassa via een leiding de afvalontvanger in, vanwaar het vervolgens wordt uitgeschept en gebruikt. als hoogwaardige biomeststof.

Biogas wordt opgeslagen in een gastank. Meestal bevindt het zich direct op het dak van de reactor en heeft het de vorm van een koepel of kegel. Het is gemaakt van dakijzer en vervolgens, om corrosieprocessen te voorkomen, geverfd met verschillende lagen olieverf.

In industriële installaties die zijn ontworpen om grote hoeveelheden gas te produceren, wordt de gastank vaak gebouwd in de vorm van een afzonderlijke tank die via een pijpleiding met de reactor is verbonden.

Het door de fermentatie geproduceerde gas is niet geschikt voor gebruik omdat het een grote hoeveelheid waterdamp bevat en in deze vorm niet zal verbranden. Om het te zuiveren van waterfracties wordt het gas door een waterslot geleid. Om dit te doen, wordt een pijp uit de gastank verwijderd, waardoor het biogas in een container met water terechtkomt, en van daaruit via een plastic of metalen buis aan de consument wordt geleverd.

Installatieschema ondergronds. De inlaat- en uitlaatopeningen moeten zich aan weerszijden van de container bevinden. Er bevindt zich een waterslot boven de reactor waardoor het resulterende gas wordt geleid om te drogen.

In sommige gevallen worden speciale gashouderzakken van polyvinylchloride gebruikt om gas op te slaan. De zakken worden naast de installatie geplaatst en geleidelijk gevuld met gas.Naarmate ze gevuld worden, blaast het elastische materiaal op en neemt het volume van de zakken toe, waardoor u indien nodig tijdelijk meer van het eindproduct kunt opslaan.

Voorwaarden voor een efficiënte werking van een bioreactor

Voor een efficiënte werking van de installatie en een intensieve afgifte van biogas is een uniforme vergisting van het organische substraat noodzakelijk. Het mengsel moet voortdurend in beweging zijn. Anders vormt zich er een korst op, vertraagt ​​het ontbindingsproces en wordt er minder gas geproduceerd dan aanvankelijk berekend.

Om een ​​actieve menging van de biomassa te garanderen, worden in het bovenste of zijgedeelte van een typische reactor dompel- of schuine mengers uitgerust met een elektrische aandrijving geïnstalleerd. In zelfgemaakte installaties wordt het mengen mechanisch gedaan met behulp van een apparaat dat lijkt op een huishoudelijke mixer. Hij kan handmatig worden bediend of worden uitgerust met een elektrische aandrijving.

Wanneer de reactor verticaal wordt geplaatst, bevindt de roerhandgreep zich bovenaan de installatie. Als de container horizontaal wordt geïnstalleerd, bevindt de vijzel zich ook in een horizontaal vlak en bevindt de handgreep zich aan de zijkant van de bioreactor

Eén van de belangrijkste voorwaarden voor de productie van biogas is het op peil houden van de benodigde temperatuur in de reactor. Verwarming kan op verschillende manieren worden bereikt. In stationaire installaties worden geautomatiseerde verwarmingssystemen gebruikt, die worden ingeschakeld wanneer de temperatuur onder een vooraf bepaald niveau daalt en worden uitgeschakeld wanneer de gewenste temperatuur wordt bereikt.

Kan gebruikt worden voor verwarming gasketelsVoer directe verwarming uit met elektrische verwarmingsapparaten of bouw een verwarmingselement in de bodem van de container.

Om het warmteverlies te beperken wordt aanbevolen om rond de reactor een klein frame te bouwen met een laag glaswol of de installatie af te dekken met thermische isolatie. Heeft goede thermische isolatie-eigenschappen geëxpandeerd polystyreen en andere varianten ervan.

Om een ​​biomassaverwarmingssysteem op te zetten, kunt u een pijpleiding laten lopen vanaf het verwarmingssysteem van het huis, dat wordt aangedreven door de reactor

Bepalen van het benodigde volume

Het volume van de reactor wordt bepaald op basis van de dagelijkse hoeveelheid mest die op het bedrijf wordt geproduceerd. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met het type grondstof, de temperatuur en de fermentatietijd. Om de installatie volledig te laten werken, is de container gevuld tot 85-90% van het volume, minimaal 10% moet vrij blijven om gas te laten ontsnappen.

Het proces van afbraak van organisch materiaal in een mesofiele installatie bij een gemiddelde temperatuur van 35 graden duurt vanaf 12 dagen, waarna de gefermenteerde resten worden verwijderd en de reactor wordt gevuld met een nieuw deel van het substraat. Omdat afval tot 90% wordt verdund met water voordat het naar de reactor wordt gestuurd, moet bij het bepalen van de dagelijkse belasting ook rekening worden gehouden met de hoeveelheid vloeistof.

Op basis van de gegeven indicatoren zal het volume van de reactor gelijk zijn aan de dagelijkse hoeveelheid bereid substraat (mest met water) vermenigvuldigd met 12 (de tijd nodig voor de afbraak van biomassa) en verhoogd met 10% (vrij volume van de container).

Bouw van een ondergrondse structuur

Laten we het nu hebben over de eenvoudigste installatie die u kunt krijgen biogas thuis tegen de laagste kosten. Overweeg om een ​​ondergronds systeem aan te leggen. Om het te maken, moet je een gat graven, de basis en de muren zijn gevuld met versterkt geëxpandeerd kleibeton.

Aan weerszijden van de kamer bevinden zich inlaat- en uitlaatopeningen, waar schuine leidingen zijn gemonteerd voor de aanvoer van substraat en het wegpompen van de afvalmassa.

De uitlaatpijp met een diameter van ongeveer 7 cm moet zich vrijwel helemaal onderaan de bunker bevinden, het andere uiteinde is gemonteerd in een rechthoekige compensatietank waarin afval wordt gepompt. De pijpleiding voor de aanvoer van het substraat bevindt zich ongeveer 50 cm van de bodem en heeft een diameter van 25-35 cm en het bovenste deel van de pijp komt het compartiment binnen voor de ontvangst van grondstoffen.

De reactor moet volledig afgesloten zijn. Om de mogelijkheid van het binnendringen van lucht uit te sluiten, moet de container worden afgedekt met een laag bitumenwaterdichting

Het bovenste deel van de bunker is een gashouder, die een koepel- of kegelvorm heeft. Het is gemaakt van metalen platen of dakijzer. Je kunt de constructie ook voltooien met metselwerk, dat vervolgens wordt bedekt met staalgaas en wordt gepleisterd. U moet een afgedicht luik bovenop de gastank maken, de gasleiding verwijderen die door het waterslot gaat en een klep installeren om de gasdruk te ontlasten.

Om het substraat te mengen, kunt u de installatie uitrusten met een drainagesysteem dat werkt volgens het bubbelprincipe. Om dit te doen, bevestigt u kunststofbuizen verticaal in de structuur, zodat hun bovenrand zich boven de substraatlaag bevindt. Maak er veel gaten in. Gas onder druk zal naar beneden vallen, en bij het opstijgen zullen gasbellen de biomassa in de container vermengen.

Als u geen betonnen bunker wilt bouwen, kunt u een kant-en-klare PVC-container kopen. Om de warmte vast te houden, moet deze worden omgeven door een laag thermische isolatie - polystyreenschuim. De bodem van de put is gevuld met een laag gewapend beton van 10 cm.Tanks gemaakt van polyvinylchloride kunnen worden gebruikt als het reactorvolume niet groter is dan 3 m3.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Je leert hoe je de eenvoudigste installatie uit een gewoon vat kunt maken als je de video bekijkt:

Hoe de bouw van een ondergrondse reactor plaatsvindt, zie je in de video:

Hoe mest in een ondergrondse installatie wordt geladen, is te zien in de volgende video:

Met een installatie voor de productie van biogas uit mest kunt u aanzienlijk besparen op de warmte- en elektriciteitskosten en kunt u organisch materiaal, dat op elke boerderij in overvloed aanwezig is, gebruiken voor een goed doel. Voordat met de bouw wordt begonnen, moet alles zorgvuldig worden berekend en voorbereid.

De eenvoudigste reactor kan in een paar dagen met uw eigen handen worden gemaakt met behulp van de beschikbare materialen. Als de boerderij groot is, kunt u het beste een kant-en-klare installatie kopen of contact opnemen met specialisten.

Als u tijdens het lezen van de gepresenteerde informatie vragen heeft of suggesties heeft die u graag met bezoekers van de site wilt delen, kunt u een reactie achterlaten in het onderstaande blok.