Cum se produce biogaz din gunoi de grajd: o prezentare generală a principiilor de bază și a proiectării unei instalații de producție

Fermierii se confruntă anual cu problema eliminării gunoiului de grajd.Fondurile considerabile necesare pentru a organiza îndepărtarea și înmormântarea lui sunt irosite. Dar există o modalitate care îți permite nu numai să economisești banii, ci și să faci ca acest produs natural să te servească în beneficiul tău.

Proprietarii economisiți pun de mult în practică eco-tehnologia care face posibilă obținerea de biogaz din gunoi de grajd și utilizarea rezultatului drept combustibil.

Prin urmare, în materialul nostru vom vorbi despre tehnologia de producere a biogazului și vom vorbi, de asemenea, despre cum să construim o centrală de bioenergie.

Avantajele utilizării biotehnologiei

Tehnologie obţinerea de biocombustibili din diverse surse naturale nu este nou. Cercetările în acest domeniu au început la sfârșitul secolului al XVIII-lea și s-au dezvoltat cu succes în secolul al XIX-lea. În Uniunea Sovietică, prima centrală de bioenergie a fost creată în anii patruzeci ai secolului trecut.

Biotehnologiile au fost folosite de mult timp în multe țări, dar astăzi capătă o importanță deosebită. Din cauza deteriorării situației mediului de pe planetă și a costului ridicat al energiei, mulți își îndreaptă atenția către surse alternative de energie și căldură.

Tehnologia de procesare a gunoiului de grajd în biogaz face posibilă reducerea cantității de emisii nocive de metan în atmosferă și obținerea unei surse suplimentare de energie termică

Desigur, gunoiul de grajd este un îngrășământ foarte valoros, iar dacă în fermă sunt două vaci, atunci nu există probleme cu utilizarea lui. Este o chestiune diferită când vine vorba de fermele cu animale mari și mijlocii, unde se generează anual tone de material biologic urât mirositor și putrezitor.

Pentru ca gunoiul de grajd să se transforme în îngrășământ de înaltă calitate, sunt necesare zone cu un anumit regim de temperatură, iar aceasta este o cheltuială suplimentară. Prin urmare, mulți fermieri îl depozitează oriunde pot și apoi îl duc pe câmp.

În funcție de volumul de materii prime generate pe zi, trebuie selectate dimensiunile instalației și gradul de automatizare a acesteia.

Dacă nu sunt îndeplinite condițiile de depozitare, până la 40% din azot și cea mai mare parte a fosforului se evaporă din gunoi de grajd, ceea ce îi înrăutățește semnificativ indicatorii de calitate. În plus, gazul metan este eliberat în atmosferă, ceea ce are un impact negativ asupra situației de mediu a planetei.

Biotehnologiile moderne fac posibilă nu numai neutralizarea efectelor nocive ale metanului asupra mediului, ci și să-l facă să servească în beneficiul oamenilor, culegând în același timp beneficii economice considerabile. Ca urmare prelucrarea gunoiului de grajd produce biogaz, din care se pot obține apoi mii de kW de energie, iar deșeurile de producție reprezintă un îngrășământ anaerob foarte valoros.

Mecanismul de formare a gazelor din materii prime organice

Biogazul este o substanță volatilă fără culoare sau orice miros, care conține până la 70% metan. În ceea ce privește indicatorii săi de calitate, se abordează tipul tradițional de combustibil - gazul natural. Are o putere calorică bună, 1m³ biogazul produce atâta căldură cât se produce prin arderea unui kilogram și jumătate de cărbune.

Datorăm formarea biogazului bacteriilor anaerobe, care lucrează activ pentru a descompune materiile prime organice, care includ gunoi de grajd pentru animale de fermă, excremente de păsări și orice deșeu vegetal.

În autoproducția de biogaz se pot folosi excremente de păsări și deșeuri ale animalelor mici și mari. Materiile prime pot fi folosite sub formă pură sau sub formă de amestec care include iarbă, frunze, hârtie veche

Pentru a activa procesul, este necesar să se creeze condiții favorabile pentru viața bacteriilor. Ele ar trebui să fie similare cu cele în care microorganismele se dezvoltă într-un rezervor natural - în stomacul animalelor, unde este cald și nu există oxigen.

De fapt, acestea sunt cele două condiții principale care contribuie la transformarea miraculoasă a gunoiului de grajd putrezit în combustibil ecologic și îngrășăminte valoroase.

Pentru a produce biogaz, aveți nevoie de un reactor etanș, fără acces la aer, unde va avea loc procesul de fermentare a gunoiului de grajd și descompunerea acestuia în componente:

• metan (până la 70%);
• dioxid de carbon (aproximativ 30%);
• alte substante gazoase (1-2%).

Gazele rezultate se ridică în partea de sus a recipientului, de unde sunt apoi pompate, iar produsul rezidual se depune - îngrășământ organic de înaltă calitate, care, ca urmare a prelucrării, a reținut toate substanțele valoroase prezente în gunoi de grajd. - azot și fosfor și a pierdut o parte semnificativă din microorganismele patogene.

Reactorul pentru producerea de biogaz trebuie să aibă un design complet etanș în care să nu existe oxigen, altfel procesul de descompunere a gunoiului de grajd va fi extrem de lent

A doua condiție importantă pentru descompunerea efectivă a gunoiului de grajd și formarea biogazului este respectarea regimului de temperatură. Bacteriile care participă la proces sunt activate la temperaturi de la +30 de grade.

În plus, gunoiul de grajd conține două tipuri de bacterii:

• mezofilă. Activitatea lor de viață are loc la o temperatură de +30 – +40 de grade;
• termofilă. Pentru a le reproduce, este necesar să se mențină un regim de temperatură de +50 (+60) grade.

Timpul de prelucrare a materiilor prime în instalațiile de primul tip depinde de compoziția amestecului și variază de la 12 la 30 de zile. În același timp, 1 litru de suprafață utilă a reactorului produce 2 litri de biocombustibil. La utilizarea instalațiilor de al doilea tip, timpul de producție al produsului final este redus la trei zile, iar cantitatea de biogaz crește la 4,5 litri.

Eficiența plantelor termofile este vizibilă cu ochiul liber, cu toate acestea, costul întreținerii lor este foarte mare, așa că înainte de a alege una sau alta metodă de producere a biogazului, trebuie să calculați totul cu mare atenție.

În ciuda faptului că eficiența instalațiilor termofile este de zeci de ori mai mare, acestea sunt utilizate mult mai rar, deoarece menținerea temperaturilor ridicate în reactor este asociată cu costuri ridicate.

Întreținerea și întreținerea plantelor de tip mezofile este mai ieftină, așa că majoritatea fermelor le folosesc pentru a produce biogaz.

În ceea ce privește potențialul energetic, biogazul este ușor inferior combustibilului gazos convențional. Cu toate acestea, conține vapori de acid sulfuric, a căror prezență trebuie luată în considerare atunci când alegeți materialele pentru construcția instalației.

Calcule ale eficienței utilizării biogazului

Calculele simple vă vor ajuta să evaluați toate beneficiile utilizării biocombustibililor alternativi. O vaca cu o greutate de 500 kg produce aproximativ 35-40 kg de gunoi de grajd pe zi. Această sumă este suficientă pentru a obține aproximativ 1,5 m³ biogaz, din care se pot genera 3 kW/h de energie electrică.

Folosind datele din tabel, este ușor de calculat câți m³ biogazul poate fi obținut la ieșire în funcție de numărul de animale disponibile în fermă

Pentru a produce biocombustibil, puteți utiliza fie un tip de materie primă organică, fie amestecuri de mai multe componente cu o umiditate de 85-90%. Este important ca acestea să nu conțină impurități chimice străine care afectează negativ procesul de prelucrare.

Cea mai simplă rețetă pentru amestec a fost inventată încă din anul 2000 de un rus din regiunea Lipetsk, care a construit cu propriile mâini o instalație simplă pentru producerea de biogaz.A amestecat 1.500 kg de gunoi de vacă cu 3.500 kg de diverse deșeuri vegetale, a adăugat apă (aproximativ 65% din greutatea tuturor ingredientelor) și a încălzit amestecul la 35 de grade.

În două săptămâni, combustibilul gratuit este gata. Această mică instalație a produs 40 m³ gaz pe zi, care a fost suficient pentru a încălzi casa și anexele timp de șase luni.

Opțiuni pentru instalațiile de producție de biocombustibili

După efectuarea calculelor, trebuie să decideți cum să faceți instalația pentru a obține biogaz în conformitate cu nevoile fermei dumneavoastră. Dacă numărul de animale este mic, atunci cea mai simplă opțiune este potrivită, care este ușor de realizat cu propriile mâini din materialele disponibile.

Pentru fermele mari care au o sursă constantă de cantități mari de materii prime, se recomandă construirea unui sistem industrial automatizat de biogaz. În acest caz, este puțin probabil să se poată face fără implicarea specialiștilor care vor dezvolta proiectul și vor instala instalația la nivel profesional.

Diagrama arată clar cum funcționează un complex industrial automatizat pentru producerea de biogaz. Construcția de o asemenea scară poate fi organizată pentru mai multe ferme situate în apropiere

Astăzi există zeci de companii care pot oferi multe opțiuni: de la soluții gata făcute până la dezvoltarea unui proiect individual. Pentru a reduce costul construcției, puteți coopera cu fermele învecinate (dacă există în apropiere) și puteți construi o instalație pentru producerea de biogaz pentru toate acestea.

Trebuie remarcat faptul că, pentru a construi chiar și o instalație mică, este necesar să se întocmească documentele relevante, să se facă o diagramă tehnologică, un plan de amplasare a echipamentului și ventilație (dacă echipamentul este instalat în interior) și să treacă prin procedurile de aprobare. cu SES, inspecție la incendiu și gaze.

O mini-instalație pentru producția de gaze care să acopere nevoile unei mici gospodării private se poate realiza cu propriile mâini, concentrându-se pe proiectarea și proiectarea specifică a instalațiilor produse la scară industrială.

Proiectarea instalațiilor pentru procesarea gunoiului de grajd și a materiei organice vegetale în biogaz nu este complicată. Originalul produs de industrie este destul de potrivit ca șablon pentru a-ți construi propria mini-fabrică

Meșterii independenți care decid să-și construiască propria instalație trebuie să se aprovizioneze cu un recipient de apă, țevi din plastic de alimentare cu apă sau de canalizare, coturi de colț, etanșări și un cilindru pentru depozitarea gazului produs în instalație.

Caracteristicile sistemului de biogaz

O instalație completă de biogaz este un sistem complex format din:

1. Bioreactor, unde are loc procesul de descompunere a gunoiului de grajd;
2. Sistem automat de alimentare cu deșeuri organice;
3. Dispozitive de amestecare a biomasei;
4. Echipamente pentru menținerea condițiilor optime de temperatură;
5. Rezervoare de gaz – rezervoare de stocare a gazelor;
6. Recipient pentru deșeuri deșeuri solide.

Toate elementele de mai sus sunt instalate în instalații industriale care funcționează în regim automat. Reactoarele de uz casnic, de regulă, au un design mai simplificat.

Diagrama prezintă principalele componente ale unui sistem automat de biogaz.Volumul reactorului depinde de aportul zilnic de materii prime organice. Pentru ca instalația să funcționeze pe deplin, reactorul trebuie umplut până la două treimi din volumul său.

Principiul de funcționare al instalației

Elementul principal al sistemului este bioreactorul. Există mai multe opțiuni pentru implementarea sa, principalul lucru este de a asigura etanșeitatea structurii și de a preveni pătrunderea oxigenului. Poate fi realizat sub forma unui recipient metalic de diverse forme (de obicei cilindric), situat la suprafata. Adesea, rezervoarele de combustibil goale de 50 cc sunt folosite în aceste scopuri.

Puteți achiziționa containere pliabile gata făcute. Avantajul lor este capacitatea de a demonta rapid și, dacă este necesar, de a transporta în altă locație. Este indicat sa se foloseasca instalatii industriale de suprafata in ferme mari unde exista un aflux constant de cantitati mari de materii prime organice.

Pentru fermele mici, opțiunea de amplasare subterană a rezervorului este mai potrivită. Un buncăr subteran este construit din cărămidă sau beton. Puteți îngropa containere gata făcute în pământ, de exemplu, butoaie din metal, oțel inoxidabil sau PVC. De asemenea, este posibil să le amplasați superficial pe stradă sau într-o încăpere special amenajată, cu o bună ventilație.

Pentru a fabrica o instalație de producție de biogaz, puteți achiziționa containere din PVC gata făcute și le puteți instala într-o încăpere dotată cu sistem de ventilație.

Indiferent de unde și cum este amplasat reactorul, acesta este echipat cu un buncăr pentru încărcarea gunoiului de grajd. Înainte de a încărca materia primă, aceasta trebuie să fie supusă pregătirii preliminare: este zdrobită în fracțiuni nu mai mari de 0,7 mm și diluată cu apă. În mod ideal, umiditatea substratului ar trebui să fie de aproximativ 90%.

Instalațiile automate de tip industrial sunt echipate cu un sistem de alimentare cu materii prime, inclusiv un receptor în care amestecul este adus la nivelul de umiditate necesar, o conductă de alimentare cu apă și o unitate de pompare pentru pomparea masei în bioreactor.

În instalațiile casnice pentru pregătirea substratului se folosesc recipiente separate unde deșeurile sunt zdrobite și amestecate cu apă. Apoi masa este încărcată în compartimentul de primire. În reactoarele situate în subteran, buncărul pentru primirea substratului este scos la exterior, iar amestecul preparat curge gravitațional printr-o conductă în camera de fermentație.

Dacă reactorul este situat pe sol sau în interior, conducta de admisie cu dispozitivul de primire poate fi amplasată în partea inferioară a rezervorului. De asemenea, este posibil să aduceți țeava în sus și să puneți o priză pe gât. În acest caz, biomasa va trebui alimentată cu ajutorul unei pompe.

De asemenea, este necesar să se prevadă un orificiu de evacuare în bioreactor, care este realizat aproape în partea de jos a containerului, pe partea opusă a buncărului de intrare. Când este plasată în subteran, conducta de evacuare este instalată oblic în sus și duce la un recipient pentru deșeuri, în formă de cutie dreptunghiulară. Marginea sa superioară trebuie să fie sub nivelul orificiului de admisie.

Conductele de admisie și de evacuare sunt situate oblic în sus pe diferite părți ale rezervorului, în timp ce rezervorul de compensare în care intră deșeurile trebuie să fie sub buncărul de primire.

Procesul se desfășoară după cum urmează: buncărul de intrare primește un nou lot de substrat, care curge în reactor, în același timp aceeași cantitate de masă de deșeuri se ridică printr-o țeavă în recipientul de deșeuri, de unde ulterior este scoasă și utilizată. ca biofertilizant de înaltă calitate.

Biogazul este stocat într-un rezervor de gaz. Cel mai adesea este situat direct pe acoperișul reactorului și are forma unui dom sau con. Este realizat din fier de acoperiș, iar apoi, pentru a preveni procesele de coroziune, este vopsit cu mai multe straturi de vopsea în ulei.

În instalațiile industriale concepute pentru a produce cantități mari de gaz, rezervorul de gaz este adesea construit sub forma unui rezervor separat conectat la reactor printr-o conductă.

Gazul produs prin fermentare nu este potrivit pentru utilizare deoarece conține o cantitate mare de vapori de apă și nu va arde sub această formă. Pentru a-l purifica din fracțiunile de apă, gazul este trecut printr-un sigiliu de apă. Pentru a face acest lucru, o țeavă este scoasă din rezervorul de gaz, prin care biogazul intră într-un recipient cu apă, iar de acolo este furnizat consumatorilor printr-o țeavă din plastic sau metal.

Schema instalatiei amplasate in subteran. Orificiile de intrare și de evacuare ar trebui să fie situate pe părțile opuse ale recipientului. Există o etanșare cu apă deasupra reactorului prin care gazul rezultat este trecut la uscat.

În unele cazuri, pentru depozitarea gazului se folosesc pungi speciale pentru gaz din clorură de polivinil. Sacii se așează lângă instalație și se umplu treptat cu gaz.Pe măsură ce acestea sunt umplute, materialul elastic se umflă și volumul pungilor crește, permițându-vă să depozitați temporar mai mult din produsul final, dacă este necesar.

Condiții pentru funcționarea eficientă a unui bioreactor

Pentru funcționarea eficientă a instalației și eliberarea intensivă a biogazului, este necesară fermentarea uniformă a substratului organic. Amestecul trebuie să fie în mișcare constantă. În caz contrar, pe ea se formează o crustă, procesul de descompunere încetinește și, ca urmare, se produce mai puțin gaz decât sa calculat inițial.

Pentru a asigura amestecarea activă a biomasei, în partea superioară sau laterală a unui reactor obișnuit sunt instalate malaxoare submersibile sau înclinate echipate cu o acționare electrică. În instalațiile de casă, amestecarea se face mecanic folosind un dispozitiv care seamănă cu un mixer de uz casnic. Poate fi controlat manual sau echipat cu o acţionare electrică.

Când reactorul este poziționat vertical, mânerul agitatorului este situat în partea de sus a instalației. Dacă containerul este instalat orizontal, melcul este, de asemenea, amplasat într-un plan orizontal, iar mânerul este situat pe partea laterală a bioreactorului.

Una dintre cele mai importante condiții pentru producerea biogazului este menținerea temperaturii necesare în reactor. Încălzirea poate fi realizată în mai multe moduri. În instalațiile staționare se folosesc sisteme automate de încălzire, care se pornesc atunci când temperatura scade sub un nivel prestabilit și se opresc când se atinge temperatura necesară.

Poate fi folosit pentru incalzire cazane pe gaz, efectuați încălzire directă cu dispozitive electrice de încălzire sau construiți un element de încălzire în baza recipientului.

Pentru a reduce pierderile de căldură, se recomandă construirea unui cadru mic în jurul reactorului cu un strat de vată de sticlă sau acoperirea instalației cu izolație termică. Are proprietăți bune de izolare termică polistirenul expandat și celelalte soiuri ale acestuia.

Pentru a configura un sistem de încălzire cu biomasă, puteți rula o conductă de la sistemul de încălzire a locuinței, care este alimentat de reactor.

Determinarea volumului necesar

Volumul reactorului se determină pe baza cantității zilnice de gunoi de grajd produsă în fermă. De asemenea, este necesar să se țină cont de tipul de materie primă, de temperatură și de timpul de fermentare. Pentru ca instalația să funcționeze complet, recipientul este umplut la 85-90% din volum, cel puțin 10% trebuie să rămână liber pentru ca gazul să scape.

Procesul de descompunere a materiei organice într-o instalație mezofilă la o temperatură medie de 35 de grade durează de la 12 zile, după care se îndepărtează reziduurile fermentate și se umple reactorul cu o nouă porțiune de substrat. Deoarece deșeurile sunt diluate cu apă până la 90% înainte de a fi trimise în reactor, cantitatea de lichid trebuie luată în considerare și la determinarea sarcinii zilnice.

Pe baza indicatorilor dați, volumul reactorului va fi egal cu cantitatea zilnică de substrat preparat (dejecții de grajd cu apă) înmulțită cu 12 (timpul necesar descompunerii biomasei) și mărită cu 10% (volumul liber al recipientului).

Construcția unei structuri subterane

Acum să vorbim despre cea mai simplă instalare care vă permite să obțineți biogaz acasă la cel mai mic cost. Luați în considerare construirea unui sistem subteran. Pentru a o face, trebuie să săpați o groapă, baza și pereții acesteia sunt umplute cu beton de argilă expandată armat.

Deschiderile de intrare și de evacuare sunt situate pe părțile opuse ale camerei, unde sunt montate țevi înclinate pentru alimentarea substratului și pomparea masei reziduale.

Conducta de evacuare cu un diametru de aproximativ 7 cm ar trebui să fie amplasată aproape în partea de jos a buncărului, celălalt capăt al acestuia este montat într-un rezervor de compensare dreptunghiular în care vor fi pompate deșeurile. Conducta pentru alimentarea substratului este situata la aproximativ 50 cm de jos si are un diametru de 25-35 cm.Partea superioara a conductei intra in compartimentul pentru primirea materiilor prime.

Reactorul trebuie să fie complet etanș. Pentru a exclude posibilitatea pătrunderii aerului, recipientul trebuie acoperit cu un strat de hidroizolație cu bitum

Partea superioară a buncărului este un suport de gaz, care are o formă de cupolă sau con. Este realizat din foi metalice sau fier pentru acoperiș. De asemenea, puteți completa structura cu zidărie, care este apoi acoperită cu plasă de oțel și tencuită. Trebuie să faceți o trapă etanșă deasupra rezervorului de gaz, să îndepărtați conducta de gaz care trece prin etanșarea de apă și să instalați o supapă pentru a elibera presiunea gazului.

Pentru a amesteca substratul, puteți echipa instalația cu un sistem de drenaj care funcționează pe principiul barbotare. Pentru a face acest lucru, fixați vertical țevile de plastic în interiorul structurii, astfel încât marginea lor superioară să fie deasupra stratului de substrat. Faceți multe găuri în ele. Gazul sub presiune va cădea în jos, iar în sus, bulele de gaz vor amesteca biomasa în recipient.

Dacă nu doriți să construiți un buncăr din beton, puteți cumpăra un container din PVC gata făcut. Pentru a păstra căldura, acesta trebuie să fie înconjurat de un strat de izolație termică - spumă de polistiren. Fundul gropii este umplut cu un strat de 10 cm de beton armat.Rezervoarele din clorură de polivinil pot fi utilizate dacă volumul reactorului nu depășește 3 m3.

Concluzii și video util pe această temă

Veți învăța cum să faceți cea mai simplă instalare dintr-un butoi obișnuit dacă urmăriți videoclipul:

Puteți vedea cum are loc construcția unui reactor subteran în videoclip:

Cum este încărcat gunoiul de grajd într-o instalație subterană este prezentat în următorul videoclip:

O instalație pentru producerea de biogaz din gunoi de grajd vă va permite să economisiți semnificativ costurile de căldură și electricitate și să utilizați material organic, care este disponibil din abundență în fiecare fermă, pentru o cauză bună. Înainte de a începe construcția, totul trebuie să fie atent calculat și pregătit.

Cel mai simplu reactor poate fi realizat în câteva zile cu propriile mâini, folosind materialele disponibile. Dacă ferma este mare, atunci cel mai bine este să cumpărați o instalație gata făcută sau să contactați specialiști.

Dacă, în timp ce citiți informațiile prezentate, aveți întrebări sau aveți sugestii pe care doriți să le împărtășiți vizitatorilor site-ului, vă rugăm să lăsați comentarii în blocul de mai jos.