Comment obtenir du biogaz à partir du fumier: un aperçu des principes de base et de la conception d'une usine de production

Chaque année, les agriculteurs sont confrontés au problème de l'élimination du fumier. Des fonds considérables qui sont nécessaires pour organiser son exportation et son enterrement ne vont nulle part. Mais il existe un moyen qui vous permet non seulement d'économiser de l'argent, mais aussi de vous faire servir ce produit naturel pour votre propre bien.

Les propriétaires zélés utilisent depuis longtemps l'écotechnologie dans la pratique, ce qui leur permet d'obtenir du biogaz à partir de fumier et d'utiliser le résultat comme combustible.

Par conséquent, notre matériel se concentrera sur la technologie de production de biogaz, nous parlerons également de la façon de construire une installation de bioénergie.

Avantages de l'utilisation de la biotechnologie

La technologie production de biocarburants provenant de diverses sources naturelles n'est pas nouveau. La recherche dans ce domaine a commencé à la fin du XVIIIe siècle et s'est développée avec succès au XIXe siècle. En Union soviétique, la première usine de bioénergie a été créée dans les années quarante du siècle dernier.

Les biotechnologies sont utilisées depuis longtemps dans de nombreux pays, mais elles acquièrent aujourd'hui une importance particulière. En raison de la détérioration de la situation environnementale sur la planète et du coût élevé de l'énergie, beaucoup se tournent vers des sources alternatives d'énergie et de chaleur.

La technologie de transformation du fumier en biogaz permet de réduire la quantité d'émissions nocives de méthane dans l'atmosphère et d'obtenir une source d'énergie thermique supplémentaire

Bien sûr, le fumier est un engrais très précieux, et si la ferme a deux vaches, son utilisation ne pose aucun problème. Une autre chose quand il s'agit de fermes à gros et moyen bétail, où des tonnes de matériel biologique fétide et pourrissant se forment chaque année.

Pour que le fumier se transforme en engrais de haute qualité, vous avez besoin de zones avec un certain régime de température, ce qui représente une dépense supplémentaire. Par conséquent, de nombreux agriculteurs le stockent si nécessaire, puis l'emmènent dans les champs.

En fonction du volume de matières premières généré par jour, les dimensions de l'installation et le degré d'automatisation doivent être sélectionnés

Si les conditions de stockage ne sont pas respectées, jusqu'à 40% d'azote et la majeure partie du phosphore disparaissent du fumier, ce qui aggrave considérablement ses indicateurs de qualité. De plus, du méthane est rejeté dans l'atmosphère, ce qui a un impact négatif sur la situation écologique de la planète.

La biotechnologie moderne permet non seulement de neutraliser les effets néfastes du méthane sur la situation environnementale, mais aussi de le faire servir au bénéfice de l'homme, tout en en tirant des bénéfices économiques considérables. En conséquence le biogaz de traitement du fumier est forméà partir de laquelle vous pouvez alors obtenir des milliers de kW d'énergie, et les déchets sont un engrais anaérobie très précieux.

Le mécanisme de formation de gaz à partir de matières premières organiques

Le biogaz est une substance volatile sans couleur ni odeur, qui contient jusqu'à 70% de méthane. Par ses indicateurs de qualité, il se rapproche du type traditionnel de carburant - le gaz naturel. Il a un bon pouvoir calorifique, 1m³ le biogaz émet autant de chaleur que celle obtenue en brûlant un kilogramme et demi de charbon.

Nous devons la formation de biogaz aux bactéries anaérobies, qui travaillent activement à la décomposition des matières premières organiques, qui sont utilisées pour le fumier des animaux de ferme, les excréments d'oiseaux, les déchets de toutes les plantes.

Dans la production indépendante de biogaz, les déjections d'oiseaux et les déchets de petits et grands animaux peuvent être utilisés. Les matières premières peuvent être utilisées sous forme pure et sous forme de mélange avec inclusion d'herbe, de feuillage, de vieux papiers

Pour activer le processus, il est nécessaire de créer des conditions favorables à la vie des bactéries. Ils devraient être similaires à ceux dans lesquels les micro-organismes se développent dans un réservoir naturel - dans l'estomac des animaux, où il y a de la chaleur et pas d'oxygène.

En fait, ce sont les deux principales conditions qui contribuent à la transformation miraculeuse du fumier pourri en carburant écologique et en fertilisants précieux.

Pour obtenir du biogaz, un réacteur scellé sans accès à l'air est nécessaire, où le processus de fermentation du fumier et sa décomposition en composants auront lieu:

• méthane (jusqu'à 70%);
• dioxyde de carbone (environ 30%);
• autres substances gazeuses (1-2%).

Les gaz formés montent dans le réservoir, d'où ils sont ensuite pompés, et le produit résiduel se dépose - un engrais organique de haute qualité qui retient toutes les substances précieuses trouvées dans le fumier - l'azote et le phosphore, et perd une partie importante des micro-organismes pathogènes à la suite du traitement.

Le réacteur à biogaz doit avoir une structure complètement étanche dans laquelle il n'y a pas d'oxygène, sinon le processus de décomposition du fumier sera extrêmement lent

La deuxième condition importante pour la décomposition efficace du fumier et la formation de biogaz est le respect du régime de température. Les bactéries impliquées dans le processus sont activées à une température de +30 degrés.

De plus, le fumier contient deux types de bactéries:

• mésophile. Leur activité vitale se produit à une température de +30 - +40 degrés;
• thermophile. Pour leur reproduction, il est nécessaire d'observer le régime de température de +50 (+60) degrés.

Le temps de traitement des matières premières dans les usines du premier type dépend de la composition du mélange et varie de 12 à 30 jours. Dans le même temps, 1 litre de surface utile du réacteur donne 2 litres de biocarburant. Lorsque vous utilisez des installations du deuxième type, le temps de production du produit final est réduit à trois jours et la quantité de biogaz augmente à 4,5 litres.

L'efficacité des plantes thermophiles est visible à l'œil nu, cependant, le coût de leur maintenance est très élevé, donc avant de choisir telle ou telle méthode de production de biogaz, il est nécessaire de tout calculer soigneusement

Malgré le fait que l'efficacité des installations thermophiles soit dix fois plus élevée, elles sont beaucoup moins utilisées, car le maintien de températures élevées dans le réacteur est associé à des coûts élevés.

L'entretien et l'entretien des usines de type mésophile sont moins chers, donc la plupart des exploitations les utilisent pour produire du biogaz.

Selon les critères de potentiel énergétique, le biogaz est légèrement inférieur au gaz conventionnel. Cependant, il contient des fumées de sulfate, dont la présence doit être prise en compte lors du choix des matériaux pour la construction de l'installation

Calculs de l'efficacité du biogaz

Pour évaluer tous les avantages de l'utilisation de biocarburants alternatifs, des calculs simples aideront. Une vache pesant 500 kg produit environ 35 à 40 kg de fumier par jour. Cette quantité est suffisante pour obtenir environ 1,5 m³ le biogaz, à partir duquel à son tour il est possible de produire 3 kW / h d'électricité.

En utilisant les données du tableau, il est facile de calculer combien de m³ le biogaz peut être obtenu à la sortie en fonction du cheptel disponible à la ferme

Pour obtenir des biocarburants, vous pouvez utiliser soit un type de matière première organique, soit un mélange de plusieurs composants ayant une teneur en humidité de 85 à 90%. Il est important qu'ils ne contiennent pas d'impuretés chimiques étrangères qui nuisent au processus de traitement.

La recette la plus simple du mélange a été inventée en 2000 par un paysan russe de la région de Lipetsk qui a construit de ses propres mains l'usine la plus simple pour la production de biogaz. Il a mélangé 1 500 kg de fumier de vache avec 3 500 kg de déchets provenant de diverses plantes, ajouté de l'eau (environ 65% du poids de tous les ingrédients) et chauffé le mélange à 35 degrés.

Deux semaines plus tard, le carburant gratuit est prêt. Cette petite installation a produit 40 m³ gaz par jour, ce qui était suffisant pour chauffer la maison et les bâtiments domestiques pendant six mois.

Options pour les usines de biocarburants

Après avoir effectué les calculs, il est nécessaire de déterminer comment fabriquer l'installation afin d'obtenir du biogaz en fonction des besoins de son économie. Si le nombre de têtes de bétail est petit, alors l'option la plus simple convient, ce qui est facile à faire avec des moyens improvisés de vos propres mains.

Il est conseillé aux grandes exploitations qui ont une source constante d'une grande quantité de matières premières de construire un système industriel automatisé de biogaz. Dans ce cas, il n'est guère possible de se passer de l'implication de spécialistes qui développeront le projet et monteront l'installation à un niveau professionnel.

Le diagramme montre clairement comment fonctionne le complexe industriel automatisé pour la production de biogaz. La construction d'une telle échelle peut être organisée à la fois par plusieurs exploitations situées à proximité

Aujourd'hui, des dizaines d'entreprises peuvent offrir de nombreuses options: des solutions toutes faites au développement d'un projet individuel.Pour réduire le coût de la construction, vous pouvez coopérer avec les fermes voisines (si disponibles à proximité) et construire une unité pour toute la production de biogaz.

Il est à noter que pour la construction même d'une petite installation, il est nécessaire d'établir les documents pertinents, d'élaborer un schéma technologique, un plan de placement de l'équipement et de la ventilation (si l'équipement est installé dans la pièce), de subir des procédures d'agrément avec SES, inspection incendie et gaz.

Une mini-usine de production de gaz pour répondre aux besoins d'une petite économie privée peut être réalisée de sa propre main, en se concentrant sur la conception et les spécificités des installations d'appareils, fabriquées à l'échelle industrielle.

La conception des installations pour la transformation du fumier et des matières organiques végétales en biogaz ne diffère pas en complexité. L'original publié par l'industrie est tout à fait approprié comme modèle pour la construction de sa propre mini-usine

Les artisans indépendants qui décident de commencer à construire leur propre installation doivent s'approvisionner en réservoir d'eau, conduites d'eau ou tuyaux en plastique d'égout, coudes d'angle, joints et une bouteille pour stocker le gaz reçu dans l'installation.

Caractéristiques du système de biogaz

Une usine de biogaz à part entière est un système complexe composé de:

1. Bioréacteur, où le processus de décomposition du fumier;
2. Système automatisé d'alimentation des déchets organiques;
3. Dispositifs pour mélanger la biomasse;
4. Équipement pour maintenir des conditions de température optimales;
5. Réservoir de gaz - réservoirs de stockage de gaz;
6. Récepteur de déchets solides.

Tous les éléments ci-dessus sont installés dans des installations industrielles fonctionnant en mode automatique. Les réacteurs domestiques, en règle générale, ont une conception plus simplifiée.

Le diagramme montre les principaux composants d'un système de biogaz automatisé. Le volume du réacteur dépend de l'apport quotidien de matières premières organiques. Pour le bon fonctionnement de l'installation, le réacteur doit être rempli aux deux tiers du volume

Le principe de fonctionnement de l'installation

L'élément principal du système est un bioréacteur.Il existe plusieurs options pour son exécution, l'essentiel est d'assurer l'étanchéité de la structure et d'éliminer la pénétration d'oxygène. Il peut être réalisé sous la forme d'un récipient métallique de différentes formes (généralement cylindriques) situé en surface. Souvent, à ces fins, des réservoirs de carburant vides de 50 cm3 sont utilisés.

Vous pouvez acheter des conteneurs prêts à l'emploi de conception pliable. Leur avantage est la capacité de démonter rapidement et, si nécessaire, de transporter vers un autre endroit. Il est conseillé d'utiliser des installations de surface industrielles dans les grandes exploitations où il y a un afflux constant d'une grande quantité de matières premières organiques.

Pour les fermes plus petites, l'option de placement de réservoirs souterrains est plus appropriée. Le bunker souterrain est construit en brique ou en béton. Vous pouvez creuser des conteneurs prêts à l'emploi, par exemple, des barils de métal, d'acier inoxydable ou de PVC, dans le sol. Il est également possible de les refaire surface dans la rue ou dans une pièce spécialement désignée avec une bonne ventilation.

Pour la fabrication d'une usine de biogaz, des conteneurs en PVC prêts à l'emploi peuvent être achetés et installés dans une pièce équipée d'un système de ventilation

Peu importe où et comment le réacteur est situé, il est équipé d'une trémie pour le chargement du fumier. Avant de charger la matière première, elle doit subir une préparation préalable: elle est broyée en fractions de 0,7 mm maximum et diluée avec de l'eau. Idéalement, la teneur en humidité du substrat devrait être d'environ 90%.

Les usines automatisées de type industriel sont équipées d'un système d'alimentation, comprenant un récepteur, dans lequel le mélange est amené à l'humidité nécessaire, une canalisation pour l'alimentation en eau et une unité de pompage pour pomper la masse dans le bioréacteur.

Dans les installations domestiques, des conteneurs séparés sont utilisés pour préparer le substrat, où les déchets sont broyés et mélangés avec de l'eau. Ensuite, la masse est chargée dans le compartiment récepteur. Dans les réacteurs situés sous terre, la trémie de réception du substrat est sortie, le mélange préparé par gravité s'écoule à travers le pipeline dans la chambre pour la fermentation.

Si le réacteur est situé au sol ou à l'intérieur, le tuyau d'entrée avec le dispositif de réception peut être situé dans le côté inférieur du réservoir. Il est également possible d'amener le tuyau à la partie supérieure, et de mettre une cloche sur son col. Dans ce cas, la biomasse devra être pompée.

Dans le bioréacteur, il est également nécessaire de prévoir une sortie, qui est réalisée presque au fond du réservoir sur le côté opposé de la trémie d'entrée. En position souterraine, le tuyau de sortie est installé obliquement vers le haut et mène à une poubelle, en forme de boîte de forme rectangulaire. Son bord supérieur doit être en dessous du niveau de l'entrée.

Les tuyaux d'entrée et de sortie sont situés obliquement vers le haut sur différents côtés du réservoir, tandis que le réservoir de compensation dans lequel les déchets pénètrent doit être plus bas que la trémie de réception

Le processus se déroule comme suit: la trémie d'entrée reçoit un nouveau lot de substrat, qui coule dans le réacteur, en même temps que la même quantité de masse dépensée monte à travers le tuyau vers le conteneur de déchets, d'où elle est ensuite récupérée et utilisée comme biofertilisant de haute qualité.

Le stockage du biogaz s'effectue dans un réservoir de gaz. Le plus souvent, il est situé directement sur le toit du réacteur et a la forme d'un dôme ou d'un cône. Il est fait de fer de toiture, puis, pour éviter les processus corrosifs, il est peint avec plusieurs couches de peinture à l'huile.

Dans les installations industrielles, conçues pour recevoir une grande quantité de gaz, le réservoir de gaz est souvent réalisé sous la forme d'un réservoir séparé relié au réacteur par une canalisation.

Le gaz obtenu à la suite de la fermentation n'est pas adapté à l'utilisation, car il contient une grande quantité de vapeur d'eau et, sous cette forme, il ne brûlera pas. Pour le nettoyer des fractions d'eau, le gaz passe à travers un joint d'eau.Pour ce faire, un tuyau est retiré du réservoir de gaz, à travers lequel le biogaz pénètre dans le réservoir avec de l'eau, et de là, il est fourni aux consommateurs via un tuyau en plastique ou en métal.

Schéma de l'installation située sous terre. L'entrée et la sortie doivent être situées sur les côtés opposés du réservoir. Un obturateur d'eau est situé au-dessus du réacteur à travers lequel le gaz produit passe pour s'écouler

Dans certains cas, des sacs à gaz spéciaux en chlorure de polyvinyle sont utilisés pour stocker le gaz. Les sacs sont placés à côté de l'unité et progressivement remplis de gaz. Au fur et à mesure du remplissage, le matériau élastique se gonfle et le volume des sacs augmente, vous permettant d'économiser temporairement une plus grande quantité du produit final.

Conditions de fonctionnement efficace du bioréacteur

Pour un fonctionnement efficace de l'installation et une séparation intensive du biogaz, une fermentation uniforme du substrat organique est nécessaire. Le mélange doit être en mouvement constant. Sinon, une croûte se forme dessus, le processus de décomposition ralentit, entraînant moins de gaz que prévu initialement.

Pour assurer un mélange actif de la biomasse, des agitateurs de type submersibles ou inclinés équipés d'un entraînement électrique sont installés dans la partie supérieure ou latérale d'un réacteur type. Dans les installations artisanales, le mélange est effectué mécaniquement à l'aide d'un appareil ressemblant à un mélangeur domestique. Il peut être contrôlé manuellement ou équipé d'un entraînement électrique.

Avec une disposition verticale du réacteur, la poignée du mélangeur est affichée dans la partie supérieure de l'installation. Si le conteneur est installé horizontalement, la vis sans fin est également située dans un plan horizontal et la poignée est située sur le côté du bioréacteur

L'une des conditions les plus importantes pour la production de biogaz est de maintenir la température requise dans le réacteur. Le chauffage peut se faire de plusieurs manières. Dans les installations fixes, des systèmes de chauffage automatisés sont utilisés qui s'allument lorsque la température descend en dessous d'un niveau prédéterminé et s'éteignent lorsque la température requise est définie.

Pour le chauffage, vous pouvez utiliser chaudières à gaz, effectuer un chauffage direct avec des radiateurs électriques ou intégrer un élément chauffant à la base du réservoir.

Pour réduire les pertes de chaleur, il est recommandé de construire un petit cadre autour du réacteur avec une couche de laine de verre ou de recouvrir l'installation d'isolation thermique. Il a de bonnes propriétés d'isolation thermique. mousse de polystyrène et ses autres variétés.

Pour équiper un système de chauffage à la biomasse, il est possible de tirer une canalisation du chauffage de la maison, qui est alimenté par un réacteur

Détermination du volume requis

Le volume du réacteur est déterminé en fonction de la quantité quotidienne de fumier produite à la ferme. Il est également nécessaire de considérer le type de matière première, la température et le temps de fermentation. Pour que l'installation fonctionne pleinement, le réservoir est rempli à 85-90% du volume, au moins 10% doit rester libre pour que le gaz s'échappe.

Le processus de décomposition des matières organiques dans une installation mésophile à une température moyenne de 35 degrés dure 12 jours, après quoi les résidus fermentés sont éliminés et le réacteur est rempli d'une nouvelle partie du substrat. Les déchets étant dilués avec de l'eau jusqu'à 90% avant d'être envoyés au réacteur, la quantité de liquide doit également être prise en compte lors de la détermination de la charge journalière.

Sur la base des indicateurs ci-dessus, le volume du réacteur sera égal à la quantité quotidienne de substrat préparé (fumier avec de l'eau) multipliée par 12 (le temps nécessaire à la décomposition de la biomasse) et augmentée de 10% (volume de cuve libre).

Construction souterraine

Parlons maintenant de l'installation la plus simple qui vous permet d'obtenir le biogaz à la maison au moindre coût. Considérons la construction d'un système souterrain.Pour le faire, vous devez creuser un trou, sa base et ses murs sont coulés avec du béton d'argile expansé renforcé.

Sur les côtés opposés de la chambre, les ouvertures d'entrée et de sortie sont insérées, où des tuyaux inclinés sont montés pour alimenter le substrat et pomper la masse dépensée.

Le tuyau de sortie d'un diamètre d'environ 7 cm doit être presque au fond de la trémie, son autre extrémité est montée dans un récipient de compensation de forme rectangulaire, dans lequel les déchets seront pompés. La canalisation d'alimentation du substrat est située à environ 50 cm du fond et a un diamètre de 25 à 35 cm La partie supérieure du tuyau pénètre dans le compartiment pour recevoir les matières premières.

Le réacteur doit être complètement scellé. Pour exclure la possibilité de pénétration d'air, le récipient doit être recouvert d'une couche d'imperméabilisation de bitume

La partie supérieure de la trémie est un réservoir de gaz avec un dôme ou une forme conique. Il est fait de tôles ou de fer à toiture. Il est également possible de terminer la construction avec de la maçonnerie, qui est ensuite recouverte de treillis métallique et enduite. Au-dessus du réservoir de gaz, vous devez faire une trappe étanche, retirer le tuyau de gaz passant à travers le joint d'eau et installer une soupape pour relâcher la pression du gaz.

Pour mélanger le substrat, il est possible d'équiper l'installation d'un système de drainage fonctionnant sur le principe du barbotage. Pour ce faire, fixez verticalement les tuyaux en plastique à l'intérieur de la structure de sorte que leur bord supérieur soit plus élevé que la couche de substrat. Faites-y beaucoup de trous. Le gaz sous pression va baisser et monter, les bulles de gaz vont mélanger la biomasse dans le réservoir.

Si vous ne voulez pas construire un bunker en béton, vous pouvez acheter un conteneur en PVC prêt à l'emploi. Pour maintenir la chaleur, elle doit être entourée d'une couche d'isolation thermique - mousse de polystyrène. Le fond de la fosse est coulé avec du béton armé d'une couche de 10 cm Des réservoirs en polychlorure de vinyle peuvent être utilisés si le volume du réacteur ne dépasse pas 3 m3.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment faire l'installation la plus simple à partir d'un baril ordinaire, vous apprendrez si vous regardez la vidéo:

Comment se passe la construction d'un réacteur souterrain, vous pouvez voir dans la vidéo:

La façon dont le fumier est chargé dans l'installation souterraine est illustrée dans la vidéo suivante:

Une usine de production de biogaz à partir de fumier permettra d'économiser de manière significative sur le paiement de la chaleur et de l'électricité, et de mettre à profit la matière organique, qui est abondante dans chaque ferme. Avant de commencer la construction, il est nécessaire de tout calculer et préparer soigneusement.

Le réacteur le plus simple peut être fabriqué en quelques jours de vos propres mains, à l'aide d'outils improvisés. Si la ferme est grande, il est préférable d'acheter une installation prête à l'emploi ou de consulter un spécialiste.

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