Jak získat bioplyn z hnoje: přehled základních principů a návrhu výrobního závodu

Zemědělci každoročně čelí problému odstraňování hnoje. Značné finanční prostředky, které jsou potřebné k organizaci jeho vývozu a pohřbu, nikam nevedou. Existuje však způsob, který vám nejen ušetří peníze, ale také vás poslouží k tomu, abyste tento přírodní produkt podávali pro své vlastní dobro.

Vynikající majitelé již dlouho využívají ekotechnologie v praxi, což jim umožňuje získat bioplyn z hnoje a použít výsledek jako palivo.

Náš materiál se proto zaměří na technologii výroby bioplynu, budeme také hovořit o tom, jak postavit zařízení na výrobu bioenergie.

Výhody používání biotechnologií

Technologie výroba biopaliv z různých přírodních zdrojů není nic nového. Výzkum v této oblasti začal na konci 18. století a úspěšně se rozvíjel v 19. století. V Sovětském svazu byla první rostlina pro bioenergii vytvořena ve čtyřicátých letech minulého století.

Biotechnologie se již dlouho používají v mnoha zemích, ale dnes získávají zvláštní význam. Kvůli zhoršování stavu životního prostředí na planetě a vysokým nákladům na energii se mnozí dívají na alternativní zdroje energie a tepla.

Technologie zpracování hnoje na bioplyn umožňuje snížit množství škodlivých emisí metanu do ovzduší a získat další zdroj tepelné energie

Hnojivo je samozřejmě velmi cenným hnojivem, a pokud má farma dvě krávy, není problém s jeho používáním. Další věc, pokud jde o farmy s velkými a středními hospodářskými zvířaty, kde se ročně tvoří tuny plodového a hnilobného biologického materiálu.

Aby se z hnoje proměnilo vysoce kvalitní hnojivo, potřebujete oblasti s určitým teplotním režimem, což je další výdaj. Mnoho farmářů jej proto ukládá tam, kde je to nutné, a poté je vezme na pole.

V závislosti na objemu generovaných surovin za den by měly být vybrány rozměry zařízení a stupeň jeho automatizace

Pokud nejsou dodrženy skladovací podmínky, z hnoje zmizí až 40% dusíku a hlavní část fosforu, což výrazně zhoršuje jeho ukazatele kvality. Kromě toho se do ovzduší uvolňuje plynný metan, což má negativní dopad na ekologickou situaci planety.

Moderní biotechnologie umožňují nejen neutralizovat škodlivé účinky metanu na situaci v životním prostředí, ale také umožnit, aby sloužil ve prospěch člověka, a zároveň extrahovat značné ekonomické přínosy. V důsledku toho vytváří se bioplyn na zpracování hnojeod kterého pak můžete získat tisíce kW energie a odpadní produkty jsou velmi cenným anaerobním hnojivem.

Mechanismus tvorby plynu z organických surovin

Bioplyn je těkavá látka bez barvy nebo zápachu, která obsahuje až 70% metanu. Svými ukazateli kvality se přibližuje tradičnímu druhu paliva - zemnímu plynu. Má dobrou výhřevnost, 1m³ bioplyn emituje tolik tepla, jaké se získává spálením jednoho a půl kilogramu uhlí.

Vděčíme za vznik bioplynu anaerobním bakteriím, které aktivně pracují na rozkladu organických surovin, které se používají pro trus hospodářských zvířat, trus ptáků, odpad z rostlin.

Při nezávislé produkci bioplynu lze použít ptačí trus a odpadní produkty malých a velkých hospodářských zvířat. Suroviny lze použít v čisté formě a ve formě směsi se zahrnutím trávy, listoví, starého papíru

K aktivaci procesu je nutné vytvořit příznivé podmínky pro život bakterií. Měly by být podobné těm, ve kterých se mikroorganismy vyvíjejí v přírodní nádrži - v žaludku zvířat, kde je teplo a žádný kyslík.

Ve skutečnosti jde o dvě hlavní podmínky, které přispívají k zázračné přeměně hnijícího hnoje na palivo šetrné k životnímu prostředí a hodnotná hnojiva.

K získání bioplynu je nutný uzavřený reaktor bez přístupu vzduchu, kde bude probíhat proces fermentace hnoje a jeho rozklad na složky:

• metan (až 70%);
• oxid uhličitý (přibližně 30%);
• jiné plynné látky (1-2%).

Vznikající plyny stoupají z nádrže, odkud jsou poté čerpány, a zbytkový produkt se usazuje - vysoce kvalitní organické hnojivo, které zadržuje všechny cenné látky obsažené v hnoji - dusík a fosfor, a v důsledku zpracování ztratilo významnou část patogenních mikroorganismů.

Bioplynový reaktor musí mít zcela utěsněnou strukturu, ve které není kyslík, jinak bude proces rozkladu hnoje extrémně pomalý

Druhou důležitou podmínkou účinného rozkladu hnoje a tvorby bioplynu je dodržování teplotního režimu. Bakterie zapojené do procesu se aktivují při teplotě +30 ° C.

Kromě toho v hnoji obsahuje dva typy bakterií:

• mezofilní. Jejich životně důležitá aktivita nastává při teplotě +30 - +40 stupňů;
• termofilní. Pro jejich reprodukci je nutné dodržovat teplotní režim +50 (+60) stupňů.

Doba zpracování surovin v rostlinách prvního typu závisí na složení směsi a pohybuje se od 12 do 30 dnů. Současně 1 litr užitkové oblasti reaktoru dává 2 litry biopaliva. Při použití zařízení druhého typu se doba výroby finálního produktu zkracuje na tři dny a množství bioplynu se zvýší na 4,5 litru.

Účinnost termofilních rostlin je viditelná pouhým okem, nicméně náklady na jejich údržbu jsou velmi vysoké, takže před výběrem této nebo té metody výroby bioplynu musíte pečlivě spočítat vše

Navzdory skutečnosti, že účinnost termofilních zařízení je desetkrát vyšší, používají se mnohem méně často, protože udržování vysokých teplot v reaktoru je spojeno s vysokými náklady.

Údržba a údržba zařízení mezofilního typu je levnější, takže je většina farem používá k výrobě bioplynu.

Podle kritérií energetického potenciálu je bioplyn o něco nižší než běžné plynné palivo. Obsahuje však síranové výpary, jejichž přítomnost by se měla brát v úvahu při výběru materiálů pro konstrukci zařízení

Výpočty účinnosti bioplynu

Pro vyhodnocení všech výhod používání alternativních biopaliv pomohou jednoduché výpočty. Jedna kráva o hmotnosti 500 kg produkuje asi 35-40 kg hnoje denně. Tato částka je dostačující k získání asi 1,5 m³ bioplyn, ze kterého je zase možné vyrobit 3 kW / h elektřiny.

Pomocí dat z tabulky je snadné vypočítat, kolik m³ bioplyn lze získat na výstupu v souladu s hospodářskými zvířaty dostupnými na farmě

K získání biopaliv můžete použít buď jeden druh organické suroviny nebo směs několika složek s obsahem vlhkosti 85 až 90%. Je důležité, aby neobsahovaly cizí chemické nečistoty, které nepříznivě ovlivňují proces zpracování.

Nejjednodušší recept na směs byl vynalezen v roce 2000 jedním ruským rolníkem z oblasti Lipetsk, který si z vlastních rukou postavil nejjednodušší závod na výrobu bioplynu. Smíchal 1 500 kg kravského hnoje s 3 500 kg odpadu z různých rostlin, přidal vodu (asi 65% hmotnosti všech složek) a směs zahříval na 35 stupňů.

O dva týdny později je palivo zdarma. Tato malá instalace produkovala 40 m³ plyn za den, což stačilo na vytápění domu a bytových domů po dobu šesti měsíců.

Možnosti pro zařízení na výrobu biopaliv

Po provedení výpočtů je nutné určit, jak vyrobit elektrárnu, aby se získal bioplyn v souladu s potřebami jeho ekonomiky. Je-li počet hospodářských zvířat malý, je vhodná nejjednodušší varianta, kterou lze snadno vyrobit z improvizovaných prostředků vlastními rukama.

Je vhodné, aby velké farmy, které mají stálý zdroj velkého množství surovin, vybudovaly průmyslový automatizovaný systém bioplynu. V tomto případě je těžko možné bez zapojení odborníků, kteří budou projekt rozvíjet a instalovat instalaci na profesionální úrovni.

Diagram jasně ukazuje, jak funguje průmyslový automatizovaný komplex pro výrobu bioplynu. Výstavba takového měřítka může být organizována najednou několika farmami umístěnými poblíž

Dnes existuje několik desítek společností, které nabízejí mnoho možností: od hotových řešení až po vývoj individuálního projektu.Chcete-li snížit náklady na výstavbu, můžete spolupracovat se sousedními farmami (pokud jsou k dispozici v okolí) a postavit jednu jednotku pro veškerou výrobu bioplynu.

Je třeba poznamenat, že pro výstavbu i malé instalace je nutné vypracovat příslušné dokumenty, vypracovat vývojový diagram, plán umístění zařízení a větrání (pokud je zařízení instalováno v místnosti), podstoupit schvalovací postupy s SES, požární a plynové kontroly.

Mini-zařízení na výrobu plynu, které vyhovuje potřebám malé soukromé ekonomiky, může být provedeno vlastní rukou, se zaměřením na design a specifika zařízení zařízení, vyráběných v průmyslovém měřítku.

Návrh zařízení pro zpracování hnoje a organických látek rostlin na bioplyn se neliší složitostí. Originál vydaný průmyslovým odvětvím je docela vhodný jako předloha pro výstavbu vlastní mini továrny

Nezávislí řemeslníci, kteří se rozhodnou zahájit výstavbu vlastní instalace, se musí zásobit na vodní nádrži, vodovodním nebo kanalizačním plastovém potrubí, rohových ohybech, těsněních a válci pro skladování plynu přijatého v zařízení.

Vlastnosti bioplynového systému

Plnohodnotná bioplynová stanice je komplexní systém skládající se z:

1. Bioreaktor, kde je proces rozkladu hnoje;
2. Automatizovaný systém podávání organického odpadu;
3. Zařízení pro míchání biomasy;
4. Zařízení k udržení optimálních teplotních podmínek;
5. Plynová nádrž - zásobníky plynu;
6. Přijímač pevného odpadu.

Všechny výše uvedené položky jsou nainstalovány v průmyslových závodech, které pracují v automatickém režimu. Domácí reaktory mají zpravidla jednodušší konstrukci.

Schéma ukazuje hlavní komponenty automatizovaného systému na výrobu bioplynu. Objem reaktoru závisí na denním příjmu organických surovin. Pro plnou funkčnost zařízení musí být reaktor naplněn dvěma třetinami objemu

Princip fungování zařízení

Hlavním prvkem systému je bioreaktor.Existuje několik možností pro jeho provedení, hlavní věc je zajistit těsnost struktury a eliminovat vnikání kyslíku. Může být vyroben ve formě kovové nádoby různých tvarů (obvykle válcových) umístěných na povrchu. Pro tyto účely se často používá 50 ccm prázdných palivových nádrží.

Můžete si koupit hotové kontejnery skládacího designu. Jejich výhodou je schopnost rychle se rozebrat a v případě potřeby přepravit na jiné místo. Doporučuje se používat průmyslové povrchové instalace na velkých farmách, kde dochází k neustálému přítoku velkého množství organických surovin.

Pro menší farmy je vhodnější možnost umístění podzemních nádrží. Podzemní bunkr je postaven z cihel nebo betonu. Do země můžete kopat hotové kontejnery, například sudy z kovu, nerezové oceli nebo PVC. Je také možné povrchové úpravy na ulici nebo ve speciálně určené místnosti s dobrým větráním.

Pro výrobu bioplynové stanice lze připravené PVC kontejnery zakoupit a instalovat v místnosti vybavené ventilačním systémem

Bez ohledu na to, kde a jak je reaktor umístěn, je vybaven násypkou pro nakládání hnoje. Před nakládkou suroviny musí být podrobena předběžné přípravě: rozdrcena na frakce ne větší než 0,7 mm a zředěna vodou. V ideálním případě by měl být obsah vlhkosti v substrátu asi 90%.

Průmyslové automatizované závody jsou vybaveny přívodním systémem, včetně přijímače, ve kterém je směs přiváděna na potřebnou vlhkost, potrubím pro přivádění vody a čerpací jednotkou pro čerpání hmoty do bioreaktoru.

V domácích instalacích se oddělené kontejnery používají k přípravě substrátu, kde se odpad rozdrtí a smísí s vodou. Poté se hmota naloží do úložného prostoru. V reaktorech umístěných v podzemí se násypka pro přijímání substrátu vytáhne, připravená směs gravitačně proudí potrubím do komory pro fermentaci.

Pokud je reaktor umístěn na zemi nebo uvnitř, může být přívodní trubka s přijímacím zařízením umístěna na spodní straně nádrže. Je také možné přivést trubku k horní části a na krk nasadit zvonek. V tomto případě bude muset být biomasa čerpána.

V bioreaktoru je také nutné zajistit výtok, který je vytvořen téměř na dně nádrže na opačné straně vstupní násypky. V podzemním umístění je výstupní trubka umístěna šikmo vzhůru a vede k nádobě na odpad ve tvaru krabice obdélníkového tvaru. Jeho horní okraj by měl být pod úrovní vstupu.

Vstupní a výstupní potrubí jsou umístěny šikmo vzhůru na různých stranách nádrže, zatímco vyrovnávací nádrž, do které odpad vstupuje, by měla být nižší než přijímací násypka.

Proces pokračuje následujícím způsobem: vstupní násypka dostává novou dávku substrátu, která proudí do reaktoru, současně se do odpadu přijímá stejné množství spotřebované hmoty, odkud je později nashromážděno a použito jako vysoce kvalitní biofertilizér.

Skladování bioplynu se provádí v plynové nádrži. Nejčastěji je umístěn přímo na střeše reaktoru a má tvar kupole nebo kužele. Je vyrobena ze střechy železa a poté, aby se zabránilo korozivním procesům, je natřena několika vrstvami olejové barvy.

V průmyslových zařízeních, navržených pro příjem velkého množství plynu, je plynová nádrž často vyráběna ve formě samostatné nádrže připojené k reaktoru potrubím.

Plyn získaný v důsledku kvašení není vhodný pro použití, protože obsahuje velké množství vodní páry a v této formě nebude hořet. K očištění frakcí vody prochází plyn těsněním.Za tímto účelem je z plynové nádrže odstraněno potrubí, kterým bioplyn vstupuje do nádrže s vodou, a odtud je dodáván spotřebitelům plastovou nebo kovovou trubkou.

Schéma instalace umístěné pod zemí. Vstup a výstup by měl být umístěn na opačných stranách nádrže. Nad reaktorem je umístěn uzávěr vody, skrz který se produkovaný plyn vede do odpadu

V některých případech se pro skladování plynu používají speciální plynové vaky vyrobené z polyvinylchloridu. Sáčky se umístí vedle jednotky a postupně se plní plynem. Po naplnění se elastický materiál nafoukne a zvětší se objem sáčků, což vám umožní dočasně ušetřit větší množství konečného produktu.

Podmínky pro efektivní provoz bioreaktoru

Pro efektivní provoz zařízení a intenzivní separaci bioplynu je nezbytná rovnoměrná fermentace organického substrátu. Směs by měla být v neustálém pohybu. Jinak se na ní vytvoří kůrka, proces rozkladu se zpomalí a výsledkem bude méně plynu, než se původně počítalo.

Pro zajištění aktivního míchání biomasy jsou v horní nebo boční části typického reaktoru instalovány ponorná nebo šikmá míchadla vybavená elektrickým pohonem. V řemeslných instalacích se míchání provádí mechanicky pomocí zařízení připomínajícího domácí mixér. Může být ovládán ručně nebo vybaven elektrickým pohonem.

Při svislém uspořádání reaktoru je v horní části zařízení zobrazena rukojeť směšovače. Pokud je kontejner instalován vodorovně, je šnek také umístěn v horizontální rovině a klika je na straně bioreaktoru

Jednou z nejdůležitějších podmínek pro výrobu bioplynu je udržování požadované teploty v reaktoru. Vytápění lze provést několika způsoby. Ve stacionárních instalacích se používají automatizované topné systémy, které se aktivují, když teplota klesne pod předem stanovenou úroveň, a vypnou se, když je nastaven požadovaný teplotní režim.

K vytápění můžete použít plynové kotle, provádějte přímé topení elektrickými ohřívači nebo integrujte topný prvek do dna nádrže.

Pro snížení tepelných ztrát se doporučuje postavit kolem reaktoru malý rám s vrstvou skleněné vlny nebo zakrýt instalaci tepelnou izolací. Má dobré tepelné izolační vlastnosti. polystyrenová pěna a její další odrůdy.

Pro vybavení topného systému na biomasu je možné čerpat potrubí z vytápění domu, které je poháněno reaktorem

Stanovení požadovaného objemu

Objem reaktoru se stanoví na základě denního množství hnoje vyprodukovaného na farmě. Rovněž je nutné zvážit druh suroviny, teplotu a dobu kvašení. Aby zařízení plně fungovalo, je nádrž naplněna na 85-90% objemu, nejméně 10% musí zůstat volné, aby plyn mohl uniknout.

Proces rozkladu organických látek v mezofilním zařízení při průměrné teplotě 35 stupňů trvá od 12 dnů, po nichž jsou fermentované zbytky odstraněny a reaktor je naplněn novou částí substrátu. Protože je odpad zředěn vodou až do 90% před odesláním do reaktoru, musí být při určování denní zátěže zohledněno také množství kapaliny.

Na základě výše uvedených ukazatelů bude objem reaktoru roven dennímu množství připraveného substrátu (hnoje s vodou) vynásobenému 12 (čas potřebný pro rozklad biomasy) a zvýšený o 10% (volný objem nádrže).

Podzemní konstrukce

Nyní pojďme mluvit o nejjednodušší instalaci, která vám umožní získat bioplyn doma za nejnižší cenu. Zvažte výstavbu podzemního systému.Abyste toho dosáhli, musíte vykopat díru, její základna a stěny jsou nality zesíleným expandovaným jílovým betonem.

Na protilehlé strany komory se vkládají vstupní a výstupní otvory, kde jsou namontovány šikmé trubky, které dodávají substrát a čerpají spotřebovanou hmotu.

Výstupní potrubí o průměru asi 7 cm by mělo být téměř na samém dně zásobníku, jeho druhý konec je namontován v vyrovnávací nádobě obdélníkového tvaru, do které bude odpad čerpán. Potrubí pro přivádění substrátu je umístěno přibližně 50 cm od dna a má průměr 25 až 35 cm. Horní část trubky vstupuje do komory pro příjem surovin.

Reaktor musí být zcela utěsněn. Aby se vyloučila možnost vniknutí vzduchu, musí být nádoba pokryta vrstvou bitumenové hydroizolace

Horní část násypky je držák plynu s kupolí nebo kónickým tvarem. Je vyrobena z plechů nebo střešní žehličky. Je také možné dokončit stavbu zdivem, které je poté pokryto ocelovou sítí a omítnuto. Na horní straně plynové nádrže musíte provést uzavřený poklop, odstranit plynovou trubku procházející vodní uzávěrem a nainstalovat ventil pro uvolnění tlaku plynu.

Pro smíchání substrátu je možné zařízení vybavit drenážním systémem, který pracuje na principu stříkání. Za tímto účelem svisle upevněte plastové trubky uvnitř struktury tak, aby jejich horní okraj byl vyšší než vrstva substrátu. V nich vytvořte spoustu děr. Plyn pod tlakem klesne a stoupá, plynové bubliny promíchají biomasu v nádrži.

Pokud si nepřejete stavět betonový bunkr, můžete si koupit hotový obal z PVC. Pro udržení tepla musí být obklopeno vrstvou tepelné izolace - polystyrenové pěny. Spodní část jímky se nalije železobetonem o vrstvě 10 cm. Pokud objem reaktoru nepřesahuje 3 m3, lze použít nádrže vyrobené z polyvinylchloridu.

Závěry a užitečné video na toto téma

Jak udělat nejjednodušší instalaci z obyčejného hlavně, se dozvíte, když se díváte na video:

Jaká je konstrukce podzemního reaktoru, můžete vidět na videu:

Jak je hnůj načten do podzemního zařízení, je uvedeno v následujícím videu:

Zařízení na výrobu bioplynu z hnoje významně ušetří na platbě tepla a elektřiny a na kvalitní pracovní organický materiál, který je hojný v každé farmě. Před zahájením výstavby je nutné vše pečlivě spočítat a připravit.

Nejjednodušší reaktor lze vyrobit za několik dní pomocí vlastních rukou pomocí improvizovaných nástrojů. Pokud je farma velká, je nejlepší koupit hotovou instalaci nebo se poradit s odborníkem.

Pokud máte nějaké dotazy při seznámení se s prezentovanými informacemi nebo máte návrhy, které chcete sdílet s návštěvníky webu, zanechte prosím komentáře v rámečku níže.