Kako proizvesti bioplin iz gnoja: pregled osnovnih principov in načrtovanja proizvodnega obrata

Kmetje se vsako leto srečujejo s problemom odlaganja gnoja.Precej sredstev, ki so potrebna za organizacijo njegove odstranitve in pokopa, so zapravljena. Toda obstaja način, ki vam omogoča, da ne le prihranite svoj denar, ampak tudi, da vam ta naravni izdelek služi v vašo korist.

Varčni lastniki že dolgo uvajajo v prakso ekološko tehnologijo, ki omogoča pridobivanje bioplina iz gnoja in njegovo uporabo kot gorivo.

Zato bomo v našem gradivu govorili o tehnologiji za proizvodnjo bioplina, govorili pa bomo tudi o tem, kako zgraditi bioenergano.

Prednosti uporabe biotehnologije

tehnologija pridobivanje biogoriva iz različnih naravnih virov ni novost. Raziskave na tem področju so se začele konec 18. stoletja in se uspešno razvile v 19. stoletju. V Sovjetski zvezi so prvo bioenergetsko napravo zgradili v štiridesetih letih prejšnjega stoletja.

Biotehnologije se že dolgo uporabljajo v mnogih državah, danes pa dobivajo še posebej velik pomen. Zaradi vse slabše okoljske situacije na planetu in visokih stroškov energije se mnogi usmerjajo v alternativne vire energije in toplote.

Tehnologija predelave gnoja v bioplin omogoča zmanjšanje količine škodljivih izpustov metana v ozračje in pridobivanje dodatnega vira toplotne energije.

Seveda je gnoj zelo dragoceno gnojilo in če sta na kmetiji dve kravi, potem z njegovo uporabo ni težav. Drugače pa gre za kmetije z veliko in srednje veliko živino, kjer na leto nastanejo na tone smrdljivega in gnijočega biološkega materiala.

Da se gnoj spremeni v visokokakovostno gnojilo, so potrebna območja z določenim temperaturnim režimom, kar je dodaten strošek. Zato ga mnogi kmetje shranijo, kjer lahko, in ga nato odnesejo na polja.

Glede na količino ustvarjenih surovin na dan je treba izbrati dimenzije naprave in stopnjo njene avtomatizacije.

Če pogoji skladiščenja niso izpolnjeni, do 40% dušika in večina fosforja izhlapi iz gnoja, kar bistveno poslabša njegove kakovostne kazalnike. Poleg tega se v ozračje sprošča plin metan, ki negativno vpliva na okoljske razmere na planetu.

Sodobne biotehnologije omogočajo ne le nevtralizacijo škodljivih vplivov metana na okolje, temveč tudi njegovo uporabo v dobrobit ljudi, hkrati pa prinaša znatne gospodarske koristi. Kot rezultat predelava gnoja proizvaja bioplin, iz katerega je nato mogoče pridobiti na tisoče kW energije, proizvodni odpadek pa predstavlja zelo dragoceno anaerobno gnojilo.

Mehanizem nastajanja plinov iz organskih surovin

Bioplin je hlapna snov brez barve in vonja, ki vsebuje do 70 % metana. Po svojih kakovostnih kazalnikih se približuje tradicionalni vrsti goriva - zemeljskemu plinu. Ima dobro kalorično vrednost, 1m³ bioplin proizvede toliko toplote, kot je nastane pri sežigu kilograma in pol premoga.

Nastanek bioplina dolgujemo anaerobnim bakterijam, ki se aktivno ukvarjajo z razgradnjo organskih surovin, kamor sodijo gnoj domačih živali, ptičji iztrebki in morebitni rastlinski odpadki.

Pri lastni proizvodnji bioplina se lahko uporabljajo ptičji iztrebki in odpadki male in velike živine. Surovine se lahko uporabljajo v čisti obliki ali v obliki mešanice, ki vključuje travo, listje, star papir.

Za aktiviranje procesa je treba ustvariti ugodne pogoje za življenje bakterij. Biti morajo podobni tistim, v katerih se mikroorganizmi razvijejo v naravnem rezervoarju – v želodcu živali, kjer je toplo in ni kisika.

Pravzaprav sta to dva glavna pogoja, ki prispevata k čudežni pretvorbi gnilega gnoja v okolju prijazno gorivo in dragocena gnojila.

Za proizvodnjo bioplina potrebujete zaprt reaktor brez dostopa do zraka, kjer bo potekal proces fermentacije gnoja in njegove razgradnje na komponente:

• metan (do 70%);
• ogljikov dioksid (približno 30%);
• druge plinaste snovi (1-2%).

Nastali plini se dvignejo na vrh posode, od koder se nato izčrpajo, navzdol pa se usede ostanek – visokokakovostno organsko gnojilo, ki je zaradi predelave ohranilo vse dragocene snovi v gnoju. - dušika in fosforja ter je izgubil pomemben del patogenih mikroorganizmov.

Reaktor za proizvodnjo bioplina mora imeti popolnoma zaprto konstrukcijo, v kateri ni kisika, sicer bo proces razgradnje gnoja izjemno počasen.

Drugi pomemben pogoj za učinkovito razgradnjo gnoja in tvorbo bioplina je skladnost s temperaturnim režimom. Bakterije, ki sodelujejo v procesu, se aktivirajo pri temperaturah od +30 stopinj.

Poleg tega gnoj vsebuje dve vrsti bakterij:

• mezofilni. Njihova življenjska aktivnost poteka pri temperaturi +30 - +40 stopinj;
• termofilne. Za njihovo razmnoževanje je potrebno vzdrževati temperaturni režim +50 (+60) stopinj.

Čas obdelave surovin v napravah prve vrste je odvisen od sestave mešanice in se giblje od 12 do 30 dni. Hkrati 1 liter uporabne površine reaktorja proizvede 2 litra biogoriva. Pri uporabi naprav druge vrste se čas proizvodnje končnega izdelka skrajša na tri dni, količina bioplina pa se poveča na 4,5 litra.

Učinkovitost termofilnih naprav je vidna s prostim očesom, vendar so stroški njihovega vzdrževanja zelo visoki, zato morate pred izbiro enega ali drugega načina pridobivanja bioplina vse zelo natančno izračunati.

Kljub dejstvu, da je učinkovitost termofilnih naprav desetkrat večja, se uporabljajo veliko manj pogosto, saj je vzdrževanje visokih temperatur v reaktorju povezano z visokimi stroški.

Vzdrževanje in vzdrževanje naprav mezofilnega tipa je cenejše, zato jih večina kmetij uporablja za proizvodnjo bioplina.

Glede energetskega potenciala je bioplin nekoliko slabši od klasičnega plinskega goriva. Vsebuje pa hlape žveplove kisline, katerih prisotnost je treba upoštevati pri izbiri materialov za gradnjo naprave.

Izračuni učinkovitosti rabe bioplina

Preprosti izračuni vam bodo pomagali oceniti vse prednosti uporabe alternativnih biogoriv. Ena krava, težka 500 kg, proizvede približno 35-40 kg gnoja na dan. Ta količina zadostuje za približno 1,5 m³ bioplin, iz katerega lahko proizvedemo 3 kW/h električne energije.

S pomočjo podatkov iz tabele je enostavno izračunati, koliko m³ bioplin lahko pridobimo na izhodu v skladu s številom živine, ki je na kmetiji

Za pridobivanje biogoriva lahko uporabite eno vrsto organske surovine ali mešanice več komponent z vlažnostjo 85-90%. Pomembno je, da ne vsebujejo tujih kemičnih nečistoč, ki negativno vplivajo na proces predelave.

Najenostavnejši recept za mešanico je leta 2000 izumil Rus iz regije Lipetsk, ki je z lastnimi rokami zgradil preprosto napravo za proizvodnjo bioplina.1500 kg kravjega gnoja je zmešal s 3500 kg različnih rastlinskih odpadkov, dodal vodo (približno 65 % teže vseh sestavin) in mešanico segrel na 35 stopinj.

V dveh tednih je brezplačno gorivo pripravljeno. Ta majhna naprava je proizvedla 40 m³ plina na dan, kar je zadostovalo za ogrevanje hiše in gospodarskih poslopij za šest mesecev.

Možnosti obratov za proizvodnjo biogoriv

Po opravljenih izračunih se morate odločiti, kako boste izvedli instalacijo za pridobivanje bioplina v skladu s potrebami vaše kmetije. Če je število živine majhno, je primerna najpreprostejša možnost, ki jo je enostavno narediti z lastnimi rokami iz razpoložljivih materialov.

Za velike kmetije, ki imajo stalen vir velikih količin surovin, je priporočljiva izgradnja industrijskega avtomatiziranega bioplinskega sistema. V tem primeru je malo verjetno, da bo mogoče storiti brez sodelovanja strokovnjakov, ki bodo razvili projekt in namestili namestitev na profesionalni ravni.

Diagram jasno prikazuje, kako deluje industrijski avtomatiziran kompleks za proizvodnjo bioplina. Gradnjo takšnega obsega je mogoče organizirati za več kmetij v bližini

Danes obstaja na desetine podjetij, ki lahko ponudijo veliko možnosti: od že pripravljenih rešitev do razvoja posameznega projekta. Za zmanjšanje stroškov gradnje lahko sodelujete s sosednjimi kmetijami (če so v bližini) in za vse zgradite eno napravo za proizvodnjo bioplina.

Treba je opozoriti, da je za izgradnjo celo majhne naprave potrebno sestaviti ustrezne dokumente, narediti tehnološki diagram, načrt za namestitev opreme in prezračevanje (če je oprema nameščena v zaprtih prostorih) in opraviti postopke odobritve. z SES, požarno in plinsko inšpekcijo.

Mini obrat za proizvodnjo plina za potrebe majhnega zasebnega gospodinjstva lahko izdelate z lastnimi rokami, pri čemer se osredotočite na zasnovo in specifično zasnovo naprav, proizvedenih v industrijskem obsegu.

Zasnova naprav za predelavo gnoja in rastlinskih organskih snovi v bioplin ni zapletena. Izvirnik, ki ga proizvaja industrija, je povsem primeren kot predloga za gradnjo lastne mini tovarne

Samostojni mojstri, ki se odločijo za lastno gradnjo inštalacije, se morajo založiti s posodo za vodo, vodovodnimi ali kanalizacijskimi plastičnimi cevmi, kotnimi loki, tesnili in jeklenko za shranjevanje plina, ki nastaja v inštalaciji.

Značilnosti bioplinskega sistema

Popolna bioplinarna je kompleksen sistem, ki ga sestavljajo:

1. Bioreaktor, kjer poteka proces razgradnje gnoja;
2. Avtomatiziran sistem za oskrbo z organskimi odpadki;
3. Naprave za mešanje biomase;
4. Oprema za vzdrževanje optimalnih temperaturnih pogojev;
5. Rezervoarji za plin – rezervoarji za shranjevanje plina;
6. Sprejemnik trdnih odpadkov.

Vsi zgoraj navedeni elementi so nameščeni v industrijskih napravah, ki delujejo v avtomatskem načinu. Gospodinjski reaktorji imajo praviloma bolj poenostavljeno zasnovo.

Diagram prikazuje glavne komponente avtomatiziranega bioplinskega sistema.Prostornina reaktorja je odvisna od dnevnega vnosa organskih surovin. Za polno delovanje naprave mora biti reaktor napolnjen do dveh tretjin prostornine.

Načelo delovanja namestitve

Glavni element sistema je bioreaktor. Obstaja več možnosti za njegovo izvedbo, glavna stvar je zagotoviti tesnost strukture in preprečiti vdor kisika. Lahko je izdelan v obliki kovinske posode različnih oblik (običajno cilindrične), ki se nahaja na površini. Pogosto se za te namene uporabljajo 50 cc prazni rezervoarji za gorivo.

Kupite lahko že pripravljene zložljive posode. Njihova prednost je možnost hitre demontaže in po potrebi transporta na drugo lokacijo. Priporočljivo je uporabljati industrijske površinske naprave na velikih kmetijah, kjer je stalen dotok velikih količin ekoloških surovin.

Za majhne kmetije je primernejša možnost podzemne postavitve rezervoarja. Podzemni bunker je zgrajen iz opeke ali betona. V zemljo lahko zakopljete že pripravljene posode, na primer sode iz kovine, nerjavečega jekla ali PVC. Možno jih je postaviti tudi površinsko na ulici ali v posebej določenem prostoru z dobrim prezračevanjem.

Za izdelavo bioplinske naprave lahko kupite že pripravljene PVC posode in jih namestite v prostor, opremljen s prezračevalnim sistemom.

Ne glede na to, kje in kako se reaktor nahaja, je opremljen z bunkerjem za nalaganje gnoja. Pred nalaganjem surovine je treba predhodno pripraviti: zdrobimo jo na frakcije, ki niso večje od 0,7 mm, in razredčimo z vodo. V idealnem primeru mora biti vlažnost substrata približno 90%.

Avtomatizirane naprave industrijskega tipa so opremljene s sistemom za oskrbo s surovinami, vključno s sprejemnikom, v katerem se zmes dovede do zahtevane vlažnosti, cevovodom za dovod vode in črpalno enoto za črpanje mase v bioreaktor.

V domačih napravah za pripravo substrata se uporabljajo ločene posode, kjer se odpadki zdrobijo in pomešajo z vodo. Nato maso naložimo v sprejemni prostor. V reaktorjih, ki se nahajajo pod zemljo, se lijak za sprejem substrata dvigne ven, pripravljena mešanica pa teče gravitacijsko po cevovodu v fermentacijsko komoro.

Če je reaktor nameščen na tleh ali v zaprtih prostorih, se dovodna cev s sprejemno napravo lahko nahaja na spodnji strani rezervoarja. Prav tako je mogoče cev pripeljati do vrha in na njen vrat namestiti nastavek. V tem primeru je treba biomaso dovajati s črpalko.

V bioreaktorju je treba predvideti tudi izhodno luknjo, ki je narejena skoraj na dnu posode na nasprotni strani od vstopnega lijaka. Pri podzemni postavitvi je odvodna cev nameščena poševno navzgor in vodi do posode za odpadke v obliki pravokotne škatle. Njegov zgornji rob mora biti pod nivojem vstopne odprtine.

Dovodna in odvodna cev sta nameščeni poševno navzgor na različnih straneh rezervoarja, medtem ko mora biti kompenzacijski rezervoar, v katerega vstopajo odpadki, pod sprejemnim lijakom.

Postopek poteka na naslednji način: v vhodni lijak se sprejme nova serija substrata, ki teče v reaktor, istočasno se enaka količina odpadne mase po cevi dvigne v sprejemnik odpadkov, od koder se nato izloči in uporabi. kot visoko kakovostno biognojilo.

Bioplin je shranjen v rezervoarju za plin. Najpogosteje se nahaja neposredno na strehi reaktorja in ima obliko kupole ali stožca. Izdelan je iz strešnega železa, nato pa je zaradi preprečitve korozijskih procesov prebarvan z več plastmi oljne barve.

V industrijskih napravah za proizvodnjo velikih količin plina je rezervoar za plin pogosto izdelan v obliki ločenega rezervoarja, ki je z reaktorjem povezan s cevovodom.

Plin, ki nastane pri fermentaciji, ni primeren za uporabo, ker vsebuje veliko količino vodne pare in v tej obliki ne gori. Za čiščenje vodnih frakcij se plin spusti skozi vodno tesnilo. Za to se iz rezervoarja za plin odstrani cev, skozi katero bioplin vstopi v posodo z vodo, od tam pa se po plastični ali kovinski cevi dovaja potrošnikom.

Shema namestitve, ki se nahaja pod zemljo. Vhodne in izstopne odprtine naj bodo nameščene na nasprotnih straneh posode. Nad reaktorjem je vodna zapora, skozi katero se nastali plin prepušča, da se posuši.

V nekaterih primerih se za shranjevanje plina uporabljajo posebne vrečke iz polivinilklorida. Vreče namestimo ob inštalacijo in postopoma polnimo s plinom.Ko se polnijo, se elastični material napihne in prostornina vrečk se poveča, kar vam omogoča, da po potrebi začasno shranite več končnega izdelka.

Pogoji za učinkovito delovanje bioreaktorja

Za učinkovito delovanje naprave in intenzivno sproščanje bioplina je potrebna enakomerna fermentacija organskega substrata. Mešanica mora biti v stalnem gibanju. V nasprotnem primeru se na njej naredi skorja, proces razgradnje se upočasni, posledično pa nastane manj plina, kot je bilo sprva izračunano.

Da bi zagotovili aktivno mešanje biomase, so v zgornjem ali stranskem delu tipičnega reaktorja nameščeni potopni ali nagnjeni mešalniki, opremljeni z električnim pogonom. Pri domačih napravah se mešanje izvaja mehansko z uporabo naprave, ki spominja na gospodinjski mešalnik. Lahko se upravlja ročno ali pa je opremljen z električnim pogonom.

Ko je reaktor postavljen navpično, se ročaj mešala nahaja na vrhu namestitve. Če je posoda nameščena vodoravno, je tudi polž nameščen v vodoravni ravnini, ročaj pa je nameščen na strani bioreaktorja.

Eden najpomembnejših pogojev za pridobivanje bioplina je vzdrževanje potrebne temperature v reaktorju. Ogrevanje je možno na več načinov. V stacionarnih napravah se uporabljajo avtomatizirani ogrevalni sistemi, ki se vklopijo, ko temperatura pade pod vnaprej določeno raven, in izklopijo, ko je dosežena zahtevana temperatura.

Lahko se uporablja za ogrevanje plinski kotli, izvajati direktno segrevanje z električnimi grelci ali v dno posode vgraditi grelno telo.

Za zmanjšanje toplotnih izgub je priporočljivo okoli reaktorja zgraditi majhen okvir s plastjo steklene volne ali pokriti instalacijo s toplotno izolacijo. Ima dobre toplotnoizolacijske lastnosti ekspandiran polistiren in njegove druge sorte.

Za postavitev ogrevalnega sistema na biomaso lahko iz domačega ogrevalnega sistema napeljete cevovod, ki ga napaja reaktor.

Določitev zahtevane prostornine

Prostornina reaktorja je določena glede na dnevno količino gnoja, proizvedenega na kmetiji. Upoštevati je treba tudi vrsto surovine, temperaturo in čas fermentacije. Za polno delovanje naprave je posoda napolnjena do 85-90% prostornine, vsaj 10% mora ostati prostega za uhajanje plina.

Proces razgradnje organske snovi v mezofilni napravi pri povprečni temperaturi 35 stopinj traja od 12 dni, nato se odstranijo fermentirani ostanki in reaktor napolni z novo količino substrata. Ker se odpadki pred oddajo v reaktor razredčijo z vodo do 90 %, je treba pri določanju dnevne obremenitve upoštevati tudi količino tekočine.

Glede na dane kazalnike bo prostornina reaktorja enaka dnevni količini pripravljenega substrata (gnoj z vodo) pomnoženi z 12 (potreben čas za razgradnjo biomase) in povečani za 10 % (prosta prostornina posode).

Gradnja podzemne konstrukcije

Zdaj pa se pogovorimo o najpreprostejši namestitvi, ki vam omogoča, da dobite bioplin doma po najnižji ceni. Razmislite o izgradnji podzemnega sistema. Če želite to narediti, morate izkopati luknjo, njeno dno in stene so napolnjene z armiranim ekspandiranim glinenim betonom.

Na nasprotnih straneh komore sta vstopni in izstopni odprtini, kjer so nameščene poševne cevi za dovajanje substrata in črpanje odpadne mase.

Odvodna cev s premerom približno 7 cm mora biti nameščena skoraj na samem dnu bunkerja, njen drugi konec pa je nameščen v pravokotni kompenzacijski rezervoar, v katerega se črpajo odpadki. Cevovod za dovod substrata se nahaja približno 50 cm od dna in ima premer 25-35 cm, zgornji del cevi pa vstopi v predelek za sprejem surovin.

Reaktor mora biti popolnoma zaprt. Da bi izključili možnost vdora zraka, je treba posodo prekriti s plastjo bitumenske hidroizolacije

Zgornji del bunkerja je držalo plina, ki ima obliko kupole ali stožca. Izdelan je iz pločevine ali strešnega železa. Konstrukcijo lahko dopolnite tudi z zidaki, ki jih nato prekrijete z jekleno mrežo in ometate. Na vrhu rezervoarja za plin morate narediti zaprto loputo, odstraniti plinsko cev, ki poteka skozi vodno tesnilo, in namestiti ventil za razbremenitev tlaka plina.

Za mešanje substrata lahko namestitev opremite z drenažnim sistemom, ki deluje na principu mehurčkov. Če želite to narediti, navpično pritrdite plastične cevi znotraj konstrukcije, tako da je njihov zgornji rob nad plastjo substrata. V njih naredite veliko lukenj. Plin pod pritiskom bo padel navzdol, dvigajoč se pa bodo mehurčki plina mešali biomaso v posodi.

Če ne želite zgraditi betonskega bunkerja, lahko kupite že pripravljeno PVC posodo. Za ohranjanje toplote mora biti obdan s plastjo toplotne izolacije – polistirenske pene. Dno jame je napolnjeno z 10 cm plastjo armiranega betona.Rezervoarji iz polivinilklorida se lahko uporabljajo, če prostornina reaktorja ne presega 3 m3.

Zaključki in uporaben video na to temo

Kako narediti najpreprostejšo namestitev iz navadnega soda, se boste naučili, če si ogledate video:

Kako poteka gradnja podzemnega reaktorja, si lahko ogledate v videu:

Kako se gnoj nalaga v podzemno napravo, je prikazano v naslednjem videu:

Naprava za proizvodnjo bioplina iz gnoja vam bo omogočila občutne prihranke pri stroških toplote in električne energije ter za dober namen uporabili organski material, ki ga je na vsaki kmetiji v izobilju. Pred začetkom gradnje je treba vse skrbno izračunati in pripraviti.

Najenostavnejši reaktor lahko naredite v nekaj dneh z lastnimi rokami z uporabo razpoložljivih materialov. Če je kmetija velika, potem je najbolje kupiti že pripravljeno namestitev ali se obrniti na strokovnjake.

Če imate med branjem predstavljenih informacij vprašanja ali predloge, ki bi jih radi delili z obiskovalci spletnega mesta, pustite komentarje v spodnjem bloku.