Cum obțineți biogazul din gunoi de grajd: o imagine de ansamblu asupra principiilor de bază și proiectarea unei fabrici

Agricultorii se confruntă anual cu problema eliminării gunoiului de grajd. Fondurile considerabile care sunt necesare pentru a-și organiza exportul și înmormântarea nu duc nicăieri. Există însă un mod care nu numai că vă economisește bani, dar vă face să serviți acest produs natural pentru binele vostru.

Proprietarii zelosi folosesc de multă vreme ecotehnologia în practică, ceea ce le permite să obțină biogaz din gunoiul de grajd și să folosească rezultatul ca combustibil.

Prin urmare, materialul nostru se va concentra pe tehnologia producției de biogaz, vom vorbi și despre cum să construim o instalație de bioenergie.

Beneficiile utilizării biotehnologiei

tehnologie producția de biocombustibili din diverse surse naturale nu este nou. Cercetările în acest domeniu au început la sfârșitul secolului 18 și s-au dezvoltat cu succes în sec. În Uniunea Sovietică, prima fabrică de bioenergie a fost creată în anii patruzeci ai secolului trecut.

Biotehnologiile au fost folosite de mult în multe țări, dar astăzi capătă o semnificație specială. Datorită deteriorării situației de mediu de pe planetă și a costului ridicat al energiei, mulți își îndreaptă privirea către surse alternative de energie și căldură.

Tehnologia de prelucrare a gunoiului de grajd în biogaz permite reducerea cantității de emisii nocive de metan în atmosferă și obținerea unei surse suplimentare de energie termică

Desigur, gunoiul de grajd este un îngrășământ foarte valoros, iar dacă ferma are două vaci, atunci nu există probleme cu utilizarea acestuia. Un alt lucru când vine vorba de ferme cu animale mari și mijlocii, în care se formează tone de material biologic fetid și putrezitor.

Pentru ca gunoiul de grajd să se transforme în îngrășământ de înaltă calitate, aveți nevoie de zone cu un anumit regim de temperatură, iar aceasta este o cheltuială suplimentară. Prin urmare, mulți fermieri îl depozitează acolo unde este necesar, apoi îl duc pe câmp.

În funcție de volumul de materii prime generate pe zi, trebuie selectate dimensiunile instalației și gradul de automatizare a acesteia

Dacă nu sunt respectate condițiile de depozitare, până la 40% din azot și partea principală a fosforului dispar din gunoiul de grajd, ceea ce înrăutățește semnificativ indicatorii de calitate ai acestuia. În plus, gazul metan este eliberat în atmosferă, ceea ce are un impact negativ asupra situației ecologice a planetei.

Biotehnologiile moderne fac posibilă nu numai neutralizarea efectelor nocive ale metanului asupra situației mediului, dar și a face ca acesta să fie în folosul omului, extrăgând în același timp beneficii economice considerabile. Ca urmare se formează biogazul pentru prelucrarea gunoiului de grajddin care puteți obține apoi mii de kW de energie, iar produsele de deșeuri sunt un fertilizant anaerob foarte valoros.

Mecanismul formării gazelor din materii prime organice

Biogazul este o substanță volatilă, fără culoare sau miros, care conține până la 70% metan. Prin indicatorii de calitate, acesta se apropie de tipul tradițional de combustibil - gazul natural. Are o putere calorică bună, 1m³ biogazul emite cât mai multă căldură obținută prin arderea unui kilogram și jumătate de cărbune.

Datorim formarea biogazului bacteriilor anaerobe, care lucrează activ la descompunerea materiilor prime organice, care sunt utilizate pentru gunoiul de grajd al animalelor de fermă, excremente de păsări, deșeuri de la orice plante.

În producția independentă de biogaz, pot fi utilizate excremente de păsări și produse reziduale de animale mici și mari. Materiile prime pot fi utilizate sub formă pură și sub formă de amestec cu includerea ierbii, frunzișului, hârtiei vechi

Pentru a activa procesul, este necesar să se creeze condiții favorabile pentru viața bacteriilor. Acestea ar trebui să fie similare cu cele în care microorganismele se dezvoltă într-un rezervor natural - în stomacul animalelor, unde nu există căldură și nu există oxigen.

De fapt, acestea sunt cele două condiții principale care contribuie la transformarea miraculoasă a gunoiului de putregai în combustibil ecologic și îngrășăminte valoroase.

Pentru a obține biogaz, este necesar un reactor sigilat fără acces la aer, unde va avea loc procesul de fermentare a gunoiului de gunoi și descompunerea acestuia în componente:

• metan (până la 70%);
• dioxid de carbon (aproximativ 30%);
• alte substanțe gazoase (1-2%).

Gazele formate urcă rezervorul, de unde sunt apoi pompate, iar produsul rezidual se instalează - un îngrășământ organic de înaltă calitate, care a reținut toate substanțele valoroase găsite în gunoiul de grajd - azot și fosfor și a pierdut o parte semnificativă a microorganismelor patogene ca urmare a procesării.

Reactorul de biogaz trebuie să aibă o structură complet sigilată în care nu există oxigen, altfel procesul de descompunere a gunoiului de grajd va fi extrem de lent

A doua condiție importantă pentru descompunerea eficientă a gunoiului de grajd și formarea de biogaz este respectarea regimului de temperatură. Bacteriile implicate în proces sunt activate la o temperatură de +30 grade.

Mai mult, în gunoiul de grajd conține două tipuri de bacterii:

• mezofile. Activitatea lor vitală are loc la o temperatură de +30 - +40 grade;
• termofile. Pentru reproducerea lor, este necesar să se respecte regimul de temperatură de +50 (+60) grade.

Timpul de prelucrare a materiilor prime în plante de primul tip depinde de compoziția amestecului și variază între 12 și 30 de zile. În același timp, 1 litru de suprafață utilă a reactorului oferă 2 litri de biocombustibil. Când folosiți plante de cel de-al doilea tip, timpul de producție al produsului final se reduce la trei zile, iar cantitatea de biogaz crește la 4,5 litri.

Eficiența plantelor termofile este vizibilă cu ochiul liber, cu toate acestea, costul întreținerii lor este foarte mare, așa că, înainte de a alege această metodă de producție de biogaz, trebuie să calculați cu atenție totul

În ciuda faptului că eficiența instalațiilor termofile este de zece ori mai mare, acestea sunt utilizate mult mai rar, deoarece menținerea temperaturilor ridicate în reactor este asociată cu costuri ridicate.

Întreținerea și întreținerea plantelor de tip mezofil este mai ieftină, astfel încât majoritatea fermelor le folosesc pentru a produce biogaz.

Conform criteriilor potențialului energetic, biogazul este ușor inferior celui al combustibilului convențional. Cu toate acestea, conține vapori de sulfat, a căror prezență trebuie luată în considerare la alegerea materialelor pentru construcția instalației

Calcule ale eficienței biogazului

Pentru a evalua toate beneficiile utilizării alternativelor de biocombustibili, calcule simple vă vor ajuta. O vacă care cântărește 500 kg produce aproximativ 35-40 kg gunoi de grajd pe zi. Această cantitate este suficientă pentru a obține aproximativ 1,5 m³ biogaz, din care, la rândul său, este posibilă generarea de 3 kW / h de energie electrică.

Folosind datele din tabel, este ușor să calculați câți m³ biogazul poate fi obținut la ieșire în conformitate cu animalele disponibile în fermă

Pentru a obține biocombustibili, puteți utiliza fie un singur tip de materie primă organică, fie un amestec de mai multe componente, cu un conținut de umiditate de 85-90%. Este important să nu conțină impurități chimice străine care să afecteze negativ procesul de prelucrare.

Cea mai simplă rețetă a amestecului a fost inventată în anul 2000 de către un țăran rus din regiunea Lipetsk, care și-a construit propriile mâini cea mai simplă plantă pentru producția de biogaz. A amestecat 1.500 kg gunoi de vacă cu 3.500 kg de deșeuri din diverse plante, a adăugat apă (aproximativ 65% din greutatea tuturor ingredientelor) și a încălzit amestecul la 35 de grade.

Două săptămâni mai târziu, combustibilul gratuit este gata. Această mică instalație a produs 40 m³ gaz pe zi, care a fost suficient pentru a încălzi casa și clădirile gospodărești timp de șase luni.

Opțiuni pentru instalațiile de biocombustibili

După efectuarea calculelor, este necesar să se stabilească modul de fabricare a instalației pentru a obține biogaz în conformitate cu nevoile economiei sale. Dacă numărul de animale este mic, atunci opțiunea cea mai simplă este potrivită, care este ușor de făcut din mijloace improvizate cu propriile mâini.

Este recomandabil pentru fermele mari care au o sursă constantă de o cantitate mare de materii prime pentru a construi un sistem automatizat de biogaz. În acest caz, este greu de făcut fără a implica specialiști care vor dezvolta proiectul și vor monta instalația la nivel profesional.

Diagrama arată clar modul în care funcționează complexul automatizat industrial pentru producția de biogaz. Construcția la o asemenea scară poate fi organizată simultan de mai multe ferme situate în apropiere

Astăzi, există zeci de companii care pot oferi multe opțiuni: de la soluții gata făcute până la dezvoltarea unui proiect individual.Pentru a reduce costul construcției, puteți coopera cu fermele vecine (dacă sunt disponibile în apropiere) și puteți construi o unitate pentru toată producția de biogaz.

Trebuie menționat că, pentru construcția chiar a unei mici instalații, este necesar să se întocmească documentele relevante, să se realizeze o diagramă de flux, să se planifice amplasarea echipamentelor și a ventilației (dacă echipamentul este instalat în cameră), să se efectueze proceduri de aprobare cu SES, inspecție incendiu și gaze.

O mini-fabrică pentru producerea de gaz pentru a răspunde nevoilor unei mici economii private se poate face cu propria mână, concentrându-se pe proiectarea și specificul instalațiilor dispozitivului, fabricate la scară industrială.

Proiectarea plantelor pentru prelucrarea gunoiului de grajd și a organicelor vegetale în biogaz nu diferă în complexitate. Originalul emis de industrie este destul de potrivit ca un șablon pentru construcția propriei mini-fabrică

Meșterii independenți care decid să înceapă construirea propriei instalații trebuie să se aprovizioneze cu un rezervor de apă, conducte din plastic pentru apă sau canalizare, coturi, colați și un cilindru pentru depozitarea gazului primit în instalație.

Caracteristici ale sistemului de biogaz

O instalație cu biogaz complet este un sistem complex format din:

1. Bioreactor, unde procesul de descompunere a gunoiului de grajd;
2. Sistem automat de alimentare cu deșeuri organice;
3. Dispozitive pentru amestecarea biomasei;
4. Echipamente pentru menținerea condițiilor optime de temperatură;
5. Rezervor de gaz - rezervoare de stocare a gazelor;
6. Receptor de deseuri solide.

Toate articolele de mai sus sunt instalate în instalații industriale care funcționează în regim automat. Reactoarele interne, de regulă, au un design mai simplificat.

Diagrama prezintă principalele componente ale unui sistem automat de biogaz. Volumul reactorului depinde de aportul zilnic de materii prime organice. Pentru funcționarea completă a instalației, reactorul trebuie umplut până la două treimi din volum

Principiul funcționării instalației

Elementul principal al sistemului este un bioreactor.Există mai multe opțiuni pentru execuția acesteia, principalul lucru este să asigure etanșeitatea structurii și să elimine intrarea de oxigen. Poate fi făcută sub forma unui recipient metalic de diferite forme (de obicei cilindric), localizat la suprafață. Adesea, în aceste scopuri, sunt utilizate rezervoarele de combustibil goale de 50 cmc.

Puteți cumpăra containere gata de design pliabil. Avantajul lor este capacitatea de a dezasambla rapid și, dacă este necesar, de a transporta într-un alt loc. Se recomandă utilizarea instalațiilor de suprafață industrială în fermele mari unde există un flux constant de o cantitate mare de materii prime organice.

Pentru fermele mai mici, opțiunea de plasare a rezervoarelor subterane este mai potrivită. Buncărul subteran este construit din cărămidă sau beton. Puteți săpa recipientele gata, de exemplu, butoaie de metal, oțel inoxidabil sau PVC, în pământ. De asemenea, este posibil să le suprafețe pe stradă sau într-o cameră special amenajată, cu o bună ventilație.

Pentru fabricarea unei instalații de biogaz, containerele gata fabricate din PVC pot fi achiziționate și instalate într-o cameră dotată cu un sistem de ventilație

Indiferent unde și cum se află reactorul, acesta este echipat cu o buncăr pentru încărcarea gunoiului de grajd. Înainte de a încărca materia primă, aceasta trebuie să fie supusă unei pregătiri preliminare: este strivită în fracțiuni de maximum 0,7 mm și diluată cu apă. În mod ideal, conținutul de umiditate al substratului ar trebui să fie de aproximativ 90%.

Instalațiile automate de tip industrial sunt echipate cu un sistem de alimentare, inclusiv un receptor, în care amestecul este adus la umiditatea necesară, o conductă pentru furnizarea apei și o unitate de pompare pentru pomparea masei în bioreactor.

În instalațiile casnice, pentru pregătirea substratului se folosesc containere separate, unde deșeurile sunt zdrobite și amestecate cu apă. Apoi, masa este încărcată în compartimentul receptor. În reactoarele situate în subteran, buncărul pentru primirea substratului este scos, amestecul preparat prin gravitație curge prin conducta în cameră pentru fermentare.

Dacă reactorul este amplasat la sol sau în interior, conducta de intrare cu dispozitivul receptor poate fi amplasată în partea inferioară a rezervorului. De asemenea, este posibil să aduceți țeava în partea superioară și să puneți un clopot la gât. În acest caz, biomasa va trebui să fie pompată.

În bioreactor, este de asemenea necesar să se asigure o ieșire, care se face aproape în partea de jos a rezervorului, pe partea opusă a buncărului de intrare. În amplasament subteran, conducta de evacuare este instalată oblic în sus și duce la un recipient de deșeuri, în formă de cutie cu formă dreptunghiulară. Marginea superioară trebuie să fie sub nivelul orificiului de intrare.

Țevile de intrare și de ieșire sunt amplasate oblic în sus pe diferite părți ale rezervorului, în timp ce rezervorul de compensare în care intră deșeurile ar trebui să fie mai mic decât buncărul de primire

Procesul se desfășoară după cum urmează: buncărul de intrare primește un nou lot de substrat, care se varsă în reactor, în același timp aceeași cantitate de masă cheltuită este racordată la receptorul de deșeuri, de unde este ulterior extrasă și utilizată ca biofertilizator de înaltă calitate.

Depozitarea biogazului se realizează într-un rezervor de gaz. Cel mai adesea, este localizat direct pe acoperișul reactorului și are forma unei cupole sau a unui con. Este confecționat din fier pentru acoperiș, iar apoi, pentru a preveni procesele corozive, este vopsit cu mai multe straturi de vopsea în ulei.

În instalațiile industriale, proiectate pentru a primi o cantitate mare de gaz, rezervorul de gaz este adesea format sub forma unui rezervor separat conectat la reactor de o conductă.

Gazul obținut ca urmare a fermentației nu este potrivit pentru utilizare, deoarece conține o cantitate mare de vapori de apă, și sub această formă nu va arde. Pentru a-l curăța de fracții de apă, gazul este trecut printr-un sigiliu de apă.Pentru a face acest lucru, o conductă este scoasă din rezervorul de gaz, prin care biogazul intră în rezervor cu apă, iar de acolo este furnizată consumatorilor printr-o conductă de plastic sau metal.

Schema instalației situată subteran. Intrarea și ieșirea trebuie să fie amplasate pe părțile opuse ale rezervorului. Un obturator de apă este situat deasupra reactorului prin care trece gazul produs să se scurgă

În unele cazuri, pungile speciale de gaz fabricate din clorură de polivinil sunt utilizate pentru stocarea gazelor. Pungile sunt amplasate lângă unitate și umplute treptat cu gaz. Pe măsură ce umplerea, materialul elastic se umflă și volumul pungilor crește, permițându-vă să economisiți temporar o cantitate mai mare din produsul final.

Condiții pentru funcționarea eficientă a bioreactorului

Pentru funcționarea eficientă a instalației și separarea intensivă a biogazului, este necesară o fermentare uniformă a substratului organic. Amestecul trebuie să fie în mișcare constantă. În caz contrar, pe ea se formează o crustă, procesul de descompunere încetinește, rezultând mai puțin gaz decât a fost calculat inițial.

Pentru a asigura amestecarea activă a biomasei, mixerele submersibile sau înclinate echipate cu o acționare electrică sunt instalate în partea superioară sau laterală a unui reactor tipic. În instalațiile artizanale, amestecarea se realizează mecanic folosind un dispozitiv asemănător cu un mixer casnic. Poate fi controlat manual sau echipat cu o unitate electrică.

Cu un aranjament vertical al reactorului, mânerul mixerului este afișat în partea superioară a instalației. Dacă recipientul este instalat pe orizontală, șuvița este amplasată și într-un plan orizontal, iar mânerul este situat pe partea bioreactorului

Una dintre cele mai importante condiții pentru producerea de biogaz este menținerea temperaturii necesare în reactor. Încălzirea se poate face în mai multe moduri. În instalațiile staționare se folosesc sisteme de încălzire automate care se aprind atunci când temperatura scade sub un nivel predeterminat și se oprește atunci când este setată temperatura necesară.

Pentru încălzire, puteți utiliza cazane pe gaz, efectuați încălzirea directă cu încălzitoare electrice sau integrați un element de încălzire în baza rezervorului.

Pentru a reduce pierderile de căldură, se recomandă construirea unui cadru mic în jurul reactorului cu un strat de vată de sticlă sau acoperirea instalației cu izolație termică. Are proprietăți bune de izolare termică. spumă de polistiren și celelalte soiuri ale sale.

Pentru a echipa un sistem de încălzire cu biomasă, este posibil să trageți o conductă de la încălzirea casei, care este alimentată de un reactor

Determinarea volumului necesar

Volumul reactorului este determinat pe baza cantității zilnice de gunoi de grajd produse în fermă. De asemenea, este necesar să se ia în considerare tipul de materie primă, temperatura și timpul de fermentare. Pentru ca instalația să funcționeze complet, rezervorul este umplut până la 85-90% din volum, cel puțin 10% trebuie să rămână liber pentru a scăpa gazul.

Procesul de descompunere a substanțelor organice într-o instalație mezofilă la o temperatură medie de 35 de grade durează de la 12 zile, după care reziduurile fermentate sunt îndepărtate, iar reactorul este umplut cu o nouă porțiune din substrat. Deoarece deșeurile sunt diluate cu apă până la 90% înainte de a fi trimise la reactor, cantitatea de lichid trebuie să fie luată în considerare și la determinarea încărcăturii zilnice.

Pe baza indicatorilor de mai sus, volumul reactorului va fi egal cu cantitatea zilnică a substratului preparat (gunoi de grajd cu apă) înmulțit cu 12 (timpul necesar pentru descompunerea biomasei) și crescut cu 10% (volumul liber al rezervorului).

Construcții subterane

Acum să vorbim despre cea mai simplă instalare care vă permite să obțineți biogaz acasă la cel mai mic cost. Luați în considerare construcția unui sistem subteran.Pentru a face acest lucru, trebuie să săpați o gaură, baza și pereții acesteia sunt turnați cu beton armat expandat întărit.

Pe laturile opuse ale camerei, orificiile de intrare și ieșire sunt introduse, unde sunt montate țevi înclinate pentru a alimenta substratul și a pompa masa cheltuită.

Țeava de ieșire cu un diametru de aproximativ 7 cm trebuie să fie aproape în partea de jos a buncărului, celălalt capăt al acesteia este montat într-un recipient compensator de formă dreptunghiulară, în care vor fi pompate deșeurile. Conducta pentru alimentarea substratului este amplasată la aproximativ 50 cm de jos și are un diametru de 25-35 cm. Partea superioară a conductei intră în compartiment pentru primirea materiilor prime.

Reactorul trebuie să fie complet sigilat. Pentru a exclude posibilitatea pătrunderii în aer, recipientul trebuie acoperit cu un strat de impermeabilizare bitum

Partea superioară a buncărului este un suport de gaz cu cupolă sau formă conică. Este confecționat din foi metalice sau fier de acoperiș. De asemenea, este posibilă finalizarea construcției cu zidărie, care este apoi acoperită cu plasă de oțel și tencuită. În partea de sus a rezervorului de gaz trebuie să faceți o trapă sigilată, îndepărtați conducta de gaz care trece prin garnitura de apă și instalați o supapă pentru a calma presiunea gazului.

Pentru a amesteca substratul, este posibilă dotarea instalației cu un sistem de drenaj care funcționează pe principiul spargerii. Pentru a face acest lucru, fixați vertical conductele de plastic în interiorul structurii, astfel încât marginea lor superioară să fie mai mare decât stratul de substrat. Faceți o mulțime de găuri în ele. Gazul sub presiune va scădea, iar în creștere, bulele de gaz vor amesteca biomasa din rezervor.

Dacă nu doriți să construiți un buncăr din beton, puteți cumpăra un recipient gata fabricat din PVC. Pentru a menține căldura, acesta trebuie înconjurat în jurul unui strat de izolație termică - spumă de polistiren. Partea inferioară a gropii este turnată cu beton armat cu un strat de 10 cm. Se pot folosi rezervoare din clorură de polivinil dacă volumul reactorului nu depășește 3 m3.

Concluzii și video util pe această temă

Cum se face cea mai simplă instalare dintr-un butoi obișnuit, veți afla dacă vizionați videoclipul:

Cum este construcția unui reactor subteran, puteți vedea în videoclip:

Modul de încărcare a gunoiului de grajd în instalația subterană este prezentat în următorul videoclip:

O fabrică pentru producerea de biogaz din gunoi de grajd va economisi în mod semnificativ la plata energiei termice și a energiei electrice și va pune la dispoziție material organic bun, care este abundent în fiecare fermă. Înainte de a începe construcția, este necesar să calculați cu atenție și să pregătiți totul.

Cel mai simplu reactor poate fi realizat în câteva zile cu propriile mâini, folosind instrumente improvizate. Dacă ferma este mare, cel mai bine este să cumpărați o instalație gata pregătită sau să consultați un specialist.

Dacă aveți întrebări când vă familiarizați cu informațiile prezentate sau aveți sugestii pe care doriți să le împărtășiți vizitatorilor site-ului, vă rugăm să lăsați comentarii în căsuța de mai jos.