Ako získať bioplyn z hnoja: prehľad základných princípov a návrhu výrobného závodu

Poľnohospodári každoročne čelia problému zneškodňovania hnoja. Značné finančné prostriedky, ktoré sú potrebné na organizovanie vývozu a pohrebníctva, nie sú nikde. Existuje však spôsob, ktorý vám nielen šetrí peniaze, ale tiež vás núti slúžiť tomuto prírodnému produktu pre vaše vlastné dobro.

Vynikajúci vlastníci už dlhú dobu využívajú ekotechnológie v praxi, čo im umožňuje získavať bioplyn z hnoja a výsledok používať ako palivo.

Náš materiál sa preto zameria na technológiu výroby bioplynu, budeme hovoriť aj o tom, ako vybudovať zariadenie na výrobu bioenergie.

Výhody využívania biotechnológie

technológie výroba biopalív z rôznych prírodných zdrojov nie je nič nové. Výskum v tejto oblasti sa začal koncom 18. storočia a úspešne sa rozvíjal v 19. storočí. V Sovietskom zväze bola prvá továreň na bioenergiu vytvorená v štyridsiatych rokoch minulého storočia.

Biotechnológie sa už dlho používajú v mnohých krajinách, ale dnes nadobúdajú osobitný význam. V dôsledku zhoršenia environmentálnej situácie na planéte a vysokých nákladov na energiu mnohí obracajú svoje oči k alternatívnym zdrojom energie a tepla.

Technológia spracovania hnoja na bioplyn umožňuje znížiť množstvo škodlivých emisií metánu do atmosféry a získať ďalší zdroj tepelnej energie.

Hnoj je samozrejme veľmi cenným hnojivom, a ak má farma dve kravy, potom nie sú problémy s jeho používaním. Ďalšia vec, pokiaľ ide o farmy s veľkým a stredným dobytkom, kde sa ročne vytvára množstvo plodov a hnilobného biologického materiálu.

Na to, aby sa hnoj mohol zmeniť na vysoko kvalitné hnojivo, potrebujete oblasti s určitým teplotným režimom, čo je ďalší výdavok. Preto ho veľa poľnohospodárov ukladá tam, kde je to potrebné, a potom ich dopraví na polia.

V závislosti od objemu generovaných surovín za deň by sa mali zvoliť rozmery zariadenia a stupeň jeho automatizácie

Ak nie sú dodržané podmienky skladovania, z hnoja zmizne až 40% dusíka a hlavná časť fosforu, čo výrazne zhoršuje jeho ukazovatele kvality. Okrem toho sa do ovzdušia uvoľňuje metán, čo má negatívny vplyv na ekologickú situáciu planéty.

Moderné biotechnológie umožňujú nielen neutralizovať škodlivé účinky metánu na situáciu v životnom prostredí, ale tiež umožniť, aby slúžil v prospech človeka, a zároveň ťažiť značné hospodárske výhody. V dôsledku toho vytvára sa bioplyn na spracovanie hnojaz ktorých potom môžete získať tisíce kW energie a odpadové produkty sú veľmi cenné anaeróbne hnojivo.

Mechanizmus tvorby plynu z organických surovín

Bioplyn je prchavá látka bez farby alebo bez zápachu, ktorá obsahuje až 70% metánu. Svojimi ukazovateľmi kvality sa približuje k tradičnému druhu paliva - zemnému plynu. Má dobrú výhrevnosť, 1m³ bioplyn emituje toľko tepla, aké sa získava spálením jedného a pol kilogramu uhlia.

Tvorbe bioplynu vďačíme anaeróbnym baktériám, ktoré aktívne pracujú na rozklade organických surovín, ktoré sa používajú na trus hospodárskych zvierat, trus vtákov, odpad z akýchkoľvek rastlín.

Pri samostatnej výrobe bioplynu sa môžu použiť vtáčí trus a odpadové produkty z malých a veľkých zvierat. Suroviny sa môžu používať v čistej forme a vo forme zmesi so zahrnutím trávy, lístia a starého papiera

Na aktiváciu procesu je potrebné vytvoriť priaznivé podmienky pre život baktérií. Mali by byť podobné tým, v ktorých sa mikroorganizmy vyvíjajú v prírodnom rezervoári - v žalúdku zvierat, kde je teplo a žiadny kyslík.

V skutočnosti sú to dve hlavné podmienky, ktoré prispievajú k zázračnej premene hnijúceho hnoja na ekologické palivo a cenné hnojivá.

Na získanie bioplynu je potrebný uzavretý reaktor bez prístupu vzduchu, kde sa uskutoční proces fermentácie hnoja a jeho rozklad na zložky:

• metán (do 70%);
• oxid uhličitý (približne 30%);
• iné plynné látky (1-2%).

Výsledné plyny stúpajú z nádrže, odkiaľ sú potom prečerpané, a zvyškový produkt sa usadzuje - vysoko kvalitné organické hnojivo, ktoré zadržalo všetky cenné látky nachádzajúce sa v hnoji - dusík a fosfor, a v dôsledku spracovania stratilo významnú časť patogénnych mikroorganizmov.

Bioplynový reaktor musí mať úplne utesnenú štruktúru, v ktorej nie je kyslík, inak bude proces rozkladu hnoja extrémne pomalý

Druhou dôležitou podmienkou účinného rozkladu hnoja a tvorby bioplynu je dodržiavanie teplotného režimu. Baktérie zapojené do procesu sa aktivujú pri teplote +30 ° C.

Okrem toho v hnoji obsahujú dva typy baktérií:

• mezofilných. Ich životná aktivita sa vyskytuje pri teplote +30 - +40 stupňov;
• termofilné. Pre ich reprodukciu je potrebné dodržiavať teplotný režim +50 (+60) stupňov.

Čas spracovania surovín v rastlinách prvého typu závisí od zloženia zmesi a pohybuje sa od 12 do 30 dní. Súčasne 1 liter užitočnej plochy reaktora dáva 2 litre biopaliva. Pri použití zariadení druhého typu sa výrobný čas konečného produktu skracuje na tri dni a množstvo bioplynu sa zvýši na 4,5 litra.

Účinnosť teplomilných rastlín je voľným okom viditeľná, náklady na ich údržbu sú však veľmi vysoké, takže pred výberom tohto alebo toho spôsobu výroby bioplynu musíte starostlivo vypočítať všetko

Napriek skutočnosti, že účinnosť termofilných zariadení je desaťkrát vyššia, používajú sa oveľa menej často, pretože udržiavanie vysokých teplôt v reaktore je spojené s vysokými nákladmi.

Údržba a údržba zariadení mezofilného typu je lacnejšia, takže väčšina fariem ich používa na výrobu bioplynu.

Podľa kritérií energetického potenciálu je bioplyn o niečo horší ako tradičné plynové palivo. Obsahuje však síranové výpary, ktorých prítomnosť by sa mala brať do úvahy pri výbere materiálov pre konštrukciu zariadenia

Výpočty účinnosti bioplynu

Na vyhodnotenie všetkých výhod používania alternatívnych biopalív pomôžu jednoduché výpočty. Jedna krava s hmotnosťou 500 kg produkuje asi 35 - 40 kg hnoja za deň. Toto množstvo stačí na to, aby ste dosiahli asi 1,5 m³ bioplyn, z ktorého je potom možné vyrobiť 3 kW / h elektrickej energie.

Pomocou údajov z tabuľky je ľahké vypočítať, koľko m³ bioplyn sa dá získať na výstupe v súlade s dobytkom dostupným na farme

Na získanie biopalív môžete použiť jeden druh organickej suroviny alebo zmes niekoľkých zložiek s obsahom vlhkosti 85 - 90%. Je dôležité, aby neobsahovali cudzie chemické nečistoty, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú proces spracovania.

Najjednoduchší recept na zmes vymyslel už v roku 2000 jeden ruský roľník z lipetského regiónu, ktorý si z vlastných rúk postavil najjednoduchší závod na výrobu bioplynu. Zmiešal 1 500 kg kravského hnoja s 3 500 kg odpadu z rôznych rastlín, pridal vodu (asi 65% hmotnosti všetkých zložiek) a zmes zahrial na 35 stupňov.

O dva týždne neskôr je palivo zadarmo. Táto malá inštalácia vyrobila 40 m³ plyn za deň, ktorý stačil na vyhrievanie domu a bytových budov po dobu šiestich mesiacov.

Možnosti zariadení na výrobu biopalív

Po vykonaní výpočtov je potrebné určiť, ako vyrobiť elektráreň, aby sa získal bioplyn v súlade s potrebami jeho hospodárstva. Ak je počet hospodárskych zvierat nízky, potom je vhodná najjednoduchšia možnosť, ktorú je možné ľahko vyrobiť z improvizovaných prostriedkov vlastnými rukami.

Je vhodné, aby veľké farmy, ktoré majú stály zdroj veľkého množstva surovín, vybudovali priemyselný automatizovaný systém na výrobu bioplynu. V takomto prípade je ťažké robiť bez zapojenia odborníkov, ktorí budú projekt rozvíjať a inštalovať inštaláciu na profesionálnej úrovni.

Schéma jasne ukazuje, ako funguje priemyselný automatizovaný komplex na výrobu bioplynu. Výstavba takého rozsahu môže byť organizovaná naraz niekoľkými farmami, ktoré sa nachádzajú neďaleko

Dnes existuje niekoľko desiatok spoločností, ktoré môžu ponúknuť veľa možností: od hotových riešení až po vypracovanie individuálneho projektu.Ak chcete znížiť náklady na výstavbu, môžete spolupracovať so susednými farmami (ak sú k dispozícii v okolí) a postaviť jednu jednotku pre celú výrobu bioplynu.

Je potrebné poznamenať, že na výstavbu aj malej inštalácie je potrebné vypracovať príslušné dokumenty, vypracovať vývojový diagram, plán umiestnenia zariadenia a vetranie (ak je zariadenie nainštalované v miestnosti), podrobiť schvaľovacím postupom SES, inšpekcii požiaru a plynu.

Mini-zariadenie na výrobu plynu, ktoré vyhovuje potrebám malej súkromnej ekonomiky, sa dá robiť vlastnou rukou, so zameraním na dizajn a špecifiká zariadení zariadení, vyrábaných v priemyselnom meradle.

Návrh zariadení na spracovanie hnoja a organických látok rastlín na bioplyn sa nelíši v zložitosti. Originál vydaný priemyslom je celkom vhodný ako šablóna na výstavbu vlastnej mini továrne

Nezávislí remeselníci, ktorí sa rozhodnú začať s výstavbou vlastnej inštalácie, sa musia zásobiť na vodnej nádrži, vodovodných alebo kanalizačných plastových rúrkach, rohových ohyboch, tesneniach a valci na skladovanie plynu prijatého v zariadení.

Vlastnosti bioplynového systému

Plnohodnotná elektráreň na bioplyn je komplexný systém pozostávajúci z:

1. Bioreaktor, kde je proces rozkladu hnoja;
2. Automatizovaný systém podávania organického odpadu;
3. Zariadenia na miešanie biomasy;
4. Zariadenia na udržiavanie optimálnych teplotných podmienok;
5. Plynová nádrž - zásobníky plynu;
6. Prijímač tuhého odpadu.

Všetky vyššie uvedené položky sú inštalované v priemyselných závodoch pracujúcich v automatickom režime. Domáce reaktory majú spravidla zjednodušenejší dizajn.

Schéma zobrazuje hlavné komponenty automatizovaného systému na výrobu bioplynu. Objem reaktora závisí od denného príjmu organických surovín. Pre úplnú funkčnosť zariadenia musí byť reaktor naplnený do dvoch tretín objemu

Princíp činnosti zariadenia

Hlavným prvkom systému je bioreaktor.Na jeho vykonanie existuje niekoľko možností, hlavná vec je zaistiť tesnosť štruktúry a zabrániť vstupu kyslíka. Môže byť vyrobený vo forme kovovej nádoby rôznych tvarov (obvykle valcovitých) umiestnenej na povrchu. Na tieto účely sa často používa 50 ccm prázdnych palivových nádrží.

Môžete si kúpiť hotové kontajnery skladacieho dizajnu. Ich výhodou je schopnosť rýchlo sa rozobrať a prípadne prepraviť na iné miesto. Odporúča sa používať priemyselné povrchové zariadenia vo veľkých poľnohospodárskych podnikoch, kde dochádza k neustálemu prísunu veľkého množstva organických surovín.

Pre menšie farmy je vhodnejšia možnosť umiestnenia podzemných nádrží. Podzemný bunkr je postavený z tehly alebo betónu. Do zeme môžete kopať hotové kontajnery, napríklad sudy z kovu, nehrdzavejúcej ocele alebo PVC. Je tiež možné povrchovo upravovať na ulici alebo v špeciálne určenej miestnosti s dobrým vetraním.

Na výrobu zariadenia na výrobu bioplynu je možné kúpiť a inštalovať kontajnery z PVC v miestnosti vybavenej ventilačným systémom

Bez ohľadu na to, kde a ako sa reaktor nachádza, je vybavený násypkou na nakladanie hnoja. Pred naložením suroviny sa musí podrobiť predbežnej úprave: rozdrví sa na frakcie s rozmermi nie viac ako 0,7 mm a zriedi sa vodou. V ideálnom prípade by obsah vlhkosti v substráte mal byť asi 90%.

Priemyselné automatizované zariadenia sú vybavené napájacím systémom vrátane prijímača, v ktorom sa zmes privádza na potrebnú vlhkosť, potrubím na prívod vody a čerpacou jednotkou na čerpanie hmoty do bioreaktora.

V domácich inštaláciách sa na prípravu substrátu používajú samostatné nádoby, kde sa odpad drví a zmieša s vodou. Potom sa hmota naloží do úložného priestoru. V reaktoroch umiestnených pod zemou sa privádza násypka na prijímanie substrátu a pripravená zmes tečie cez potrubie do komory na fermentáciu.

Ak je reaktor umiestnený na zemi alebo vo vnútri, prívodná rúra s prijímacím zariadením môže byť umiestnená na spodnej strane nádrže. Je tiež možné priviesť rúrku do hornej časti a na krk položiť zvonček. V takom prípade sa bude musieť biomasa čerpať.

V bioreaktore je tiež potrebné zabezpečiť výtok, ktorý je vyhotovený takmer na dne nádrže na opačnej strane vstupnej násypky. V podzemnom umiestnení je výstupná rúrka umiestnená šikmo nahor a vedie k nádobe na odpad v tvare škatule obdĺžnikového tvaru. Jeho horná hrana by mala byť pod úrovňou vstupu.

Vstupné a výstupné potrubie je umiestnené šikmo nahor na rôznych stranách nádrže, zatiaľ čo vyrovnávacia nádrž, do ktorej odpad vstupuje, by mala byť nižšia ako prijímacia násypka.

Postupuje sa nasledovne: vstupná násypka dostáva novú šaržu substrátu, ktorá prúdi do reaktora, súčasne sa do zberného kontajnera odvádza rovnaké množstvo spotrebovanej hmoty, odkiaľ sa neskôr naberie a používa ako vysoko kvalitný biofertilizér.

Skladovanie bioplynu sa vykonáva v plynovej nádrži. Najčastejšie sa nachádza priamo na streche reaktora a má tvar kupoly alebo kužeľa. Je vyrobená zo železnej krytiny a na zabránenie koróznym procesom je natretá niekoľkými vrstvami olejovej farby.

V priemyselných zariadeniach, navrhnutých na príjem veľkého množstva plynu, je plynová nádrž často vyrábaná vo forme samostatnej nádrže pripojenej k reaktoru potrubím.

Plyn získaný fermentáciou nie je vhodný na použitie, pretože obsahuje veľké množstvo vodnej pary a v tejto forme nebude horieť. Na čistenie frakcií vody prechádza plyn cez tesnenie vody.Za týmto účelom sa z plynovej nádrže odstráni potrubie, cez ktoré bioplyn vstupuje do nádrže s vodou, a odtiaľ sa dodáva spotrebiteľom cez plastové alebo kovové potrubie.

Schéma zariadenia umiestneného v podzemí. Vstup a výstup by mali byť umiestnené na opačných stranách nádrže. Nad reaktorom je umiestnený uzáver vody, cez ktorý sa vyprodukovaný plyn vedie do odpadu

V niektorých prípadoch sa na skladovanie plynu používajú špeciálne plynové vaky vyrobené z polyvinylchloridu. Vrecká sa umiestnia vedľa jednotky a postupne sa plnia plynom. Po naplnení sa elastický materiál nafúkne a objem vakov sa zvýši, čo vám umožní dočasne ušetriť väčšie množstvo konečného produktu.

Podmienky pre efektívnu prevádzku bioreaktora

Pre efektívnu prevádzku zariadenia a intenzívnu separáciu bioplynu je nevyhnutná rovnomerná fermentácia organického substrátu. Zmes by mala byť v neustálom pohybe. Inak na ňom vznikne kôra, proces rozkladu sa spomaľuje, čo vedie k menšiemu množstvu plynu, ako sa pôvodne počítalo.

Na zabezpečenie aktívneho zmiešavania biomasy sú v hornej alebo bočnej časti typického reaktora inštalované ponorné alebo šikmé miešadlá vybavené elektrickým pohonom. V remeselníckych inštaláciách sa miešanie vykonáva mechanicky pomocou zariadenia, ktoré sa podobá domácej miešačke. Môže byť ovládaný ručne alebo vybavený elektrickým pohonom.

Pri vertikálnom usporiadaní reaktora je rukoväť miešača zobrazená v hornej časti zariadenia. Ak je nádoba nainštalovaná horizontálne, závitovka je tiež umiestnená v horizontálnej rovine a rukoväť je umiestnená na strane bioreaktora.

Jednou z najdôležitejších podmienok výroby bioplynu je udržiavanie požadovanej teploty v reaktore. Kúrenie sa dá vykonať niekoľkými spôsobmi. V stacionárnych zariadeniach sa používajú automatizované vykurovacie systémy, ktoré sa zapínajú, keď teplota klesne pod vopred stanovenú úroveň, a vypnú sa, keď sa nastaví požadovaná teplota.

Na vykurovanie môžete použiť plynové kotly, vykonávajte priame vyhrievanie pomocou elektrických ohrievačov alebo integrujte vyhrievací prvok do spodnej časti nádrže.

Na zníženie tepelných strát sa odporúča postaviť okolo reaktora malý rám s vrstvou sklenej vlny alebo pokryť zariadenie tepelnou izoláciou. Má dobré tepelnoizolačné vlastnosti. polystyrénová pena a jej ďalšie odrody.

Na vybavenie vykurovacieho systému na biomasu je možné čerpať potrubie z vykurovania domu, ktoré je poháňané reaktorom

Stanovenie požadovaného objemu

Objem reaktora sa určuje na základe denného množstva hnoja vyprodukovaného na farme. Je tiež potrebné vziať do úvahy druh suroviny, teplotu a čas fermentácie. Aby zariadenie fungovalo úplne, je nádrž naplnená na 85 - 90% objemu, najmenej 10% musí zostať voľný, aby plyn mohol uniknúť.

Proces rozkladu organických látok v mezofilnom zariadení pri priemernej teplote 35 stupňov trvá od 12 dní, po ktorých sa odstránia fermentované zvyšky a reaktor sa naplní novou časťou substrátu. Pretože odpad sa pred odoslaním do reaktora riedi vodou až do 90%, pri určovaní denného zaťaženia sa musí brať do úvahy aj množstvo kvapaliny.

Na základe vyššie uvedených ukazovateľov bude objem reaktora rovný dennému množstvu pripraveného substrátu (hnoj s vodou) vynásobenému 12 (čas potrebný na rozklad biomasy) a zvýšený o 10% (voľný objem nádrže).

Podzemné stavby

Teraz sa porozprávajte o najjednoduchšej inštalácii, ktorá vám umožní získať bioplyn doma pri najnižších nákladoch. Zvážte výstavbu podzemného systému.Aby ste to dosiahli, musíte vykopať dieru, jej základňu a steny nalejte vystuženým penovým betónom.

Na protiľahlých stranách komory sa vkladajú vstupné a výstupné otvory, kde sú namontované šikmé rúrky, ktoré dodávajú substrát a čerpajú vyčerpanú hmotu.

Výstupná rúrka s priemerom asi 7 cm by mala byť takmer na samom dne násypky, jej druhý koniec je namontovaný v vyrovnávacom kontajneri obdĺžnikového tvaru, do ktorého bude odpad čerpaný. Potrubie na dodávanie substrátu je umiestnené približne 50 cm od dna a má priemer 25 - 35 cm. Horná časť rúrky vstupuje do oddelenia na príjem surovín.

Reaktor musí byť úplne utesnený. Aby sa vylúčila možnosť vniknutia vzduchu, musí byť nádoba pokrytá vrstvou bitúmenovej hydroizolácie

Horná časť zásobníka je držiak plynu s kupolou alebo kónickým tvarom. Je vyrobená z plechu alebo zo strešnej liatiny. Je tiež možné dokončiť stavbu murivom, ktoré je potom pokryté oceľovou sieťou a omietnuté. Na vrchu plynovej nádrže musíte urobiť zapečatený poklop, odstrániť plynovú rúrku prechádzajúcu cez vodotesnenie a nainštalovať ventil na zníženie tlaku plynu.

Na zmiešanie substrátu je možné zariadenie vybaviť drenážnym systémom, ktorý pracuje na princípe rozprašovania. Za týmto účelom vertikálne upevnite plastové rúrky vo vnútri konštrukcie tak, aby ich horná hrana bola vyššia ako vrstva substrátu. V nich urobte veľa dier. Plyn pod tlakom klesne a stúpa, bubliny plynu zmiešajú biomasu v nádrži.

Ak si neželáte stavať betónový zásobník, môžete si kúpiť hotový obal z PVC. Aby sa udržalo teplo, musí byť obklopený vrstvou tepelnej izolácie - polystyrénová pena. Spodok jamy sa naleje vystuženým betónom s vrstvou 10 cm. Ak objem reaktora nepresahuje 3 m3, je možné použiť nádrže vyrobené z polyvinylchloridu.

Závery a užitočné video na túto tému

Ako urobiť najjednoduchšiu inštaláciu z obyčajnej hlavne, sa dozviete, keď pozeráte video:

Aká je výstavba podzemného reaktora, môžete vidieť na videu:

Spôsob načítania hnoja do podzemnej inštalácie je uvedený v nasledujúcom videu:

Zariadenie na výrobu bioplynu z hnoja výrazne ušetrí na platbe za teplo a elektrinu a poskytne dobrý pracovný organický materiál, ktorý je v každej farme hojný. Pred začatím výstavby je potrebné všetko dôkladne vypočítať a pripraviť.

Najjednoduchší reaktor sa dá vyrobiť vlastnými rukami za pár dní pomocou improvizovaných nástrojov. Ak je farma veľká, je najlepšie kúpiť si hotovú inštaláciu alebo sa poradiť s odborníkom.

Ak máte akékoľvek otázky pri oboznamovaní sa s prezentovanými informáciami alebo máte návrhy, ktoré chcete zdieľať s návštevníkmi stránok, zanechajte prosím komentáre v rámčeku nižšie.