Hvordan produsere biogass fra gjødsel: en oversikt over de grunnleggende prinsippene og utformingen av et produksjonsanlegg

Bønder møter årlig problemet med gjødselhåndtering.De betydelige midlene som kreves for å organisere fjerning og begravelse er bortkastet. Men det er en måte som lar deg ikke bare spare penger, men også få dette naturlige produktet til å tjene deg til din fordel.

Sparsomme eiere har lenge tatt i bruk økoteknologi som gjør det mulig å hente biogass fra gjødsel og bruke resultatet som drivstoff.

Derfor vil vi i vårt materiale snakke om teknologien for å produsere biogass, og vi vil også snakke om hvordan man bygger et bioenergianlegg.

Fordeler med å bruke bioteknologi

Teknologi skaffe biodrivstoff fra ulike naturlige kilder er ikke nytt. Forskning på dette området begynte på slutten av 1700-tallet og utviklet seg med suksess på 1800-tallet. I Sovjetunionen ble det første bioenergianlegget opprettet på førtitallet av forrige århundre.

Bioteknologi har lenge vært brukt i mange land, men i dag får de særlig betydning. På grunn av den forverrede miljøsituasjonen på planeten og de høye energikostnadene, retter mange oppmerksomheten mot alternative energi- og varmekilder.

Teknologien for å bearbeide gjødsel til biogass gjør det mulig å redusere mengden skadelige metanutslipp til atmosfæren og få en ekstra kilde til termisk energi

Selvfølgelig er gjødsel en svært verdifull gjødsel, og hvis det er to kyr på gården, er det ingen problemer med bruken. Det er en annen sak når det gjelder gårder med store og mellomstore husdyr, hvor det genereres tonnevis med illeluktende og råtnende biologisk materiale i året.

For at gjødsel skal bli til gjødsel av høy kvalitet, trengs områder med et visst temperaturregime, og dette er en ekstra utgift. Derfor lagrer mange bønder den der de kan og tar den med seg ut på jordene.

Avhengig av volumet av råvarer som genereres per dag, bør dimensjonene til installasjonen og graden av automatisering velges

Hvis lagringsbetingelser ikke er oppfylt, fordamper opptil 40 % nitrogen og hoveddelen av fosfor fra gjødsel, noe som forverrer kvalitetsindikatorene betydelig. I tillegg slippes metangass ut i atmosfæren, noe som har en negativ innvirkning på miljøsituasjonen til planeten.

Moderne bioteknologi gjør det mulig ikke bare å nøytralisere de skadelige effektene av metan på miljøet, men også å gjøre det til fordel for mennesker, samtidig som det høster betydelige økonomiske fordeler. Som et resultat bearbeiding av gjødsel gir biogass, hvorfra tusenvis av kW energi da kan hentes, og produksjonsavfallet representerer en svært verdifull anaerob gjødsel.

Mekanisme for gassdannelse fra organiske råvarer

Biogass er et flyktig stoff uten farge eller lukt, som inneholder opptil 70 % metan. Når det gjelder kvalitetsindikatorene, nærmer den seg den tradisjonelle typen drivstoff - naturgass. Har en god brennverdi, 1m³ biogass produserer like mye varme som det produseres ved å brenne halvannet kilo kull.

Vi skylder dannelsen av biogass til anaerobe bakterier, som aktivt jobber med å bryte ned organiske råvarer, som inkluderer husdyrgjødsel, fugleskitt og eventuelt planteavfall.

Ved egenproduksjon av biogass kan fugleskitt og avfallsprodukter fra små og store husdyr benyttes. Råvarer kan brukes i ren form eller i form av en blanding inkludert gress, løvverk, gammelt papir

For å aktivere prosessen er det nødvendig å skape gunstige forhold for livet til bakterier. De skal være lik de der mikroorganismer utvikler seg i et naturlig reservoar - i magen til dyr, hvor det er varmt og det ikke er oksygen.

Egentlig er dette de to hovedforholdene som bidrar til den mirakuløse transformasjonen av råtnende gjødsel til miljøvennlig drivstoff og verdifull gjødsel.

For å produsere biogass trenger du en forseglet reaktor uten tilgang til luft, hvor prosessen med gjæring av gjødsel og dens nedbrytning til komponenter vil finne sted:

• metan (opptil 70%);
• karbondioksid (omtrent 30%);
• andre gassformige stoffer (1-2%).

De resulterende gassene stiger til toppen av beholderen, hvorfra de deretter pumpes ut, og restproduktet legger seg ned - organisk gjødsel av høy kvalitet, som som et resultat av bearbeiding har beholdt alle de verdifulle stoffene som finnes i gjødselen - nitrogen og fosfor, og har mistet en betydelig del av sykdomsfremkallende mikroorganismer.

Reaktoren for produksjon av biogass må ha en fullstendig forseglet design der det ikke er oksygen, ellers vil prosessen med nedbrytning av gjødsel være ekstremt langsom

Den andre viktige betingelsen for effektiv dekomponering av gjødsel og dannelse av biogass er overholdelse av temperaturregimet. Bakterier som deltar i prosessen aktiveres ved temperaturer fra +30 grader.

Dessuten inneholder gjødsel to typer bakterier:

• mesofil. Deres livsaktivitet skjer ved en temperatur på +30 – +40 grader;
• termofile. For å reprodusere dem er det nødvendig å opprettholde et temperaturregime på +50 (+60) grader.

Behandlingstiden for råvarer i installasjoner av den første typen avhenger av blandingens sammensetning og varierer fra 12 til 30 dager. Samtidig gir 1 liter nyttig reaktorareal 2 liter biodrivstoff. Ved bruk av installasjoner av den andre typen reduseres produksjonstiden til sluttproduktet til tre dager, og mengden biogass øker til 4,5 liter.

Effektiviteten til termofile planter er synlig for det blotte øye, men kostnadene for vedlikehold er svært høye, så før du velger en eller annen metode for å produsere biogass, må du beregne alt veldig nøye

Til tross for at effektiviteten til termofile anlegg er titalls ganger høyere, brukes de mye sjeldnere, siden å opprettholde høye temperaturer i reaktoren er forbundet med høye kostnader.

Vedlikehold og vedlikehold av mesofile anlegg er billigere, så de fleste gårder bruker dem til å produsere biogass.

Når det gjelder energipotensial, er biogass litt dårligere enn konvensjonelt gassdrivstoff. Imidlertid inneholder den svovelsyredamp, hvis tilstedeværelse bør tas i betraktning når du velger materialer for konstruksjonen av installasjonen

Beregninger av effektiviteten av biogassbruk

Enkle beregninger vil hjelpe deg med å vurdere alle fordelene ved å bruke alternativt biodrivstoff. En ku på 500 kg produserer cirka 35-40 kg gjødsel per dag. Denne mengden er nok til å få ca 1,5 m³ biogass, hvorfra det kan produseres 3 kW/t elektrisitet.

Ved hjelp av dataene fra tabellen er det enkelt å beregne hvor mange m³ biogass kan hentes ved utgangen i henhold til antall husdyr tilgjengelig på gården

For å produsere biodrivstoff kan du bruke enten én type organisk råstoff eller blandinger av flere komponenter med en luftfuktighet på 85-90 %. Det er viktig at de ikke inneholder fremmede kjemiske urenheter som påvirker prosessprosessen negativt.

Den enkleste oppskriften på blandingen ble oppfunnet tilbake i 2000 av en russisk mann fra Lipetsk-regionen, som med egne hender bygde en enkel installasjon for produksjon av biogass.Han blandet 1500 kg kugjødsel med 3500 kg forskjellig planteavfall, tilsatte vann (ca. 65 % av vekten av alle ingrediensene) og varmet opp blandingen til 35 grader.

Om to uker er gratis drivstoff klart. Denne lille installasjonen produserte 40 m³ gass ​​per dag, som var nok til å varme opp hus og uthus i seks måneder.

Opsjoner for produksjonsanlegg for biodrivstoff

Etter å ha gjort beregningene, må du bestemme hvordan du skal lage installasjonen for å få biogass i samsvar med behovene til gården din. Hvis antallet husdyr er lite, er det enkleste alternativet egnet, som er enkelt å lage med egne hender fra tilgjengelige materialer.

For store gårder som har en konstant kilde til store mengder råvarer, er det tilrådelig å bygge et industrielt automatisert biogasssystem. I dette tilfellet er det usannsynlig at det vil være mulig å gjøre uten involvering av spesialister som vil utvikle prosjektet og installere installasjonen på et profesjonelt nivå.

Diagrammet viser tydelig hvordan et industrielt automatisert kompleks for produksjon av biogass fungerer. Bygging av en slik skala kan organiseres for flere gårder i nærheten

I dag er det dusinvis av selskaper som kan tilby mange alternativer: fra ferdige løsninger til utvikling av et individuelt prosjekt. For å redusere byggekostnadene kan du samarbeide med nabogårder (hvis det er noen i nærheten) og bygge én installasjon for å produsere biogass for dem alle.

Det skal bemerkes at for å bygge selv en liten installasjon, er det nødvendig å utarbeide de relevante dokumentene, lage et teknologisk diagram, en plan for plassering av utstyr og ventilasjon (hvis utstyret er installert innendørs), og gå gjennom godkjenningsprosedyrer med SES, brann- og gassinspeksjon.

Et minianlegg for produksjon av gass for å dekke behovene til en liten privat husholdning kan lages med egne hender, med fokus på design og spesifikk design av installasjoner produsert i industriell skala.

Utformingen av installasjoner for bearbeiding av gjødsel og planteorganisk materiale til biogass er ikke komplisert. Originalen produsert av industrien er ganske egnet som mal for å bygge din egen minifabrikk

Uavhengige håndverkere som bestemmer seg for å bygge sin egen installasjon, må fylle på med vannbeholder, vannforsyning eller kloakk, plastrør, hjørnesvinger, tetninger og en sylinder for lagring av gassen som produseres i installasjonen.

Egenskaper til biogasssystemet

Et komplett biogassanlegg er et komplekst system som består av:

1. Bioreaktor, hvor prosessen med nedbrytning av gjødsel finner sted;
2. Automatisert forsyningssystem for organisk avfall;
3. Biomasse blande enheter;
4. Utstyr for å opprettholde optimale temperaturforhold;
5. Gasstanker – gasslagringstanker;
6. Mottaker for avfall fast avfall.

Alle de ovennevnte elementene er installert i industrielle installasjoner som opererer i automatisk modus. Husholdningsreaktorer har som regel en mer forenklet design.

Diagrammet viser hovedkomponentene i et automatisert biogasssystem.Reaktorens volum avhenger av det daglige inntaket av organiske råvarer. For at installasjonen skal fungere fullt ut, må reaktoren fylles til to tredjedeler av volumet.

Driftsprinsipp for installasjonen

Hovedelementet i systemet er bioreaktoren. Det er flere alternativer for implementeringen, det viktigste er å sikre tettheten til strukturen og forhindre inntrengning av oksygen. Den kan lages i form av en metallbeholder av forskjellige former (vanligvis sylindrisk), plassert på overflaten. Ofte brukes 50 cc tomme drivstofftanker til disse formålene.

Du kan kjøpe ferdige sammenleggbare beholdere. Fordelen deres er muligheten til raskt å demontere og om nødvendig transportere til et annet sted. Det er tilrådelig å bruke industrielle overflateinstallasjoner på store gårder hvor det er en konstant tilstrømning av store mengder organiske råvarer.

For små gårder er muligheten for underjordisk plassering av tanken mer egnet. En underjordisk bunker er bygget av murstein eller betong. Du kan grave ned ferdige beholdere i bakken, for eksempel fat laget av metall, rustfritt stål eller PVC. Det er også mulig å plassere dem overfladisk på gaten eller i et spesialdesignet rom med god ventilasjon.

For å produsere et biogassproduksjonsanlegg kan du kjøpe ferdige PVC-beholdere og installere dem i et rom utstyrt med et ventilasjonssystem

Uavhengig av hvor og hvordan reaktoren er plassert, er den utstyrt med en bunker for lasting av gjødsel. Før lasting av råmaterialet, må det gjennomgå foreløpig forberedelse: det knuses til fraksjoner som ikke er større enn 0,7 mm og fortynnes med vann. Ideelt sett bør fuktigheten i underlaget være ca. 90%.

Automatiserte industrielle installasjoner er utstyrt med et råvareforsyningssystem, inkludert en mottaker der blandingen bringes til det nødvendige fuktighetsnivået, en vannforsyningsrørledning og en pumpeenhet for å pumpe massen inn i bioreaktoren.

I hjemmeinstallasjoner for klargjøring av underlaget brukes separate beholdere der avfallet knuses og blandes med vann. Deretter lastes massen inn i mottaksrommet. I reaktorer som er plassert under jorden, bringes beholderen for mottak av substratet ut, og den tilberedte blandingen strømmer ved tyngdekraften gjennom en rørledning inn i gjæringskammeret.

Hvis reaktoren er plassert på bakken eller innendørs, kan innløpsrøret med mottaksanordningen plasseres i undersiden av tanken. Det er også mulig å bringe røret til toppen og sette en stikkontakt på halsen. I dette tilfellet vil biomassen måtte tilføres ved hjelp av en pumpe.

Det er også nødvendig å tilveiebringe et utløpshull i bioreaktoren, som er laget nesten i bunnen av beholderen på motsatt side av innmatingsbeholderen. Når det plasseres under jorden, installeres utløpsrøret skrått oppover og fører til en avfallsbeholder, formet som en rektangulær boks. Dens øvre kant skal være under nivået til innløpet.

Innløps- og utløpsrørene er plassert skrått oppover på forskjellige sider av tanken, mens kompensasjonstanken som avfallet kommer inn i må være under mottaksbeholderen.

Prosessen går som følger: innmatningsbeholderen mottar et nytt parti substrat, som renner inn i reaktoren, samtidig stiger samme mengde avfallsmasse gjennom et rør inn i avfallsbeholderen, hvorfra det deretter øses ut og brukes som biogjødsel av høy kvalitet.

Biogass lagres i en gasstank. Oftest er den plassert direkte på taket av reaktoren og har form som en kuppel eller kjegle. Den er laget av takjern, og deretter, for å forhindre korrosjonsprosesser, males den med flere lag oljemaling.

I industrielle installasjoner designet for å produsere store mengder gass, er gasstanken ofte konstruert i form av en separat tank koblet til reaktoren med en rørledning.

Gassen som produseres ved gjæring er ikke egnet for bruk fordi den inneholder store mengder vanndamp og vil ikke brenne i denne formen. For å rense den fra vannfraksjoner føres gassen gjennom en vanntetning. For å gjøre dette fjernes et rør fra gasstanken, gjennom hvilket biogassen kommer inn i en beholder med vann, og derfra leveres den til forbrukerne gjennom et plast- eller metallrør.

Plan for installasjon plassert under jorden. Innløps- og utløpsåpningene skal være plassert på motsatte sider av beholderen. Det er en vannforsegling over reaktoren som den resulterende gassen føres gjennom for å tørke.

I noen tilfeller brukes spesielle gassholderposer laget av polyvinylklorid til å lagre gass. Posene plasseres ved siden av installasjonen og fylles gradvis med gass.Etter hvert som de fylles, blåses det elastiske materialet opp og volumet på posene øker, slik at du midlertidig kan lagre mer av sluttproduktet om nødvendig.

Forutsetninger for effektiv drift av en bioreaktor

For effektiv drift av installasjonen og intensiv utslipp av biogass er det nødvendig med jevn gjæring av det organiske substratet. Blandingen må være i konstant bevegelse. Ellers dannes en skorpe på den, nedbrytningsprosessen bremses, og som et resultat produseres det mindre gass enn først beregnet.

For å sikre aktiv blanding av biomassen, er nedsenkbare eller skråstilte blandere utstyrt med en elektrisk drivenhet installert i den øvre eller sidedelen av en typisk reaktor. I hjemmelagde installasjoner gjøres blandingen mekanisk ved hjelp av en enhet som ligner en husholdningsblander. Den kan styres manuelt eller utstyres med en elektrisk drift.

Når reaktoren er plassert vertikalt, er rørehåndtaket plassert på toppen av installasjonen. Hvis beholderen er installert horisontalt, er skruen også plassert i et horisontalt plan, og håndtaket er plassert på siden av bioreaktoren

En av de viktigste betingelsene for å produsere biogass er å opprettholde den nødvendige temperaturen i reaktoren. Oppvarming kan utføres på flere måter. I stasjonære installasjoner brukes automatiserte varmesystemer, som slås på når temperaturen faller under et forhåndsbestemt nivå, og slås av når ønsket temperatur er nådd.

Kan brukes til oppvarming gasskjeler, utfør direkte oppvarming med elektriske varmeapparater eller bygg et varmeelement inn i bunnen av beholderen.

For å redusere varmetapet anbefales det å bygge en liten ramme rundt reaktoren med et lag glassull eller dekke installasjonen med termisk isolasjon. Har gode varmeisolasjonsegenskaper ekspandert polystyren og dets andre varianter.

For å sette opp et biomassevarmesystem kan du kjøre en rørledning fra hjemmevarmesystemet, som drives av reaktoren

Bestemme ønsket volum

Reaktorens volum bestemmes ut fra den daglige mengden gjødsel som produseres på gården. Det er også nødvendig å ta hensyn til type råvare, temperatur og gjæringstid. For at installasjonen skal fungere fullt ut, er beholderen fylt til 85-90 % av volumet, minst 10 % må være ledig for at gass skal slippe ut.

Prosessen med nedbrytning av organisk materiale i en mesofil installasjon ved en gjennomsnittstemperatur på 35 grader varer fra 12 dager, hvoretter de fermenterte restene fjernes og reaktoren fylles med en ny del av substratet. Siden avfall fortynnes med vann inntil 90 % før det sendes til reaktoren, må det også tas hensyn til væskemengden ved fastsettelse av daglig belastning.

Basert på de gitte indikatorene vil volumet til reaktoren være lik den daglige mengden tilberedt substrat (gjødsel med vann) multiplisert med 12 (tiden som kreves for biomassenedbrytning) og økt med 10 % (fritt volum av beholderen).

Bygging av en underjordisk struktur

La oss nå snakke om den enkleste installasjonen som lar deg få biogass hjemme til den laveste kostnaden. Vurder å bygge et underjordisk system. For å lage det, må du grave et hull, basen og veggene er fylt med armert utvidet leirebetong.

Innløps- og utløpsåpninger er plassert på motsatte sider av kammeret, hvor det er montert skrårør for tilførsel av underlaget og utpumping av avfallsmassen.

Utløpsrøret med en diameter på ca. 7 cm skal være plassert nesten helt nederst i bunkeren, den andre enden er montert i en rektangulær kompensasjonstank som avfall vil bli pumpet inn i. Rørledningen for tilførsel av substratet er plassert ca 50 cm fra bunnen og har en diameter på 25-35 cm Den øvre delen av røret går inn i rommet for mottak av råvarer.

Reaktoren må være fullstendig forseglet. For å utelukke muligheten for luftinntrenging, må beholderen dekkes med et lag av bitumen vanntetting

Den øvre delen av bunkeren er en gassholder, som har en kuppel eller kjegleform. Den er laget av metallplater eller takjern. Du kan også fullføre strukturen med murverk, som deretter dekkes med stålnett og puss. Du må lage en forseglet luke på toppen av bensintanken, fjerne gassrøret som går gjennom vanntetningen og installere en ventil for å avlaste gasstrykket.

For å blande underlaget kan du utstyre installasjonen med et dreneringssystem som opererer etter bobleprinsippet. For å gjøre dette, fest plastrør vertikalt inne i strukturen slik at deres øvre kant er over substratlaget. Lag mange hull i dem. Gass under trykk vil falle ned, og stiger opp vil gassbobler blande biomassen i beholderen.

Hvis du ikke vil bygge en betongbunker, kan du kjøpe en ferdig PVC-beholder. For å bevare varmen, må den være omgitt av et lag med termisk isolasjon - polystyrenskum. Bunnen av gropen er fylt med et 10 cm lag med armert betong.Tanker laget av polyvinylklorid kan brukes dersom reaktorvolumet ikke overstiger 3 m3.

Konklusjoner og nyttig video om temaet

Du vil lære hvordan du lager den enkleste installasjonen fra en vanlig tønne hvis du ser videoen:

Du kan se hvordan byggingen av en underjordisk reaktor foregår i videoen:

Hvordan gjødsel lastes inn i en underjordisk installasjon vises i følgende video:

En installasjon for produksjon av biogass fra husdyrgjødsel vil tillate deg å spare betydelig på varme- og elektrisitetskostnader, og bruke organisk materiale, som finnes i overflod på hver gård, for en god sak. Før du starter byggingen, må alt være nøye beregnet og forberedt.

Den enkleste reaktoren kan lages på noen få dager med egne hender, ved å bruke tilgjengelige materialer. Hvis gården er stor, er det best å kjøpe en ferdig installasjon eller kontakte spesialister.

Hvis du, mens du leser informasjonen som presenteres, har spørsmål eller forslag som du ønsker å dele med besøkende på nettstedet, vennligst legg igjen kommentarer i blokken nedenfor.