Hoe biogas uit mest te halen: een overzicht van de basisprincipes en het ontwerp van een productie-installatie

Jaarlijks worden boeren geconfronteerd met het probleem van mestafvoer. Aanzienlijke fondsen die nodig zijn om de export en begrafenis te organiseren, gaan nergens heen. Maar er is een manier die u niet alleen geld bespaart, maar u ook dit natuurlijke product laat serveren voor uw eigen bestwil.

IJverige eigenaren gebruiken ecotechnologie al lang in de praktijk, waardoor ze biogas uit mest kunnen halen en het resultaat als brandstof kunnen gebruiken.

Daarom zal ons materiaal zich concentreren op de technologie van biogasproductie, we zullen ook praten over hoe een bio-energie-installatie te bouwen.

Voordelen van het gebruik van biotechnologie

Technologie productie van biobrandstoffen uit verschillende natuurlijke bronnen is niet nieuw. Onderzoek op dit gebied begon in de late 18e eeuw en ontwikkelde zich succesvol in de 19e eeuw. In de Sovjet-Unie werd in de jaren veertig van de vorige eeuw de eerste bio-energiecentrale gebouwd.

Biotechnologie wordt al lang in veel landen gebruikt, maar krijgt tegenwoordig een speciale betekenis. Door de verslechtering van de milieusituatie op de planeet en de hoge energiekosten, richten velen hun blik op alternatieve energie- en warmtebronnen.

De technologie voor het verwerken van mest tot biogas maakt het mogelijk de hoeveelheid schadelijke methaanemissies in de atmosfeer te verminderen en een extra bron van thermische energie te verkrijgen

Mest is natuurlijk een zeer waardevolle meststof en als de boerderij twee koeien heeft, zijn er geen problemen met het gebruik ervan. Een ander ding als het gaat om boerderijen met grote en middelgrote veestapels, waar jaarlijks tonnen stinkende en rottende biologisch materiaal worden gevormd.

Om mest tot hoogwaardige kunstmest te maken, heeft u gebieden nodig met een bepaald temperatuurregime, en dit is een extra uitgave. Daarom slaan veel boeren het waar nodig op en brengen het vervolgens naar de velden.

Afhankelijk van de hoeveelheid geproduceerde grondstoffen per dag, moeten de afmetingen van de installatie en de mate van automatisering worden gekozen

Als de opslagomstandigheden niet worden nageleefd, verdwijnt tot 40% van de stikstof en het grootste deel van fosfor uit de mest, wat de kwaliteitsindicatoren aanzienlijk verslechtert. Daarnaast komt methaangas vrij in de atmosfeer, wat een negatieve impact heeft op de ecologische situatie van de planeet.

Moderne biotechnologie maakt het niet alleen mogelijk om de schadelijke effecten van methaan op de milieusituatie te neutraliseren, maar ook om het ten dienste te stellen van de mens, terwijl het aanzienlijke economische voordelen oplevert. Als resultaat er wordt mestverwerkingsbiogas gevormdwaaruit je dan duizenden kW energie kunt halen en de afvalproducten zijn een zeer waardevolle anaërobe meststof.

Het mechanisme van gasvorming uit organische grondstoffen

Biogas is een vluchtige stof zonder kleur of geur, die tot 70% methaan bevat. Door zijn kwaliteitsindicatoren nadert het het traditionele type brandstof - aardgas. Het heeft een goede calorische waarde, 1 m³ biogas geeft evenveel warmte af als wordt verkregen door anderhalve kilo steenkool te verbranden.

We zijn de vorming van biogas te danken aan anaërobe bacteriën, die actief bezig zijn met de afbraak van organische grondstoffen, die worden gebruikt voor de mest van landbouwhuisdieren, uitwerpselen van vogels, afval van planten.

Bij onafhankelijke productie van biogas kunnen vogeluitwerpselen en afvalproducten van klein en groot vee worden gebruikt. Grondstoffen kunnen worden gebruikt in pure vorm en in de vorm van een mengsel met toevoeging van gras, bladeren, oud papier

Om het proces te activeren, moeten gunstige omstandigheden worden gecreëerd voor het leven van bacteriën. Ze moeten vergelijkbaar zijn met die waarin micro-organismen zich ontwikkelen in een natuurlijk reservoir - in de maag van dieren, waar warmte en geen zuurstof is.

Dit zijn eigenlijk de twee belangrijkste voorwaarden die bijdragen aan de wonderbaarlijke transformatie van rotmest in milieuvriendelijke brandstof en waardevolle meststoffen.

Om biogas te verkrijgen is een afgesloten reactor nodig zonder toegang tot lucht, waar het proces van mestvergisting en de afbraak ervan in componenten zal plaatsvinden:

• methaan (tot 70%);
• kooldioxide (ongeveer 30%);
• andere gasvormige stoffen (1-2%).

De resulterende gassen stijgen de tank op, van waaruit ze vervolgens worden weggepompt en het restproduct bezinkt - een hoogwaardige organische meststof die alle waardevolle stoffen in mest - stikstof en fosfor - vasthoudt en een aanzienlijk deel van de pathogene micro-organismen als gevolg van verwerking verliest.

De biogasreactor moet een volledig afgesloten structuur hebben waarin geen zuurstof aanwezig is, anders zal het afbraakproces van mest extreem traag verlopen

De tweede belangrijke voorwaarde voor de effectieve afbraak van mest en de vorming van biogas is het voldoen aan het temperatuurregime. De bij het proces betrokken bacteriën worden geactiveerd bij een temperatuur van +30 graden.

Bovendien bevat de mest twee soorten bacteriën:

• mesofiel. Hun vitale activiteit vindt plaats bij een temperatuur van +30 - +40 graden;
• thermofiel. Voor hun reproductie is het noodzakelijk om het temperatuurregime van +50 (+60) graden te observeren.

De verwerkingstijd van grondstoffen in planten van het eerste type hangt af van de samenstelling van het mengsel en varieert van 12 tot 30 dagen. Tegelijkertijd levert 1 liter bruikbare reactorruimte 2 liter biobrandstof op. Bij gebruik van planten van het tweede type wordt de productietijd van het eindproduct teruggebracht tot drie dagen en neemt de hoeveelheid biogas toe tot 4,5 liter.

De efficiëntie van thermofiele planten is met het blote oog zichtbaar, maar de kosten van hun onderhoud zijn erg hoog, dus voordat u voor deze of gene methode van biogasproductie kiest, moet u alles zorgvuldig berekenen

Ondanks het feit dat de efficiëntie van thermofiele installaties tien keer hoger is, worden ze veel minder vaak gebruikt, omdat het handhaven van hoge temperaturen in de reactor gepaard gaat met hoge kosten.

Het onderhoud en onderhoud van planten van het mesofiele type is goedkoper, dus de meeste bedrijven gebruiken ze om biogas te produceren.

Volgens de criteria van het energiepotentieel is biogas iets minder dan conventionele gasbrandstof. Het bevat echter sulfaatdampen, waarmee bij de keuze van materialen voor de constructie van de installatie rekening moet worden gehouden

Berekeningen van biogasefficiëntie

Om alle voordelen van het gebruik van alternatieve biobrandstoffen te evalueren, zullen eenvoudige berekeningen helpen. Eén koe met een gewicht van 500 kg produceert ongeveer 35-40 kg mest per dag. Dit bedrag is voldoende om ongeveer 1,5 m te halen³ biogas, waaruit op zijn beurt 3 kW / h elektriciteit kan worden opgewekt.

Met behulp van de gegevens uit de tabel is het eenvoudig te berekenen hoeveel m³ biogas kan worden verkregen bij de uitgang in overeenstemming met het vee dat op de boerderij beschikbaar is

Om biobrandstoffen te verkrijgen, kunt u ofwel één type organische grondstof gebruiken, ofwel een mengsel van verschillende componenten met een vochtgehalte van 85-90%. Het is belangrijk dat ze geen vreemde chemische onzuiverheden bevatten die het verwerkingsproces nadelig beïnvloeden.

Het eenvoudigste recept voor het mengsel werd in 2000 uitgevonden door een Russische boer uit de regio Lipetsk, die zelf de eenvoudigste plant voor biogasproductie bouwde. Hij mengde 1.500 kg koeienmest met 3.500 kg afval van verschillende planten, voegde water toe (ongeveer 65% van het gewicht van alle ingrediënten) en verwarmde het mengsel tot 35 graden.

Twee weken later staat de gratis brandstof klaar. Deze kleine installatie produceerde 40 m³ gas per dag, wat voldoende was om het huis en de woongebouwen zes maanden lang te verwarmen.

Opties voor biobrandstofcentrales

Na het uitvoeren van de berekeningen, moet worden bepaald hoe de plant moet worden gemaakt om biogas te verkrijgen in overeenstemming met de behoeften van zijn economie. Als het aantal dieren klein is, is de eenvoudigste optie geschikt, die gemakkelijk met geïmproviseerde middelen met uw eigen handen kan worden gemaakt.

Het is raadzaam voor grote boerderijen die een constante bron hebben van een grote hoeveelheid grondstoffen om een ​​industrieel geautomatiseerd biogassysteem te bouwen. In dit geval is het nauwelijks mogelijk zonder specialisten in te schakelen die het project zullen ontwikkelen en de installatie op een professioneel niveau zullen monteren.

Het diagram laat duidelijk zien hoe het industriële geautomatiseerde complex voor de productie van biogas werkt. De bouw van een dergelijke schaal kan in één keer worden georganiseerd door verschillende boerderijen in de buurt

Tegenwoordig zijn er tientallen bedrijven die veel mogelijkheden kunnen bieden: van pasklare oplossingen tot de ontwikkeling van een individueel project.Om de bouwkosten te verlagen, kunt u samenwerken met naburige boerderijen (indien beschikbaar in de buurt) en één eenheid bouwen voor alle biogasproductie.

Opgemerkt moet worden dat voor de bouw van zelfs een kleine installatie het nodig is om de relevante documenten op te stellen, een stroomschema te maken, de plaatsing van apparatuur en ventilatie te plannen (als de apparatuur in de kamer is geïnstalleerd), goedkeuringsprocedures te ondergaan met de SES, brand- en gasinspectie.

Een minifabriek voor de productie van gas om aan de behoeften van een kleine particuliere economie te voldoen, kan met eigen hand worden gedaan, met de nadruk op het ontwerp en de specifieke kenmerken van de apparaatinstallaties, vervaardigd op industriële schaal.

Het ontwerp van planten voor de verwerking van mest en organische stoffen tot biogas verschilt niet in complexiteit. Het door de industrie uitgegeven origineel is zeer geschikt als sjabloon voor de bouw van een eigen minifabriek

Onafhankelijke vakmensen die besluiten om hun eigen installatie te gaan bouwen, moeten een watertank, plastic water- of rioolbuizen, hoekbochten, pakkingen en een cilinder inslaan om het in de installatie opgevangen gas op te slaan.

Kenmerken van het biogassysteem

Een volwaardige biogasinstallatie is een complex systeem bestaande uit:

1. Bioreactor, waar het proces van ontbinding van mest;
2. Geautomatiseerd toevoersysteem voor organisch afval;
3. Apparaten voor het mengen van biomassa;
4. Apparatuur om optimale temperatuuromstandigheden te behouden;
5. Gastank - gasopslagtanks;
6. Ontvanger voor vast afval.

Alle bovenstaande items zijn geïnstalleerd in industriële installaties die in automatische modus werken. Binnenlandse reactoren hebben in de regel een eenvoudiger ontwerp.

Het diagram toont de belangrijkste componenten van een geautomatiseerd biogassysteem. Het volume van de reactor is afhankelijk van de dagelijkse inname van organische grondstoffen. Voor een volledige werking van de installatie moet de reactor voor tweederde van het volume worden gevuld

Het werkingsprincipe van de installatie

Het belangrijkste element van het systeem is een bioreactor.Er zijn verschillende opties voor de uitvoering ervan, het belangrijkste is om de dichtheid van de structuur te waarborgen en te voorkomen dat zuurstof binnendringt. Het kan worden gemaakt in de vorm van een metalen container met verschillende vormen (meestal cilindrisch) op het oppervlak. Vaak worden voor deze doeleinden lege brandstoftanks van 50 cc gebruikt.

U kunt kant-en-klare containers kopen met een opvouwbaar ontwerp. Hun voordeel is de mogelijkheid om snel te demonteren en indien nodig naar een andere plaats te vervoeren. Het is raadzaam om industriële oppervlakte-installaties te gebruiken in grote boerderijen waar een constante instroom van een grote hoeveelheid organische grondstoffen is.

Voor kleinere boerderijen is de mogelijkheid van ondergrondse tankplaatsing geschikter. De ondergrondse bunker is opgetrokken uit baksteen of beton. U kunt kant-en-klare containers, bijvoorbeeld vaten van metaal, roestvrij staal of PVC, in de grond graven. Het is ook mogelijk om ze op straat te plaatsen of in een speciaal daarvoor bestemde ruimte met goede ventilatie.

Voor de productie van een biogasinstallatie kunnen kant-en-klare PVC-containers worden gekocht en geïnstalleerd in een ruimte die is uitgerust met een ventilatiesysteem

Waar en hoe de reactor zich ook bevindt, hij is uitgerust met een trechter voor het laden van mest. Alvorens de grondstof te laden, moet deze een voorbereidende voorbereiding ondergaan: hij wordt fijngemaakt tot fracties van niet meer dan 0,7 mm en verdund met water. Idealiter zou het vochtgehalte van de ondergrond ongeveer 90% moeten zijn.

Geautomatiseerde installaties van het industriële type zijn uitgerust met een toevoersysteem, inclusief een ontvanger, waarin het mengsel op het benodigde vocht wordt gebracht, een pijpleiding voor watervoorziening en een pompeenheid om de massa in de bioreactor te pompen.

In thuisinstallaties worden afzonderlijke containers gebruikt om het substraat voor te bereiden, waar het afval wordt vermalen en gemengd met water. Vervolgens wordt de massa in het ontvangende compartiment geladen. In de ondergrondse reactoren wordt de hopper voor het opnemen van het substraat naar buiten gebracht, het voorbereide mengsel stroomt door zwaartekracht door de pijpleiding naar de kamer voor fermentatie.

Als de reactor zich op de grond of binnenshuis bevindt, kan de inlaatleiding met het ontvangende apparaat zich aan de onderkant van de tank bevinden. Het is ook mogelijk om de pijp naar het bovenste deel te brengen en een bel op zijn nek te plaatsen. In dit geval moet de biomassa worden gepompt.

In de bioreactor is het ook nodig om een ​​uitlaat te voorzien, die bijna aan de onderkant van de tank aan de andere kant van de inlaattrechter wordt gemaakt. Bij ondergrondse plaatsing wordt de uitlaatpijp schuin naar boven geïnstalleerd en leidt naar een afvalbak in de vorm van een rechthoekige doos. De bovenrand moet onder het niveau van de inlaat liggen.

De inlaat- en uitlaatpijpen bevinden zich schuin naar boven op verschillende zijden van de tank, terwijl de compensatietank waarin het afval binnenkomt lager moet zijn dan de opvangtrechter

Het proces verloopt als volgt: de invoertrechter ontvangt een nieuwe batch substraat, die in de reactor stroomt, terwijl tegelijkertijd dezelfde hoeveelheid verbruikte massa naar de afvalopvanger wordt geleid, van waaruit het later wordt opgeschept en gebruikt als hoogwaardige biologische meststof.

Biogasopslag vindt plaats in een gastank. Meestal bevindt het zich direct op het dak van de reactor en heeft het de vorm van een koepel of kegel. Het is gemaakt van dakbedekkingsijzer en om corrosieve processen te voorkomen, is het geverfd met verschillende lagen olieverf.

In industriële fabrieken, ontworpen om een ​​grote hoeveelheid gas op te nemen, wordt de gastank vaak gemaakt in de vorm van een afzonderlijke tank die via een pijpleiding met de reactor is verbonden.

Het door fermentatie verkregen gas is niet geschikt voor gebruik, omdat het een grote hoeveelheid waterdamp bevat en in deze vorm niet zal verbranden. Om het te ontdoen van waterfracties, wordt gas door een waterslot geleid.Hiervoor wordt een leiding uit de gastank gehaald, waardoor biogas met water de tank binnenkomt en van daaruit via een kunststof of metalen leiding aan de consument wordt geleverd.

Regeling van de ondergrondse installatie. De inlaat en uitlaat moeten zich aan weerszijden van de tank bevinden. Boven de reactor bevindt zich een watersluiter waardoor het geproduceerde gas wordt afgevoerd

In sommige gevallen worden speciale gaszakken van polyvinylchloride gebruikt om gas op te slaan. De zakken worden naast de unit geplaatst en geleidelijk gevuld met gas. Tijdens het vullen wordt het elastische materiaal opgeblazen en neemt het volume van de zakken toe, waardoor u tijdelijk een grotere hoeveelheid van het eindproduct kunt besparen.

Voorwaarden voor een effectieve werking van de bioreactor

Voor een efficiënte werking van de installatie en intensieve biogasscheiding is een uniforme vergisting van het organische substraat noodzakelijk. Het mengsel moet constant in beweging zijn. Anders vormt zich een korst, het afbraakproces vertraagt, waardoor er minder gas ontstaat dan oorspronkelijk berekend.

Om een ​​actieve menging van biomassa te garanderen, worden dompelroerders of roerwerken van het type uitgerust met een elektrische aandrijving geïnstalleerd in het bovenste of laterale deel van een typische reactor. In artisanale installaties wordt het mengen mechanisch uitgevoerd met een apparaat dat lijkt op een huishoudelijke mixer. Het kan handmatig worden bediend of is uitgerust met een elektrische aandrijving.

Bij een verticale opstelling van de reactor wordt het handvat van de mixer weergegeven in het bovenste deel van de installatie. Als de container horizontaal is geïnstalleerd, bevindt de vijzel zich ook in een horizontaal vlak en bevindt het handvat zich aan de zijkant van de bioreactor

Een van de belangrijkste voorwaarden voor biogasproductie is het op peil houden van de vereiste temperatuur in de reactor. Verwarming kan op verschillende manieren worden gedaan. In stationaire installaties worden geautomatiseerde verwarmingssystemen gebruikt die worden ingeschakeld wanneer de temperatuur onder een vooraf bepaald niveau daalt en worden uitgeschakeld wanneer de vereiste temperatuur is ingesteld.

Voor verwarming kunt u gebruiken gasketels, voer directe verwarming uit met elektrische kachels of integreer een verwarmingselement in de bodem van de tank.

Om warmteverlies te verminderen, is het raadzaam om een ​​klein frame rond de reactor te bouwen met een laag glaswol of de installatie te bedekken met thermische isolatie. Het heeft goede thermische isolatie-eigenschappen. polystyreenschuim en andere varianten.

Om een ​​biomassa-verwarmingssysteem uit te rusten, is het mogelijk om een ​​pijpleiding te trekken uit huisverwarming, die wordt aangedreven door een reactor

Bepaling van het vereiste volume

Het volume van de reactor wordt bepaald op basis van de dagelijkse hoeveelheid geproduceerde mest op de boerderij. Het is ook noodzakelijk om rekening te houden met het type grondstof, temperatuur en fermentatietijd. Om de installatie volledig te laten werken, wordt de tank gevuld tot 85-90% van het volume, minimaal 10% moet vrij blijven om gas te laten ontsnappen.

Het afbraakproces van organische stoffen in een mesofiele installatie bij een gemiddelde temperatuur van 35 graden duurt 12 dagen, waarna de gefermenteerde resten worden verwijderd en de reactor wordt gevuld met een nieuw deel van het substraat. Aangezien het afval tot 90% wordt verdund met water voordat het naar de reactor wordt gestuurd, moet bij het bepalen van de dagelijkse belasting ook rekening worden gehouden met de hoeveelheid vloeistof.

Op basis van bovenstaande indicatoren zal het reactorvolume gelijk zijn aan de dagelijkse hoeveelheid van het voorbereide substraat (mest met water) vermenigvuldigd met 12 (de tijd die nodig is voor de afbraak van biomassa) en verhoogd met 10% (vrij tankvolume).

Ondergrondse constructie

Laten we het nu hebben over de eenvoudigste installatie die u kunt krijgen biogas thuis tegen de laagste kosten. Overweeg de constructie van een ondergronds systeem.Om het te maken, moet je een gat graven, de basis en de muren zijn gegoten met gewapend geëxpandeerd kleibeton.

Aan de tegenoverliggende zijden van de kamer worden de inlaat- en uitlaatopeningen ingebracht, waar hellende pijpen worden gemonteerd om het substraat te voeden en de verbruikte massa weg te pompen.

De uitlaatpijp met een diameter van ongeveer 7 cm moet bijna helemaal onderaan de trechter staan, het andere uiteinde is gemonteerd in een compensatiecontainer met een rechthoekige vorm waarin het afval wordt gepompt. De pijpleiding voor het aanvoeren van het substraat ligt ongeveer 50 cm van de bodem en heeft een diameter van 25-35 cm Het bovenste deel van de buis komt het compartiment binnen voor het opnemen van grondstoffen.

De reactor moet volledig afgesloten zijn. Om de mogelijkheid van het binnendringen van lucht uit te sluiten, moet de container worden bedekt met een laag bitumen waterdichting

Het bovenste deel van de hopper is een gashouder met een koepel of conische vorm. Het is gemaakt van metalen platen of dakbedekking. Het is ook mogelijk om de constructie te voltooien met metselwerk, dat vervolgens wordt bedekt met stalen gaas en gepleisterd. Bovenop de gastank moet u een verzegeld luik maken, de gasleiding verwijderen die door de waterslot loopt en een klep installeren om de gasdruk te ontlasten.

Om de ondergrond te mengen, is het mogelijk om de installatie uit te rusten met een drainagesysteem dat werkt volgens het principe van spoelen. Om dit te doen, bevestigt u verticaal plastic buizen in de structuur zodat hun bovenrand hoger is dan de substraatlaag. Maak er veel gaten in. Gas onder druk zal naar beneden vallen en omhoog komen, gasbellen vermengen de biomassa in de tank.

Als u geen betonnen bunker wilt bouwen, kunt u een kant-en-klare PVC-container kopen. Om warmte vast te houden, moet het worden omgeven door een laag thermische isolatie - polystyreenschuim. De bodem van de put is gestort met gewapend beton met een laag van 10 cm, tanks van polyvinylchloride mogen worden gebruikt als het reactorvolume niet groter is dan 3 m3.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

Hoe je de eenvoudigste installatie van een gewoon vat maakt, leer je als je de video bekijkt:

Hoe is de bouw van een ondergrondse reactor, zie je in de video:

Hoe de mest in de ondergrondse installatie wordt geladen, wordt getoond in de volgende video:

Een fabriek voor de productie van biogas uit mest zal aanzienlijk besparen op de betaling van warmte en elektriciteit en goed werk leveren aan organisch materiaal, dat in elk bedrijf overvloedig aanwezig is. Voordat u met de bouw begint, moet u alles zorgvuldig berekenen en voorbereiden.

De eenvoudigste reactor kan in een paar dagen met je eigen handen worden gemaakt, met geïmproviseerd gereedschap. Als de boerderij groot is, kunt u het beste een kant-en-klare installatie kopen of een specialist raadplegen.

Als u vragen heeft wanneer u vertrouwd raakt met de gepresenteerde informatie of suggesties heeft die u met sitebezoekers wilt delen, laat dan opmerkingen achter in het onderstaande vak.