Како произвести биогас из стајњака: преглед основних принципа и дизајн производног постројења

Пољопривредници се сваке године суочавају са проблемом одлагања стајњака.Знатна средства потребна за организовање његовог уклањања и сахране су бачена. Али постоји начин који вам омогућава не само да уштедите свој новац, већ и да вам овај природни производ служи за вашу корист.

Штедљиви власници већ дуго примењују еко-технологију која омогућава добијање биогаса из стајњака и коришћење резултата као горива.

Стога ћемо у нашем материјалу говорити о технологији производње биогаса, а говорићемо и о томе како изградити биоенергетско постројење.

Предности коришћења биотехнологије

Технологија добијање биогорива из разних природних извора није ново. Истраживања у овој области започела су крајем 18. века и успешно су се развијала у 19. веку. У Совјетском Савезу прва биоенергија створена је четрдесетих година прошлог века.

Биотехнологије су се дуго користиле у многим земљама, али данас добијају посебан значај. Због погоршања еколошке ситуације на планети и високе цене енергије, многи скрећу пажњу на алтернативне изворе енергије и топлоте.

Технологија прераде стајњака у биогас омогућава смањење количине штетних емисија метана у атмосферу и добијање додатног извора топлотне енергије

Наравно, стајњак је веома вредно ђубриво, а ако на фарми постоје две краве, онда нема проблема са његовом употребом. Друга је ствар када су у питању фарме са великим и средњим сточарством, где се годишње стварају тоне смрдљивог и трулог биолошког материјала.

Да би се стајњак претворио у висококвалитетно ђубриво, потребна су подручја са одређеним температурним режимом, а то је додатни трошак. Због тога га многи фармери складиште где год могу и онда га носе на њиву.

У зависности од количине произведених сировина дневно, треба одабрати димензије инсталације и степен њене аутоматизације

Ако услови складиштења нису испуњени, до 40% азота и већи део фосфора испарава из стајњака, што значајно погоршава његове показатеље квалитета. Поред тога, гас метан се ослобађа у атмосферу, што негативно утиче на еколошку ситуацију планете.

Савремене биотехнологије омогућавају не само да се неутралишу штетни утицаји метана на животну средину, већ и да он служи за добробит људи, а да притом убире значајне економске користи. Као резултат прерадом стајњака настаје биогас, из које се тада могу добити хиљаде кВ енергије, а производни отпад представља веома вредно анаеробно ђубриво.

Механизам стварања гаса из органских сировина

Биогас је испарљива супстанца без боје и било каквог мириса, која садржи до 70% метана. По својим показатељима квалитета приближава се традиционалној врсти горива - природном гасу. Има добру калоријску вредност, 1м³ биогас производи топлоту онолико колико се производи сагоревањем килограма и по угља.

Формирање биогаса дугујемо анаеробним бактеријама, које активно раде на разградњи органских сировина, које укључују ђубриво са фарме, птичји измет и било који биљни отпад.

У самопроизводњи биогаса може се користити птичји измет и отпадни производи ситне и крупне стоке. Сировине се могу користити у чистом облику или у облику мешавине укључујући траву, лишће, стари папир

Да бисте активирали процес, потребно је створити повољне услове за живот бактерија. Требало би да буду сличне онима у којима се микроорганизми развијају у природном резервоару - у стомаку животиња, где је топло и нема кисеоника.

Заправо, ово су два главна услова која доприносе чудесној трансформацији трулог стајњака у еколошки прихватљиво гориво и драгоцена ђубрива.

За производњу биогаса потребан вам је затворени реактор без приступа ваздуху, где ће се одвијати процес ферментације стајњака и његовог разлагања на компоненте:

• метан (до 70%);
• угљен диоксид (приближно 30%);
• друге гасовите материје (1-2%).

Настали гасови се дижу до врха контејнера, одакле се затим испумпавају, а таложи се заостали производ - висококвалитетно органско ђубриво, које је као резултат обраде задржало све вредне материје присутне у стајњаку. - азота и фосфора, а изгубио је значајан део патогених микроорганизама.

Реактор за производњу биогаса мора имати потпуно затворену конструкцију у којој нема кисеоника, иначе ће процес разлагања стајњака бити изузетно спор.

Други важан услов за ефикасно разлагање стајњака и формирање биогаса је усклађеност са температурним режимом. Бактерије које учествују у процесу активирају се на температурама од +30 степени.

Штавише, стајњак садржи две врсте бактерија:

• мезофилни. Њихова животна активност се јавља на температури од +30 - +40 степени;
• термофилна. Да бисте их репродуковали, потребно је одржавати температурни режим од +50 (+60) степени.

Време обраде сировина у постројењима првог типа зависи од састава смеше и креће се од 12 до 30 дана. Истовремено, 1 литар корисне површине реактора производи 2 литра биогорива. Код коришћења инсталација другог типа, време производње финалног производа се смањује на три дана, а количина биогаса се повећава на 4,5 литара.

Ефикасност термофилних постројења је видљива голим оком, међутим, трошкови њиховог одржавања су веома високи, тако да пре него што изаберете један или други начин производње биогаса, морате све пажљиво израчунати.

Упркос чињеници да је ефикасност термофилних постројења десетине пута већа, оне се користе много ређе, јер је одржавање високих температура у реактору повезано са високим трошковима.

Одржавање и одржавање постројења мезофилног типа је јефтиније, па их већина фарми користи за производњу биогаса.

По енергетском потенцијалу, биогас је нешто инфериорнији од конвенционалног гасног горива. Међутим, садржи паре сумпорне киселине, чије присуство треба узети у обзир при избору материјала за изградњу инсталације.

Прорачуни ефикасности коришћења биогаса

Једноставне калкулације ће вам помоћи да процените све предности коришћења алтернативних биогорива. Једна крава тежине 500 кг дневно произведе око 35-40 кг стајњака. Ова количина је довољна да добијете око 1,5 м³ биогас, из којег се може произвести 3 кВ/х електричне енергије.

Користећи податке из табеле, лако је израчунати колико м³ биогас се може добити на излазу у складу са расположивим бројем стоке на фарми

За производњу биогорива можете користити или једну врсту органске сировине или мешавине неколико компоненти са влажношћу од 85-90%. Важно је да не садрже стране хемијске нечистоће које негативно утичу на процес обраде.

Најједноставнији рецепт за смешу измислио је још 2000. године један Рус из Липецке области, који је својим рукама изградио једноставну инсталацију за производњу биогаса.Помешао је 1.500 кг крављег стајњака са 3.500 кг разног биљног отпада, додао воду (око 65% масе свих састојака) и загрејао смешу на 35 степени.

За две недеље бесплатно гориво је спремно. Ова мала инсталација произвела је 40 м³ гаса дневно, што је било довољно за загревање куће и помоћних објеката шест месеци.

Опције за постројења за производњу биогорива

Након прорачуна, потребно је да одлучите како ћете направити инсталацију како бисте добили биогас у складу са потребама Ваше фарме. Ако је број стоке мали, онда је погодна најједноставнија опција, коју је лако направити сопственим рукама од доступних материјала.

За велике фарме које имају сталан извор великих количина сировина, препоручљиво је изградити индустријски аутоматизовани биогас систем. У овом случају, мало је вероватно да ће то бити могуће без укључивања стручњака који ће развити пројекат и инсталирати инсталацију на професионалном нивоу.

Дијаграм јасно показује како функционише индустријски аутоматизовани комплекс за производњу биогаса. Изградња такве скале може се организовати за неколико фарми које се налазе у близини

Данас постоје десетине компанија које могу понудити много опција: од готових решења до развоја индивидуалног пројекта. Да бисте смањили трошкове изградње, можете сарађивати са суседним фармама (ако их има у близини) и изградити једну инсталацију за производњу биогаса за све њих.

Треба напоменути да је за изградњу чак и мале инсталације потребно израдити релевантну документацију, направити технолошки дијаграм, план за постављање опреме и вентилације (ако је опрема уграђена у затвореном простору), и проћи кроз процедуре одобравања. са СЕС, ватрогасном и гасном инспекцијом.

Мини-постројење за производњу гаса за потребе малог приватног домаћинства може се направити сопственим рукама, фокусирајући се на дизајн и специфичан дизајн инсталација произведених у индустријском обиму.

Пројектовање инсталација за прераду стајњака и биљне органске материје у биогас није компликовано. Оригинал који производи индустрија је прилично погодан као шаблон за изградњу сопствене мини фабрике

Самостални мајстори који одлуче да направе сопствену инсталацију морају да набаве резервоар за воду, водоводне или канализационе пластичне цеви, углове, заптивке и цилиндар за складиштење гаса произведеног у инсталацији.

Карактеристике биогас система

Комплетно постројење за биогас је сложен систем који се састоји од:

1. Биореактор, где се одвија процес разлагања стајњака;
2. Аутоматизовани систем снабдевања органским отпадом;
3. Уређаји за мешање биомасе;
4. Опрема за одржавање оптималних температурних услова;
5. Цистерне за гас – резервоари за складиштење гаса;
6. Пријемник за чврсти отпад.

Сви горе наведени елементи уграђени су у индустријске инсталације које раде у аутоматском режиму. Реактори за домаћинство, по правилу, имају поједностављени дизајн.

Дијаграм приказује главне компоненте аутоматизованог система за биогас.Запремина реактора зависи од дневног уноса органских сировина. Да би инсталација у потпуности функционисала, реактор мора бити напуњен до две трећине запремине.

Принцип рада инсталације

Главни елемент система је биореактор. Постоји неколико опција за његову имплементацију, главна ствар је осигурати непропусност структуре и спречити улазак кисеоника. Може се направити у облику металног контејнера различитих облика (обично цилиндричног), који се налази на површини. Често се за ове сврхе користе празни резервоари за гориво од 50 кубика.

Можете купити готове склопиве контејнере. Њихова предност је могућност брзог растављања и, ако је потребно, транспорта на другу локацију. Препоручљиво је користити индустријске површинске инсталације на великим фармама где постоји сталан прилив великих количина органских сировина.

За мале фарме погоднија је опција подземног постављања резервоара. Подземни бункер је изграђен од цигле или бетона. У земљу можете закопати готове контејнере, на пример, бурад од метала, нерђајућег челика или ПВЦ-а. Такође их је могуће поставити површно на улици или у посебно одређеној просторији са добром вентилацијом.

За производњу постројења за производњу биогаса, можете купити готове ПВЦ контејнере и уградити их у просторију опремљену вентилационим системом

Без обзира на то где и како се реактор налази, он је опремљен бункером за утовар стајњака. Пре утовара сировине, мора се подвргнути прелиминарној припреми: сломити се у фракције не веће од 0,7 мм и разблажити водом. У идеалном случају, влажност подлоге треба да буде око 90%.

Аутоматизоване инсталације индустријског типа опремљене су системом за снабдевање сировинама, укључујући пријемник у коме се смеша доводи до потребног нивоа влаге, цевовод за довод воде и пумпну јединицу за пумпање масе у биореактор.

У кућним инсталацијама за припрему подлоге користе се посебне посуде где се отпад дроби и меша са водом. Затим се маса учитава у одељак за пријем. У реакторима који се налазе испод земље, резервоар за пријем супстрата се извлачи, а припремљена смеша гравитацијом тече кроз цевовод у комору за ферментацију.

Ако се реактор налази на земљи или у затвореном простору, улазна цев са пријемним уређајем може се налазити у доњој страни резервоара. Такође је могуће довести цев до врха и ставити утичницу на њен врат. У овом случају, биомаса ће се морати снабдевати помоћу пумпе.

Такође је потребно обезбедити излазни отвор у биореактору, који је направљен скоро на дну контејнера на супротној страни од улазног резервоара. Када се постави испод земље, излазна цев је постављена косо према горе и води до посуде за отпад, у облику правоугаоне кутије. Његова горња ивица треба да буде испод нивоа улаза.

Улазне и излазне цеви су постављене косо према горе на различитим странама резервоара, док компензациони резервоар у који улази отпад мора бити испод пријемног резервоара

Процес се одвија на следећи начин: улазни резервоар прима нову шаржу супстрата, која се улива у реактор, истовремено се иста количина отпадне масе диже кроз цев у пријемник за отпад, одакле се потом извлачи и користи. као висококвалитетно биођубриво.

Биогас се складишти у резервоару за гас. Најчешће се налази директно на крову реактора и има облик куполе или конуса. Израђује се од кровног гвожђа, а затим се, да би се спречили процеси корозије, фарба са неколико слојева уљане боје.

У индустријским инсталацијама дизајнираним за производњу великих количина гаса, резервоар за гас се често конструише у облику засебног резервоара који је цевоводом повезан са реактором.

Гас произведен ферментацијом није погодан за употребу јер садржи велику количину водене паре и неће сагорети у овом облику. Да би се пречистио од водених фракција, гас се пропушта кроз водени печат. Да би се то урадило, из резервоара за гас се уклања цев, кроз коју биогас улази у посуду са водом, а одатле се испоручује потрошачима кроз пластичну или металну цев.

Шема инсталације налази се под земљом. Улазни и излазни отвори треба да се налазе на супротним странама контејнера. Изнад реактора се налази водени затварач кроз који се настали гас пропушта да се осуши.

У неким случајевима за складиштење гаса користе се специјалне кесе за држаче гаса од поливинилхлорида. Кесе се постављају поред инсталације и постепено пуне гасом.Како се пуне, еластични материјал се надувава и запремина кеса се повећава, омогућавајући вам да привремено ускладиштите више финалног производа ако је потребно.

Услови за ефикасан рад биореактора

За ефикасан рад инсталације и интензивно ослобађање биогаса неопходна је равномерна ферментација органског супстрата. Смеша мора бити у сталном покрету. У супротном, на њему се формира кора, процес распадања се успорава, а као резултат тога, производи се мање гаса него што је првобитно израчунато.

Да би се обезбедило активно мешање биомасе, у горњем или бочном делу типичног реактора уграђују се потопљени или коси миксери опремљени електричним погоном. У домаћим инсталацијама, мешање се врши механички помоћу уређаја који личи на кућну мешалицу. Може се контролисати ручно или опремљен електричним погоном.

Када је реактор постављен вертикално, ручка мешалице се налази на врху инсталације. Ако је контејнер постављен хоризонтално, пуж се такође налази у хоризонталној равни, а ручка се налази са стране биореактора

Један од најважнијих услова за производњу биогаса је одржавање потребне температуре у реактору. Грејање се може извести на неколико начина. У стационарним инсталацијама користе се аутоматизовани системи грејања који се укључују када температура падне испод унапред одређеног нивоа, а искључују се када се постигне потребна температура.

Може се користити за грејање гасни котлови, извршити директно загревање електричним грејним уређајима или уградити грејни елемент у дно посуде.

Да би се смањили губици топлоте, препоручује се да се око реактора изгради мали оквир са слојем стаклене вуне или инсталација покрити топлотном изолацијом. Има добре карактеристике топлотне изолације експандирани полистирен и његове друге сорте.

Да бисте поставили систем грејања на биомасу, можете покренути цевовод из система кућног грејања, који се напаја из реактора

Одређивање потребне запремине

Запремина реактора се одређује на основу дневне количине стајњака произведеног на фарми. Такође је потребно узети у обзир врсту сировине, температуру и време ферментације. Да би инсталација у потпуности радила, контејнер је напуњен до 85-90% запремине, најмање 10% мора остати слободно да би гас могао да изађе.

Процес разлагања органске материје у мезофилној инсталацији на просечној температури од 35 степени траје од 12 дана, након чега се уклањају ферментисани остаци и реактор се пуни новим делом супстрата. Пошто се отпад пре слања у реактор разблажи водом до 90%, при одређивању дневног оптерећења мора се узети у обзир и количина течности.

На основу датих показатеља, запремина реактора ће бити једнака дневној количини припремљеног супстрата (стајњак са водом) помноженој са 12 (време потребно за разградњу биомасе) и увећаној за 10% (слободна запремина контејнера).

Изградња подземне конструкције

Хајде сада да причамо о најједноставнијој инсталацији која вам омогућава да добијете биогас код куће по најнижој цени. Размислите о изградњи подземног система. Да бисте га направили, потребно је ископати рупу, њена база и зидови су испуњени армираним бетоном од експандиране глине.

Улазни и излазни отвори налазе се на супротним странама коморе, где су постављене косо цеви за довод подлоге и испумпавање отпадне масе.

Одводна цев пречника око 7 цм треба да се налази скоро на самом дну бункера, њен други крај је монтиран у правоугаони компензациони резервоар у који ће се упумпати отпад. Цјевовод за довод подлоге налази се приближно 50 цм од дна и има пречник од 25-35 цм.Горњи део цеви улази у одељак за пријем сировина.

Реактор мора бити потпуно затворен. Да би се искључила могућност уласка ваздуха, контејнер мора бити прекривен слојем битуменске хидроизолације

Горњи део бункера је држач за гас, који има облик куполе или конуса. Израђен је од лимова или кровног гвожђа. Конструкцију можете употпунити и циглом, која је затим прекривена челичном мрежом и малтерисана. Морате да направите запечаћени отвор на врху резервоара за гас, уклоните гасну цев која пролази кроз водену заптивку и инсталирајте вентил за смањење притиска гаса.

За мешање подлоге, инсталацију можете опремити дренажним системом који ради на принципу мехурића. Да бисте то урадили, вертикално причврстите пластичне цеви унутар структуре тако да њихова горња ивица буде изнад слоја подлоге. Направите пуно рупа у њима. Гас под притиском ће пасти доле, а дижући се, мехурићи гаса ће мешати биомасу у контејнеру.

Ако не желите да градите бетонски бункер, можете купити готов ПВЦ контејнер. Да би се очувала топлота, мора бити окружена слојем топлотне изолације - полистиренске пене. Дно јаме је испуњено слојем армираног бетона дебљине 10 цм.Резервоари од поливинилхлорида могу се користити ако запремина реактора не прелази 3 м3.

Закључци и користан видео на тему

Научићете како да направите најједноставнију инсталацију од обичног бурета ако погледате видео:

Како се одвија изградња подземног реактора можете погледати у видеу:

Како се стајњак убацује у подземну инсталацију приказано је у следећем видеу:

Инсталација за производњу биогаса из стајњака омогућиће вам да значајно уштедите на топлотној и електричној енергији, а за добар циљ користите органски материјал, којег има у изобиљу на свакој фарми. Пре почетка изградње, све мора бити пажљиво израчунато и припремљено.

Најједноставнији реактор се може направити за неколико дана сопственим рукама, користећи доступне материјале. Ако је фарма велика, онда је најбоље купити готову инсталацију или контактирати стручњаке.

Ако, док читате представљене информације, имате питања или имате сугестије које бисте желели да поделите са посетиоцима сајта, оставите коментаре у блоку испод.