Jak pozyskiwać biogaz z obornika: przegląd podstawowych zasad i projektu zakładu produkcyjnego

Rolnicy co roku stają przed problemem usuwania obornika. Znaczne środki potrzebne do zorganizowania eksportu i pochówku nigdzie nie idą. Ale istnieje sposób, który nie tylko oszczędza pieniądze, ale także sprawia, że ​​serwujesz ten naturalny produkt dla własnego dobra.

Gorliwi właściciele od dawna stosują ekotechnologię w praktyce, która pozwala im pozyskiwać biogaz z obornika i wykorzystywać go jako paliwo.

Dlatego nasz materiał skoncentruje się na technologii produkcji biogazu, porozmawiamy również o tym, jak zbudować instalację bioenergetyczną.

Plusy korzystania z biotechnologii

Technologia produkcja biopaliw z różnych źródeł naturalnych nie jest nowy. Badania w tej dziedzinie rozpoczęły się pod koniec XVIII wieku i pomyślnie rozwinęły się w XIX wieku. W Związku Radzieckim pierwsza fabryka bioenergii powstała w latach czterdziestych ubiegłego wieku.

Biotechnologie były od dawna stosowane w wielu krajach, ale dziś nabierają specjalnego znaczenia. Z powodu pogorszenia się stanu środowiska na planecie i wysokich kosztów energii wielu zwraca uwagę na alternatywne źródła energii i ciepła.

Technologia przetwarzania obornika na biogaz pozwala na zmniejszenie ilości szkodliwych emisji metanu do atmosfery i uzyskanie dodatkowego źródła energii cieplnej

Oczywiście obornik jest bardzo cennym nawozem, a jeśli gospodarstwo ma dwie krowy, wówczas nie ma problemów z jego użyciem. Kolejna sprawa, jeśli chodzi o gospodarstwa z dużymi i średnimi zwierzętami gospodarskimi, w których rocznie powstaje mnóstwo cuchnących i gnijących materiałów biologicznych.

Aby obornik zmienił się w nawóz wysokiej jakości, potrzebujesz obszarów o określonym reżimie temperaturowym, a to jest dodatkowy wydatek. Dlatego wielu rolników przechowuje go w razie potrzeby, a następnie zabiera na pola.

W zależności od ilości wytwarzanych surowców dziennie należy wybrać wymiary instalacji i stopień jej automatyzacji

Jeśli warunki przechowywania nie są przestrzegane, do 40% azotu i główna część fosforu znikają z obornika, co znacznie pogarsza jego wskaźniki jakości. Ponadto metan jest uwalniany do atmosfery, co ma negatywny wpływ na sytuację ekologiczną planety.

Współczesna biotechnologia pozwala nie tylko zneutralizować szkodliwy wpływ metanu na sytuację środowiskową, ale także sprawić, by służył on korzyściom człowieka, przy jednoczesnym uzyskiwaniu znacznych korzyści ekonomicznych. W rezultacie Powstaje biogaz z przetwarzania obornikaz którego można następnie uzyskać tysiące kW energii, a produkty odpadowe są bardzo cennym nawozem beztlenowym.

Mechanizm powstawania gazu z surowców organicznych

Biogaz jest lotną substancją bez koloru i zapachu, która zawiera do 70% metanu. Wskaźniki jakości zbliżają się do tradycyjnego rodzaju paliwa - gazu ziemnego. Ma dobrą wartość opałową, 1m³ biogaz emituje tyle ciepła, ile jest uzyskiwane przez spalanie półtora kilograma węgla.

Powstawanie biogazu zawdzięczamy bakteriom beztlenowym, które aktywnie pracują nad rozkładem surowców organicznych, które są wykorzystywane do odchodów zwierząt gospodarskich, odchodów ptaków, odpadów z jakichkolwiek roślin.

W niezależnej produkcji biogazu można stosować odchody ptaków i produkty odpadowe małych i dużych zwierząt gospodarskich. Surowce można stosować w czystej postaci i w postaci mieszanki z dodatkiem trawy, liści, starego papieru

Aby aktywować proces, konieczne jest stworzenie sprzyjających warunków dla życia bakterii. Powinny być podobne do tych, w których mikroorganizmy rozwijają się w naturalnym zbiorniku - w żołądku zwierząt, gdzie jest ciepło i nie ma tlenu.

W rzeczywistości są to dwa główne warunki, które przyczyniają się do cudownej przemiany gnijącego obornika w przyjazne dla środowiska paliwo i cenne nawozy.

Aby uzyskać biogaz, potrzebny jest szczelny reaktor bez dostępu powietrza, w którym zachodzi proces fermentacji obornika i jego rozkład na składniki:

• metan (do 70%);
• dwutlenek węgla (około 30%);
• inne substancje gazowe (1-2%).

Powstające gazy wznoszą się nad zbiornikiem, skąd są następnie wypompowywane, a pozostały produkt osiada - wysokiej jakości nawóz organiczny, który zachował wszystkie cenne substancje znajdujące się w oborniku - azot i fosfor, i stracił znaczną część patogennych mikroorganizmów w wyniku przetwarzania.

Reaktor biogazowy musi mieć całkowicie szczelną strukturę, w której nie ma tlenu, w przeciwnym razie proces rozkładu obornika będzie niezwykle powolny

Drugim ważnym warunkiem skutecznego rozkładu obornika i tworzenia biogazu jest zgodność z reżimem temperaturowym. Bakterie biorące udział w procesie są aktywowane w temperaturze +30 stopni.

Ponadto w oborniku zawiera dwa rodzaje bakterii:

• mezofilny. Ich żywotna aktywność występuje w temperaturze +30 - +40 stopni;
• termofilny. Do ich reprodukcji należy przestrzegać reżimu temperatury +50 (+60) stopni.

Czas przetwarzania surowców w roślinach pierwszego rodzaju zależy od składu mieszanki i wynosi od 12 do 30 dni. Jednocześnie 1 litr powierzchni użytkowej reaktora daje 2 litry biopaliwa. Przy zastosowaniu instalacji drugiego typu czas produkcji produktu końcowego jest skrócony do trzech dni, a ilość biogazu wzrasta do 4,5 litra.

Wydajność roślin ciepłolubnych jest widoczna gołym okiem, jednak koszt ich utrzymania jest bardzo wysoki, dlatego przed wybraniem tej lub innej metody produkcji biogazu należy dokładnie obliczyć wszystko

Pomimo faktu, że wydajność instalacji termofilnych jest dziesięciokrotnie wyższa, są one stosowane znacznie rzadziej, ponieważ utrzymanie wysokich temperatur w reaktorze wiąże się z wysokimi kosztami.

Utrzymanie i utrzymanie roślin typu mezofilnego jest tańsze, dlatego większość gospodarstw wykorzystuje je do produkcji biogazu.

Zgodnie z kryteriami potencjału energetycznego biogaz jest nieco gorszy od konwencjonalnego paliwa gazowego. Zawiera jednak opary siarczanowe, których obecność należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów do budowy instalacji

Obliczenia wydajności biogazu

Aby ocenić wszystkie zalety stosowania alternatywnych biopaliw, pomogą proste obliczenia. Jedna krowa o wadze 500 kg wytwarza około 35–40 kg obornika dziennie. Ta ilość wystarczy, aby uzyskać około 1,5 m³ biogaz, z którego z kolei można wytworzyć 3 kW / h energii elektrycznej.

Korzystając z danych z tabeli, łatwo obliczyć, ile m³ biogaz można uzyskać przy wyjściu zgodnie ze zwierzętami dostępnymi w gospodarstwie

Aby uzyskać biopaliwa, można użyć jednego rodzaju surowca organicznego lub mieszaniny kilku składników o wilgotności 85–90%. Ważne jest, aby nie zawierały obcych zanieczyszczeń chemicznych, które negatywnie wpływają na proces przetwarzania.

Najprostszy przepis na mieszaninę wymyślił w 2000 roku jeden rosyjski chłop z regionu Lipieck, który zbudował własne ręce najprostszej instalacji do produkcji biogazu. Zmieszał 1500 kg obornika z 3500 kg odpadów z różnych roślin, dodał wodę (około 65% masy wszystkich składników) i podgrzał mieszaninę do 35 stopni.

Dwa tygodnie później darmowe paliwo jest gotowe. Ta mała instalacja wyprodukowała 40 m³ gaz dziennie, który wystarczał na ogrzewanie domu i budynków mieszkalnych przez sześć miesięcy.

Opcje dla biopaliw

Po przeprowadzeniu obliczeń należy ustalić, jak zbudować instalację, aby uzyskać biogaz zgodnie z potrzebami jego gospodarki. Jeśli liczba zwierząt gospodarskich jest niewielka, odpowiednia jest najprostsza opcja, którą można łatwo zrobić z improwizowanych środków własnymi rękami.

W przypadku dużych gospodarstw, które mają stałe źródło dużej ilości surowców, wskazane jest zbudowanie przemysłowego zautomatyzowanego systemu biogazu. W takim przypadku nie można obejść się bez zaangażowania specjalistów, którzy opracują projekt i zamontują instalację na profesjonalnym poziomie.

Schemat wyraźnie pokazuje, jak działa zautomatyzowany kompleks przemysłowy do produkcji biogazu. Budowa takiej skali może być od razu zorganizowana przez kilka pobliskich gospodarstw

Obecnie istnieją dziesiątki firm, które oferują wiele opcji: od gotowych rozwiązań do opracowania indywidualnego projektu.Aby obniżyć koszty budowy, możesz współpracować z sąsiednimi gospodarstwami (jeśli są dostępne w pobliżu) i zbudować jedną jednostkę do całej produkcji biogazu.

Należy zauważyć, że w przypadku budowy nawet małej instalacji konieczne jest sporządzenie odpowiednich dokumentów, sporządzenie schematu blokowego, zaplanowanie rozmieszczenia sprzętu i wentylacji (jeśli sprzęt jest zainstalowany w pomieszczeniu), poddanie się procedurom zatwierdzającym z SES, kontroli przeciwpożarowej i gazowej.

Mini-fabryka do produkcji gazu na potrzeby małej prywatnej gospodarki może być wykonana własnoręcznie, koncentrując się na projekcie i specyfice instalacji urządzeń produkowanych na skalę przemysłową.

Projektowanie instalacji do przetwarzania obornika i substancji organicznych na biogaz nie różni się złożonością. Oryginał wydany przez przemysł jest całkiem odpowiedni jako szablon do budowy własnej mini-fabryki

Niezależni rzemieślnicy, którzy decydują się na rozpoczęcie budowy własnej instalacji, muszą zaopatrzyć się w zbiornik na wodę, rury wodne lub kanalizacyjne z tworzywa sztucznego, łuki narożne, uszczelki i cylinder do przechowywania gazu otrzymanego w instalacji.

Funkcje systemu biogazu

W pełni rozwinięta biogazownia to złożony system składający się z:

1. Bioreaktor, w którym proces rozkładu obornika;
2. Zautomatyzowany system podawania odpadów organicznych;
3. Urządzenia do mieszania biomasy;
4. Sprzęt do utrzymywania optymalnych warunków temperaturowych;
5. Zbiornik gazu - zbiorniki gazu;
6. Odbiornik odpadów stałych.

Wszystkie powyższe elementy są instalowane w zakładach przemysłowych działających w trybie automatycznym. Reaktory domowe z reguły mają bardziej uproszczony projekt.

Schemat pokazuje główne elementy zautomatyzowanego systemu biogazu. Objętość reaktora zależy od dziennego spożycia surowców organicznych. W celu pełnego funkcjonowania instalacji reaktor musi być wypełniony dwiema trzecimi objętości

Zasada działania instalacji

Głównym elementem systemu jest bioreaktor.Istnieje kilka opcji jego wykonania, najważniejsze jest zapewnienie szczelności konstrukcji i wyeliminowanie wnikania tlenu. Może być wykonany w postaci metalowego pojemnika o różnych kształtach (zwykle cylindrycznego) umieszczonego na powierzchni. Często do tych celów stosuje się puste zbiorniki paliwa o pojemności 50 cm3.

Możesz kupić gotowe pojemniki o składanym designie. Ich zaletą jest możliwość szybkiego demontażu i, w razie potrzeby, transportu w inne miejsce. Wskazane jest stosowanie przemysłowych instalacji powierzchniowych w dużych gospodarstwach, w których występuje stały napływ dużej ilości surowców organicznych.

W przypadku mniejszych gospodarstw bardziej odpowiednie jest umieszczenie podziemnych zbiorników. Podziemny bunkier zbudowany jest z cegły lub betonu. Możesz wkopać w ziemię gotowe pojemniki, na przykład beczki z metalu, stali nierdzewnej lub PCV. Możliwe jest również umieszczenie ich na ulicy lub w specjalnie wyznaczonym pomieszczeniu z dobrą wentylacją.

Do produkcji biogazowni można kupić gotowe pojemniki z PVC i zainstalować je w pomieszczeniu wyposażonym w system wentylacji

Bez względu na to, gdzie i jak znajduje się reaktor, jest on wyposażony w lejek do załadunku obornika. Przed załadowaniem surowca należy go wstępnie przygotować: jest kruszony na frakcje nie większe niż 0,7 mm i rozcieńczany wodą. Idealnie wilgotność podłoża powinna wynosić około 90%.

Zautomatyzowane zakłady typu przemysłowego są wyposażone w system zasilania, w tym w odbiornik, w którym mieszaninę doprowadza się do niezbędnej wilgoci, rurociąg do dostarczania wody i zespół pompujący do pompowania masy do bioreaktora.

W instalacjach domowych do przygotowania podłoża stosuje się osobne pojemniki, w których odpady są kruszone i mieszane z wodą. Następnie masa jest ładowana do przedziału odbiorczego. W reaktorach umieszczonych pod ziemią wyprowadzany jest lejek do przyjmowania substratu, przygotowana mieszanina grawitacyjna przepływa rurociągiem do komory w celu fermentacji.

Jeśli reaktor znajduje się na ziemi lub w pomieszczeniu, rura wlotowa z urządzeniem odbierającym może znajdować się w dolnej części zbiornika. Możliwe jest również przeniesienie rury do górnej części i umieszczenie dzwonka na szyi. W takim przypadku biomasa będzie musiała zostać przepompowana.

W bioreaktorze konieczne jest również zapewnienie wylotu, który jest wykonany prawie na dnie zbiornika po przeciwnej stronie leja wlotowego. W położeniu podziemnym rura wylotowa jest zainstalowana ukośnie do góry i prowadzi do pojemnika na odpady, w kształcie skrzynki o prostokątnym kształcie. Jego górna krawędź powinna znajdować się poniżej poziomu wlotu.

Rury wlotowe i wylotowe są umieszczone skośnie do góry po różnych stronach zbiornika, podczas gdy zbiornik wyrównawczy, do którego wprowadzane są odpady, powinien być niższy niż lejek odbiorczy

Proces przebiega w następujący sposób: lejek wlotowy otrzymuje nową partię substratu, który wpada do reaktora, a jednocześnie ta sama ilość zużytej masy unosi się przez rurę do odbiornika odpadów, skąd jest następnie odbierana i wykorzystywana jako wysokiej jakości biopłodnik.

Magazynowanie biogazu odbywa się w zbiorniku gazu. Najczęściej znajduje się bezpośrednio na dachu reaktora i ma kształt kopuły lub stożka. Jest wykonany z żelaznego pokrycia dachowego, a następnie, aby zapobiec procesom korozji, jest malowany kilkoma warstwami farby olejnej.

W zakładach przemysłowych, zaprojektowanych do przyjmowania dużej ilości gazu, zbiornik gazu jest często wykonany w postaci oddzielnego zbiornika połączonego rurociągiem z reaktorem.

Gaz uzyskany w wyniku fermentacji nie nadaje się do użycia, ponieważ zawiera dużą ilość pary wodnej, aw tej formie nie pali się. Aby oczyścić go z frakcji wody, gaz przepływa przez uszczelnienie wodne.Aby to zrobić, rura jest usuwana ze zbiornika gazu, przez który biogaz wchodzi do zbiornika z wodą, a stamtąd jest dostarczany do konsumentów przez plastikową lub metalową rurę.

Schemat instalacji znajdującej się pod ziemią. Wlot i wylot powinny znajdować się po przeciwnych stronach zbiornika. Migawka wodna znajduje się nad reaktorem, przez który wytwarzany gaz przepływa do kanalizacji

W niektórych przypadkach do przechowywania gazu stosuje się specjalne torby gazowe wykonane z polichlorku winylu. Worki są umieszczane obok urządzenia i stopniowo napełniane gazem. Podczas napełniania elastyczny materiał napełnia się, a objętość worków wzrasta, co pozwala tymczasowo zaoszczędzić większą ilość produktu końcowego.

Warunki skutecznego działania bioreaktora

Dla wydajnego działania instalacji i intensywnego oddzielania biogazu konieczna jest równomierna fermentacja substratu organicznego. Mieszanina powinna być w ciągłym ruchu. W przeciwnym razie powstaje skorupa, proces rozkładu spowalnia, co powoduje mniej gazu niż pierwotnie obliczono.

Aby zapewnić aktywne mieszanie biomasy, mieszadła zatapialne lub pochyłe wyposażone w napęd elektryczny są instalowane w górnej lub bocznej części typowego reaktora. W instalacjach rzemieślniczych mieszanie odbywa się mechanicznie za pomocą urządzenia przypominającego mikser domowy. Może być sterowany ręcznie lub wyposażony w napęd elektryczny.

Przy pionowym ustawieniu reaktora uchwyt miksera jest wyświetlany w górnej części instalacji. Jeśli pojemnik jest zainstalowany poziomo, świder znajduje się również w płaszczyźnie poziomej, a uchwyt znajduje się z boku bioreaktora

Jednym z najważniejszych warunków produkcji biogazu jest utrzymanie wymaganej temperatury w reaktorze. Ogrzewanie można wykonać na kilka sposobów. W instalacjach stacjonarnych stosuje się zautomatyzowane systemy grzewcze, które włączają się, gdy temperatura spadnie poniżej ustalonego poziomu, i wyłączają się, gdy ustawiona jest wymagana temperatura.

Do ogrzewania możesz użyć kotły gazowe, przeprowadzić bezpośrednie ogrzewanie za pomocą grzejników elektrycznych lub zintegrować element grzewczy w podstawie zbiornika.

Aby zmniejszyć straty ciepła, zaleca się zbudowanie małej ramy wokół reaktora warstwą wełny szklanej lub pokrycie instalacji izolacją termiczną. Ma dobre właściwości termoizolacyjne. styropian i jego inne odmiany.

Aby wyposażyć system ogrzewania biomasy, można wyciągnąć rurociąg z ogrzewania domu, który jest zasilany przez reaktor

Określenie wymaganej objętości

Objętość reaktora ustala się na podstawie dziennej ilości obornika produkowanego w gospodarstwie. Konieczne jest również uwzględnienie rodzaju surowca, temperatury i czasu fermentacji. Aby instalacja działała w pełni, zbiornik jest napełniony do 85–90% objętości, co najmniej 10% musi pozostać wolne, aby ulatniał się gaz.

Proces rozkładu substancji organicznych w instalacji mezofilnej w średniej temperaturze 35 stopni trwa od 12 dni, po czym fermentowane pozostałości są usuwane, a reaktor jest wypełniany nową porcją substratu. Ponieważ odpady są rozcieńczane wodą do 90% przed wysłaniem do reaktora, ilość płynu należy również wziąć pod uwagę przy określaniu dziennego obciążenia.

W oparciu o powyższe wskaźniki objętość reaktora będzie równa dziennej ilości przygotowanego substratu (obornik z wodą) pomnożonej przez 12 (czas wymagany do rozkładu biomasy) i zwiększona o 10% (wolna objętość zbiornika).

Budownictwo podziemne

Porozmawiajmy teraz o najprostszej instalacji, która pozwala uzyskać biogaz w domu przy najniższym koszcie. Rozważ budowę podziemnego systemu.Aby to zrobić, musisz wykopać dziurę, jej podstawę i ściany wylewa się wzmocnionym betonem gliniastym.

Po przeciwnych stronach komory umieszczone są otwory wlotowe i wylotowe, w których montowane są nachylone rury w celu dostarczenia podłoża i wypompowania zużytej masy.

Rura wylotowa o średnicy około 7 cm powinna znajdować się prawie na samym dole leja, jej drugi koniec jest zamontowany w pojemniku kompensacyjnym o kształcie prostokąta, do którego będą pompowane odpady. Rurociąg do dostarczania podłoża znajduje się około 50 cm od dna i ma średnicę 25–35 cm, a górna część rury wchodzi do przedziału do przyjmowania surowców.

Reaktor musi być całkowicie szczelny. Aby wykluczyć możliwość wlotu powietrza, pojemnik musi być pokryty warstwą hydroizolacji bitumicznej

Górna część leja to uchwyt na gaz o kształcie kopuły lub stożka. Wykonany jest z blachy lub zadaszenia. Możliwe jest również uzupełnienie konstrukcji o mur, który jest następnie pokryty stalową siatką i otynkowany. Na górze zbiornika gazu należy wykonać szczelny właz, usunąć rurkę gazową przechodzącą przez uszczelkę wodną i zainstalować zawór, aby uwolnić ciśnienie gazu.

Aby zmieszać podłoże, można wyposażyć instalację w system odwadniający działający na zasadzie nalewania. Aby to zrobić, przymocuj pionowo plastikowe rury wewnątrz konstrukcji, tak aby ich górna krawędź była wyższa niż warstwa podłoża. Zrób w nich wiele dziur. Gaz pod ciśnieniem spadnie, a unosząc się, pęcherzyki gazu zmieszają biomasę w zbiorniku.

Jeśli nie chcesz budować betonowego bunkra, możesz kupić gotowy pojemnik z PVC. Aby utrzymać ciepło, musi być otoczone warstwą izolacji termicznej - pianką styropianową. Dno wykopu wylewa się żelbetonem z warstwą 10 cm, jeśli objętość reaktora nie przekracza 3 m3, można zastosować zbiorniki z polichlorku winylu.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jak wykonać najprostszą instalację ze zwykłej beczki, dowiesz się, jeśli obejrzysz wideo:

Jak wygląda budowa podziemnego reaktora, możesz zobaczyć na wideo:

Sposób ładowania obornika do podziemnej instalacji pokazano na poniższym wideo:

Instalacja do produkcji biogazu z obornika pozwoli znacznie zaoszczędzić na płatnościach za ciepło i energię elektryczną, a także sprawi, że materiał organiczny, który występuje w każdym gospodarstwie, jest w dobrej formie. Przed rozpoczęciem budowy należy dokładnie obliczyć i przygotować wszystko.

Najprostszy reaktor można wykonać w ciągu kilku dni własnymi rękami, używając improwizowanych narzędzi. Jeśli gospodarstwo jest duże, najlepiej kupić gotową instalację lub skonsultować się ze specjalistą.

Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące zapoznania się z prezentowanymi informacjami lub sugestie, które chcesz podzielić się z odwiedzającymi witrynę, zostaw komentarze w polu poniżej.