Kaip iš mėšlo gauti biodujas: pagrindinių principų ir gamyklos projekto apžvalga

Ūkininkai kasmet susiduria su mėšlo šalinimo problema. Didelės lėšos, kurių reikia jos eksportui ir laidojimui organizuoti, niekur nenukeliamos. Tačiau yra būdas, kuris ne tik taupo pinigus, bet ir verčia patiekti šį natūralų produktą savo pačių labui.

Uolūs savininkai jau seniai taiko aplinkosaugos technologijas, kurios leidžia iš mėšlo gauti biodujas ir rezultatą naudoti kaip kurą.

Todėl mūsų medžiaga bus skirta biodujų gamybos technologijai, taip pat kalbėsime apie tai, kaip pastatyti bioenergijos įrenginį.

Privalumai naudojant biotechnologijas

Technologija biokuro gamyba iš įvairių natūralių šaltinių nėra naujiena. Tyrimai šioje srityje pradėti XVIII amžiaus pabaigoje ir sėkmingai plėtojami XIX amžiuje. Sovietų Sąjungoje pirmoji bioenergijos gamykla buvo sukurta praėjusio amžiaus keturiasdešimtaisiais metais.

Biotechnologijos jau seniai naudojamos daugelyje šalių, tačiau šiandien jos įgyja ypatingą reikšmę. Dėl pablogėjusios aplinkos padėties planetoje ir didelių energijos sąnaudų daugelis kreipia dėmesį į alternatyvius energijos ir šilumos šaltinius.

Mėšlo perdirbimo į biodujas technologija leidžia sumažinti kenksmingo metano išmetimą į atmosferą ir gauti papildomą šiluminės energijos šaltinį

Aišku, mėšlas yra labai vertinga trąša, ir jei ūkyje yra dvi karvės, tai jo vartojimui problemų nėra. Kitas dalykas, kai kalbama apie ūkius, kuriuose auginami stambūs ir vidutiniai gyvuliai, kur per metus susidaro tonos riebalų ir puvimo biologinės medžiagos.

Norint, kad mėšlas virsta aukštos kokybės trąšomis, jums reikia sričių, kuriose yra tam tikras temperatūros režimas, ir tai yra papildomos išlaidos. Todėl daugelis ūkininkų jį sandėliuoja ten, kur reikia, o po to nuneša į laukus.

Atsižvelgiant į per dieną pagaminamų žaliavų kiekį, reikėtų pasirinkti įrenginio matmenis ir jo automatizavimo laipsnį

Jei nesilaikoma laikymo sąlygų, iš mėšlo išnyksta iki 40% azoto ir pagrindinė fosforo dalis, o tai žymiai pablogina jo kokybės rodiklius. Be to, į atmosferą išleidžiamos metano dujos, kurios daro neigiamą poveikį ekologinei planetos situacijai.

Šiuolaikinės biotechnologijos suteikia galimybę ne tik neutralizuoti kenksmingą metano poveikį aplinkos padėčiai, bet ir padaryti jį naudingu žmogui, tuo pačiu gaunant didelę ekonominę naudą. Dėl to susidaro mėšlo perdirbimo biodujosiš kurių jūs galite gauti tūkstančius kW energijos, o atliekos yra labai vertingos anaerobinės trąšos.

Dujų susidarymo iš organinių žaliavų mechanizmas

Biodujos yra lakioji medžiaga, neturinti spalvos ar jokio kvapo, kurioje yra iki 70% metano. Savo kokybės rodikliais ji artėja prie tradicinės kuro rūšies - gamtinių dujų. Jis turi gerą šilumingumą, 1m³ biodujos išskiria tiek šilumos, kiek gaunama deginant pusantro kilogramo anglių.

Mes esame skolingi biodujų susidarymui anaerobinėms bakterijoms, kurios aktyviai dirba skildamos organinės žaliavos, naudojamos ūkinių gyvūnų mėšlui, paukščių mėšlui, bet kokių augalų atliekoms.

Nepriklausomoje biodujų gamyboje gali būti naudojami paukščių mėšlai ir smulkių bei didelių gyvulių atliekos. Žaliavos gali būti naudojamos gryna forma ir mišinio pavidalu, įtraukiant žolę, žalumynus, seną popierių

Norint suaktyvinti procesą, būtina sudaryti palankias sąlygas bakterijoms gyventi. Jie turėtų būti panašūs į tuos, kuriuose mikroorganizmai vystosi natūraliame rezervuare - gyvūnų skrandyje, kur nėra šilumos ir nėra deguonies.

Tiesą sakant, tai yra dvi pagrindinės sąlygos, kurios prisideda prie stebuklingo puvimo mėšlo pavertimo ekologišku kuru ir vertingomis trąšomis.

Norint gauti biodujas, reikalingas uždaras reaktorius be oro patekimo, kuriame vyks mėšlo fermentacija ir skaidymas į komponentus:

• metanas (iki 70%);
• anglies dioksidas (maždaug 30%);
• kitos dujinės medžiagos (1-2%).

Susidariusios dujos kyla į rezervuarą, iš kur jos išsiurbiamos, o likęs produktas nusėda - aukštos kokybės organinėmis trąšomis, kurios sulaiko visas vertingas medžiagas, rastas mėšle - azotą ir fosforą, o perdirbdamos prarado didelę dalį patogeninių mikroorganizmų.

Biodujų reaktorius turi būti visiškai sandarus, kuriame nėra deguonies, kitaip mėšlas suskaidomas labai lėtai.

Antra svarbi efektyvaus mėšlo irimo ir biodujų susidarymo sąlyga yra temperatūros režimo laikymasis. Procese dalyvaujančios bakterijos aktyvuojamos +30 laipsnių temperatūroje.

Be to, mėšle yra dviejų rūšių bakterijos:

• mezofilinis. Jų gyvybinis aktyvumas vyksta esant +30 - +40 laipsnių temperatūrai;
• termofilinis. Jų reprodukcijai būtina stebėti +50 (+60) laipsnių temperatūros režimą.

Žaliavų apdorojimo laikas pirmojo tipo augaluose priklauso nuo mišinio sudėties ir svyruoja nuo 12 iki 30 dienų. Tuo pačiu metu 1 litras reaktoriaus naudingo ploto duoda 2 litrus biokuro. Naudojant antrojo tipo augalus, galutinio produkto pagaminimo laikas sutrumpėja iki trijų dienų, o biodujų kiekis padidėja iki 4,5 litro.

Termofilinių augalų efektyvumas matomas plika akimi, tačiau jų išlaikymo išlaidos yra labai didelės, todėl prieš pasirenkant šį ar tą biodujų gamybos būdą, reikia viską atidžiai apskaičiuoti.

Nepaisant to, kad termofilinių įrenginių efektyvumas yra dešimt kartų didesnis, jie naudojami daug rečiau, nes aukštos temperatūros palaikymas reaktoriuje susijęs su didelėmis sąnaudomis.

Mezofilinio tipo augalų priežiūra ir priežiūra yra pigesnė, todėl dauguma ūkių juos naudoja biodujų gamybai.

Pagal energetinio potencialo kriterijus biodujos yra šiek tiek prastesnės už įprastus dujas. Tačiau jame yra sulfato garų, į kurių buvimą reikėtų atsižvelgti renkantis medžiagas įrenginio statybai

Biodujų efektyvumo skaičiavimai

Norint įvertinti visus alternatyvaus biokuro naudojimo pranašumus, padės paprasti skaičiavimai. Viena 500 kg sverianti karvė per dieną pagamina apie 35–40 kg mėšlo. Šios sumos užtenka norint gauti apie 1,5 m³ biodujų, iš kurių savo ruožtu galima generuoti 3 kW / h elektros energijos.

Naudojant duomenis iš lentelės, lengva apskaičiuoti, kiek m³ biodujas galima gauti išvežant pagal ūkyje turimus gyvulius

Norėdami gauti biokurą, galite naudoti vienos rūšies organines žaliavas arba kelių komponentų mišinį, kurio drėgnis yra 85–90%. Svarbu, kad juose nebūtų pašalinių cheminių priemaišų, kurie neigiamai veikia perdirbimo procesą.

Paprasčiausią mišinio receptą 2000 m. Išrado vienas Lipetsko srities rusų valstietis, kuris savo rankomis pastatė paprasčiausią biodujų gamybos įrenginį. Jis sumaišė 1500 kg karvių mėšlo su 3500 kg įvairių augalų atliekų, pridėjo vandens (apie 65% visų ingredientų svorio) ir pašildė mišinį iki 35 laipsnių.

Po dviejų savaičių paruoštas nemokamas kuras. Ši maža instaliacija pagamino 40 m³ dujų per dieną, kurių pakako šešiems mėnesiams namui ir namų ūkiams šildyti.

Biokuro augalų galimybės

Atlikus skaičiavimus, būtina nustatyti, kaip pagaminti gamyklą, kad būtų gautos biodujos atsižvelgiant į jos ekonomikos poreikius. Jei gyvulių skaičius yra mažas, tada tinka paprasčiausias variantas, kurį lengva padaryti iš improvizuotų priemonių savo rankomis.

Dideliam ūkiui, turinčiam nuolatinį didelių žaliavų kiekį, patartina pastatyti pramoninę automatizuotą biodujų sistemą. Šiuo atveju vargu ar įmanoma neįtraukti specialistų, kurie parengs projektą ir sumontuos instaliaciją profesionaliu lygiu.

Diagrama aiškiai parodo, kaip veikia pramoninis automatinis biodujų gamybos kompleksas. Tokio masto statybą vienu metu gali organizuoti keli netoliese esantys ūkiai

Šiandien yra dešimtys kompanijų, kurios gali pasiūlyti daugybę variantų: nuo paruoštų sprendimų iki individualaus projekto kūrimo.Norėdami sumažinti statybos sąnaudas, galite bendradarbiauti su kaimyniniais ūkiais (jei yra netoliese) ir pastatyti vieną bloką visai biodujų gamybai.

Reikėtų pažymėti, kad norint pastatyti net nedidelį įrenginį, būtina sudaryti atitinkamus dokumentus, sudaryti schemą, įrangos išdėstymo ir vėdinimo planą (jei įranga sumontuota kambaryje), atlikti patvirtinimo procedūras su SES, atlikti gaisro ir dujų patikrinimą.

Mini gamykla, gaminanti dujas, kad patenkintų mažos privačios ekonomikos poreikius, gali būti padaryta savo rankomis, sutelkiant dėmesį į pramoniniu mastu gaminamų prietaisų įrenginių dizainą ir specifiką.

Augalų, skirtų perdirbti mėšlą, ir augalų organinių medžiagų biodujoms projektavimas nesiskiria sudėtingumu. Pramonės išleistas originalas yra gana tinkamas kaip šablonas statant savo mini fabriką

Nepriklausomi meistrai, nusprendę pradėti statyti savo įrenginį, turi atsargas laikyti vandens talpykloje, vandens ar kanalizacijos plastikiniuose vamzdžiuose, kampų posūkiuose, tarpikliuose ir cilindre, skirtuose įrenginyje gautoms dujoms laikyti.

Biodujų sistemos ypatybės

Visavertė biodujų įmonė yra sudėtinga sistema, susidedanti iš:

1. Bioreaktorius, kuriame vyksta mėšlo skilimo procesas;
2. Automatizuota organinių atliekų tiekimo sistema;
3. Biomasės maišymo įtaisai;
4. Įranga optimalioms temperatūros sąlygoms palaikyti;
5. Dujų bakas - dujų rezervuarai;
6. Kietųjų atliekų imtuvas.

Visi aukščiau išvardyti elementai yra sumontuoti pramonės įmonėse, veikiančiose automatiniu režimu. Buitiniai reaktoriai, kaip taisyklė, yra paprastesnės konstrukcijos.

Diagrama rodo pagrindinius automatizuotos biodujų sistemos komponentus. Reaktoriaus tūris priklauso nuo organinių žaliavų suvartojimo per parą. Kad įrenginys veiktų visiškai, reaktorius turi būti užpildytas dviem trečdaliais tūrio

Diegimo veikimo principas

Pagrindinis sistemos elementas yra bioreaktorius.Yra keli jo vykdymo variantai, pagrindinis dalykas yra užtikrinti konstrukcijos sandarumą ir pašalinti deguonies patekimą. Jis gali būti pagamintas iš metalo įvairių formų (dažniausiai cilindro) talpyklos, esančios ant paviršiaus. Dažnai šiems tikslams naudojami 50 cc tuščių degalų bakų.

Galite nusipirkti paruoštų sulankstomos konstrukcijos konteinerių. Jų pranašumas yra galimybė greitai išardyti ir prireikus pervežti į kitą vietą. Patartina naudoti pramoninius paviršinius įrenginius dideliuose ūkiuose, kur nuolat vyksta didelis organinių žaliavų kiekis.

Mažesnėms sodyboms labiau tinka požeminių rezervuarų išdėstymo galimybė. Požeminis bunkeris pastatytas iš plytų arba betono. Į žemę galite kasti paruoštus konteinerius, pavyzdžiui, statines iš metalo, nerūdijančio plieno ar PVC. Taip pat galima juos padengti gatvėje arba specialiai tam skirtoje patalpoje, kur gera ventiliacija.

Biodujų gamyklos gamybai paruoštas PVC talpyklas galima įsigyti ir sumontuoti kambaryje, kuriame įrengta vėdinimo sistema

Nesvarbu, kur ir kaip yra reaktorius, jame yra bunkeris mėšlui krauti. Prieš kraunant žaliavą, ją reikia iš anksto paruošti: ji susmulkinama į ne daugiau kaip 0,7 mm frakcijas ir praskiedžiama vandeniu. Idealiu atveju pagrindo drėgmė turėtų būti apie 90%.

Pramoninio tipo automatinėse gamyklose yra įrengta tiekimo sistema, įskaitant imtuvą, kuriame mišinys tiekiamas reikiamai drėgmei, vamzdynas vandens tiekimui ir siurblinė, skirta masei perpumpuoti į bioreaktorių.

Namų įrenginiuose substratui paruošti naudojami atskiri konteineriai, kur atliekos susmulkinamos ir sumaišomos su vandeniu. Tada masė sudedama į priėmimo skyrių. Po žeme esančiuose reaktoriuose ištraukiamas substratas, skirtas substratui priimti, paruoštas mišinys sunkio jėgos dėka per dujotiekį patenka į kamerą fermentacijai.

Jei reaktorius yra žemėje arba viduje, įleidimo vamzdis su priėmimo įtaisu gali būti apatinėje rezervuaro pusėje. Taip pat galima atnešti vamzdį į viršutinę dalį ir uždėti varpelį ant kaklo. Tokiu atveju biomasė turės būti pumpuojama.

Bioreaktoriuje taip pat būtina numatyti išleidimo angą, kuri padaryta beveik rezervuaro apačioje, priešingoje įleidimo bunkerio pusėje. Po žeme esantis išleidimo vamzdis yra pastatytas įstrižai į viršų ir veda prie atliekų talpyklos, formos kaip stačiakampio formos dėžutė. Viršutinis jo kraštas turėtų būti žemiau įleidimo angos lygio.

Įleidimo ir išleidimo vamzdžiai yra įstrižai į viršų skirtingose ​​rezervuaro pusėse, tuo tarpu kompensuojamasis bakas, į kurį atliekos patenka, turėtų būti žemesnis nei priėmimo bunkeris.

Procesas vyksta taip: įpilamas bunkeris gauna naują substrato partiją, kuri teka į reaktorių, tuo pačiu metu toks pat panaudotos masės kiekis pilamas į atliekų surinktuvą, iš kur vėliau jis iškasamas ir naudojamas kaip aukštos kokybės biodegalų trąša.

Biodujų kaupimas atliekamas dujų bake. Dažniausiai jis yra tiesiai ant reaktoriaus stogo ir yra kupolo ar kūgio formos. Jis pagamintas iš stogo dangos geležies, o tada, siekiant išvengti korozinių procesų, dažomas keliais aliejinių dažų sluoksniais.

Pramoninėse įmonėse, skirtose dideliam dujų kiekiui gaminti, dujų bakas dažnai atliekamas kaip atskiras rezervuaras, sujungtas su reaktoriumi vamzdynu.

Fermentacijos metu gautos dujos netinkamos naudoti, nes jose yra didelis kiekis vandens garų, ir tokiu pavidalu jos nedegs. Norėdami išvalyti jį iš vandens frakcijų, dujos praleidžiamos per vandens tarpiklį.Norėdami tai padaryti, iš dujų talpyklos pašalinamas vamzdis, per kurį biodujos patenka į rezervuarą su vandeniu, o iš ten jis tiekiamas vartotojams per plastikinį ar metalinį vamzdį.

Po žeme esančio įrenginio schema. Įleidimo ir išleidimo angos turėtų būti išdėstytos priešingose ​​bako pusėse. Virš reaktoriaus yra vandens sklendė, per kurią pagamintos dujos patenka į kanalizaciją

Kai kuriais atvejais dujų laikymui naudojami specialūs dujiniai maišai, pagaminti iš polivinilchlorido. Krepšiai dedami šalia įrenginio ir palaipsniui užpildomi dujomis. Užpildydami elastinė medžiaga išpūstina, o maišų tūris padidėja, tai leidžia laikinai sutaupyti didesnį galutinio produkto kiekį.

Efektyvaus bioreaktoriaus veikimo sąlygos

Efektyviam įrenginio darbui ir intensyviam biodujų atskyrimui būtina tolygi organinio substrato fermentacija. Mišinys turėtų būti nuolat judamas. Priešingu atveju ant jo susidaro pluta, skilimo procesas sulėtėja, todėl susidaro mažiau dujų, nei iš pradžių buvo apskaičiuota.

Norint užtikrinti aktyvų biomasės susimaišymą, tipiško reaktoriaus viršutinėje arba šoninėje dalyse įrengiami panardinamieji arba nuožulnūs maišytuvai su elektrine pavara. Meno instaliacijose maišymas atliekamas mechaniškai, naudojant prietaisą, primenantį buitinį maišytuvą. Jį galima valdyti rankiniu būdu arba su elektrine pavara.

Reaktoriaus vertikalioje padėtyje maišytuvo rankena rodoma viršutinėje įrenginio dalyje. Jei talpykla montuojama horizontaliai, sraigtas taip pat yra horizontalioje plokštumoje, o rankena yra bioreaktoriaus šone

Viena iš svarbiausių biodujų gamybos sąlygų yra palaikyti reikiamą temperatūrą reaktoriuje. Šildymas gali būti atliekamas keliais būdais. Stacionariuose įrenginiuose naudojamos automatinės šildymo sistemos, kurios įsijungia, kai temperatūra nukrenta žemiau nustatyto lygio, ir išsijungia, kai nustatoma reikiama temperatūra.

Šildymui galite naudoti dujiniai katilai, atlikite tiesioginį šildymą elektriniais šildytuvais arba integruokite kaitinimo elementą į rezervuaro pagrindą.

Šilumos nuostoliams sumažinti rekomenduojama aplink reaktorių pastatyti mažą rėmą su stiklo vatos sluoksniu arba uždengti įrenginį šilumos izoliacija. Jis pasižymi geromis šilumos izoliacijos savybėmis. polistireninis putplastis ir kitos jo rūšys.

Norint įrengti biomasės šildymo sistemą, iš namo šildymo galima nubrėžti vamzdyną, kurį maitina reaktorius

Reikalingo tūrio nustatymas

Reaktoriaus tūris nustatomas atsižvelgiant į kasdienį ūkyje pagaminto mėšlo kiekį. Taip pat būtina atsižvelgti į žaliavos rūšį, temperatūrą ir fermentacijos laiką. Kad įrenginys veiktų visiškai, bakas pripildytas iki 85–90% tūrio, mažiausiai 10% jo neturi likti dujų.

Organinių elementų skilimo procesas mezofiliniame įrenginyje, esant vidutinei 35 laipsnių temperatūrai, trunka nuo 12 dienų, po to fermentuojami likučiai pašalinami, o reaktorius užpildomas nauja substrato dalimi. Kadangi atliekos prieš jas siunčiant į reaktorių praskiedžiamos iki 90% vandens, nustatant dienos apkrovą taip pat reikia atsižvelgti į skysčio kiekį.

Remiantis aukščiau pateiktais rodikliais, reaktoriaus tūris bus lygus paruošto substrato (mėšlo su vandeniu) paros kiekiui, padaugintam iš 12 (laikas, reikalingas biomasės skilimui) ir padidintas 10% (laisvo rezervuaro tūris).

Požeminės konstrukcijos

Dabar pakalbėkime apie paprasčiausią diegimą, kuris leidžia jums gauti biodujos namuose už mažiausią kainą. Apsvarstykite požeminės sistemos statybą.Norėdami jį pagaminti, turite iškasti skylę, jos pagrindas ir sienos pilamos armuotu keramzitbetonu.

Priešingose ​​kameros pusėse įleidžiamos įleidimo ir išleidimo angos, kur yra sumontuoti pasvirę vamzdžiai, kad būtų galima tiekti substratą ir išpumpuoti panaudotą masę.

Maždaug 7 cm skersmens išleidimo vamzdis turėtų būti beveik pačiame bunkerio dugne, o kitas jo galas yra įmontuotas į stačiakampio formos kompensacinį konteinerį, į kurį bus pumpuojamos atliekos. Substratui tiekti skirtas vamzdynas yra maždaug 50 cm atstumu nuo apačios ir jo skersmuo yra 25-35 cm. Viršutinė vamzdžio dalis patenka į skyrių žaliavoms priimti.

Reaktorius turi būti visiškai uždarytas. Kad būtų pašalinta galimybė patekti į orą, tara turi būti padengta bituminio hidroizoliacijos sluoksniu

Viršutinė bunkerio dalis yra dujų laikiklis, turintis kupolo ar kūgio formą. Jis pagamintas iš metalo lakštų arba stogo dangos geležies. Taip pat galima baigti statyti mūrijant, kuris vėliau yra padengtas plienine tinkleliu ir tinkuotas. Ant degalų bako viršaus reikia padaryti sandarų liuką, nuimti dujų vamzdį, einantį pro vandens tarpiklį, ir sumontuoti vožtuvą, kad būtų sumažintas dujų slėgis.

Norėdami sumaišyti pagrindą, galima įrengti kanalizaciją, veikiančią purškimo principu. Norėdami tai padaryti, vertikaliai pritvirtinkite plastikinius vamzdžius konstrukcijos viduje taip, kad jų viršutinis kraštas būtų aukščiau substrato sluoksnio. Juose padarykite daug skylių. Dujos, veikiančios slėgį, kris žemyn, o kylant aukštyn, dujų burbuliukai sumaišys biomasę rezervuare.

Jei nenorite statyti betoninio bunkerio, galite nusipirkti paruoštą PVC talpyklą. Norėdami išlaikyti šilumą, jis turi būti apsuptas aplink šilumos izoliacijos sluoksnį - putų polistireną. Duobės dugnas pilamas gelžbetoniu, kurio sluoksnis yra 10 cm, gali būti naudojamos talpyklos iš polivinilchlorido, jei reaktoriaus tūris neviršija 3 m3.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Kaip padaryti paprasčiausią diegimą iš įprastos statinės, sužinosite, jei žiūrėsite vaizdo įrašą:

Kaip statomas požeminis reaktorius, galite pamatyti vaizdo įraše:

Kaip mėšlas kraunamas į požeminį įrenginį, parodyta šiame vaizdo įraše:

Biodujų iš mėšlo gamybos įmonė žymiai sutaupys sumokėdama už šilumą ir elektrą ir tinkamai panaudos organines medžiagas, kurių gausu kiekviename ūkyje. Prieš pradedant statybą, būtina viską kruopščiai apskaičiuoti ir paruošti.

Paprasčiausias reaktorius gali būti pagamintas per kelias dienas savo rankomis, naudojant improvizuotas priemones. Jei ūkis yra didelis, geriausia nusipirkti paruoštą instaliaciją arba pasikonsultuoti su specialistu.

Jei turite klausimų, susipažindami su pateikta informacija, arba turite pasiūlymų, kuriais norėtumėte pasidalinti su svetainės lankytojais, palikite komentarus žemiau esančiame laukelyje.