Hur man producerar biogas från gödsel: en översikt över de grundläggande principerna och designen av en produktionsanläggning

Jordbrukare möter årligen problemet med bortskaffande av gödsel.De avsevärda medel som krävs för att organisera borttagandet och begravningen är bortkastade. Men det finns ett sätt som gör att du inte bara kan spara dina pengar, utan också få denna naturliga produkt att tjäna dig till din fördel.

Sparsamma ägare har länge tillämpat ekoteknik som gör det möjligt att få biogas från gödsel och använda resultatet som bränsle.

Därför kommer vi i vårt material att prata om tekniken för att producera biogas, och vi kommer också att prata om hur man bygger en bioenergianläggning.

Fördelar med att använda bioteknik

Teknologi skaffa biobränslen från olika naturliga källor är inte nytt. Forskningen inom detta område började i slutet av 1700-talet och utvecklades framgångsrikt under 1800-talet. I Sovjetunionen skapades den första bioenergianläggningen på fyrtiotalet av förra seklet.

Bioteknik har länge använts i många länder, men i dag får den särskild betydelse. På grund av den försämrade miljösituationen på planeten och de höga energikostnaderna vänder många sin uppmärksamhet mot alternativa energi- och värmekällor.

Tekniken för att bearbeta gödsel till biogas gör det möjligt att minska mängden skadliga metanutsläpp till atmosfären och få en extra källa till värmeenergi

Naturligtvis är gödsel ett mycket värdefullt gödselmedel, och om det finns två kor på gården är det inga problem med användningen. En annan sak är det när det gäller gårdar med stora och medelstora boskap, där tonvis av illaluktande och ruttnande biologiskt material genereras per år.

För att gödsel ska förvandlas till högkvalitativt gödselmedel behövs områden med en viss temperaturregim, och detta är en extra kostnad. Därför lagrar många bönder det var de kan och tar det sedan till fälten.

Beroende på mängden råmaterial som genereras per dag, bör dimensionerna på installationen och graden av dess automatisering väljas

Om lagringsvillkoren inte uppfylls, avdunstar upp till 40 % av kväve och huvuddelen av fosfor från gödsel, vilket avsevärt försämrar dess kvalitetsindikatorer. Dessutom släpps metangas ut i atmosfären, vilket har en negativ inverkan på planetens miljösituation.

Modern bioteknik gör det möjligt att inte bara neutralisera de skadliga effekterna av metan på miljön, utan också att göra det till gagn för människor, samtidigt som det drar avsevärda ekonomiska fördelar. Som ett resultat bearbetning av gödsel ger biogas, från vilken tusentals kW energi sedan kan erhållas, och produktionsavfallet utgör ett mycket värdefullt anaerobt gödningsmedel.

Mekanism för gasbildning från organiska råvaror

Biogas är ett flyktigt ämne utan färg eller lukt, som innehåller upp till 70 % metan. När det gäller dess kvalitetsindikatorer närmar den sig den traditionella typen av bränsle – naturgas. Har ett bra värmevärde, 1m³ biogas producerar lika mycket värme som produceras genom att elda ett och ett halvt kilo kol.

Vi är skyldiga att bilda biogas till anaeroba bakterier, som aktivt arbetar för att bryta ner organiska råvaror, som inkluderar husdjursgödsel, fågelspillning och eventuellt växtavfall.

Vid egenproduktion av biogas kan fågelspillning och restprodukter från små och stora boskap användas. Råvaror kan användas i ren form eller i form av en blandning inklusive gräs, löv, gammalt papper

För att aktivera processen är det nödvändigt att skapa gynnsamma förutsättningar för bakteriers liv. De bör likna dem där mikroorganismer utvecklas i en naturlig reservoar - i magen på djur, där det är varmt och det inte finns något syre.

Egentligen är dessa två huvudförhållanden som bidrar till den mirakulösa omvandlingen av ruttnande gödsel till miljövänligt bränsle och värdefulla gödselmedel.

För att producera biogas behöver du en förseglad reaktor utan tillgång till luft, där processen för jäsning av gödsel och dess nedbrytning till komponenter kommer att ske:

• metan (upp till 70%);
• koldioxid (ungefär 30%);
• andra gasformiga ämnen (1-2%).

De resulterande gaserna stiger till toppen av behållaren, varifrån de sedan pumpas ut, och restprodukten sätter sig - högkvalitativt organiskt gödselmedel, som, som ett resultat av bearbetningen, har behållit alla värdefulla ämnen som finns i gödseln - kväve och fosfor, och har förlorat en betydande del av patogena mikroorganismer.

Reaktorn för att producera biogas måste ha en helt förseglad design där det inte finns något syre, annars kommer processen för nedbrytning av gödsel att vara extremt långsam

Det andra viktiga villkoret för effektiv nedbrytning av gödsel och bildandet av biogas är överensstämmelse med temperaturregimen. Bakterier som deltar i processen aktiveras vid temperaturer från +30 grader.

Dessutom innehåller gödsel två typer av bakterier:

• mesofil. Deras livsaktivitet sker vid en temperatur på +30 – +40 grader;
• termofila. För att reproducera dem är det nödvändigt att upprätthålla en temperaturregim på +50 (+60) grader.

Bearbetningstiden för råvaror i installationer av den första typen beror på blandningens sammansättning och sträcker sig från 12 till 30 dagar. Samtidigt ger 1 liter användbar reaktoryta 2 liter biobränsle. Vid användning av installationer av den andra typen reduceras produktionstiden för slutprodukten till tre dagar, och mängden biogas ökar till 4,5 liter.

Effektiviteten hos termofila växter är synlig för blotta ögat, men kostnaden för deras underhåll är mycket hög, så innan du väljer en eller annan metod för att producera biogas måste du beräkna allt mycket noggrant

Trots att effektiviteten hos termofila anläggningar är tiotals gånger högre, används de mycket mindre ofta, eftersom upprätthållande av höga temperaturer i reaktorn är förknippat med höga kostnader.

Underhåll och underhåll av anläggningar av mesofila typ är billigare, så de flesta gårdar använder dem för att producera biogas.

När det gäller energipotential är biogas något sämre än konventionellt gasbränsle. Den innehåller dock svavelsyraångor, vars närvaro bör beaktas vid val av material för konstruktionen av installationen

Beräkningar av effektiviteten av biogasanvändning

Enkla beräkningar hjälper dig att utvärdera alla fördelar med att använda alternativa biobränslen. En ko som väger 500 kg producerar cirka 35-40 kg gödsel per dag. Denna mängd räcker för att få cirka 1,5 m³ biogas, från vilken 3 kW/h el kan genereras.

Med hjälp av data från tabellen är det enkelt att beräkna hur många m³ biogas kan erhållas vid utgången i enlighet med antalet boskap som finns på gården

För att få biobränsle kan man använda antingen en typ av organisk råvara eller blandningar av flera komponenter med en luftfuktighet på 85-90%. Det är viktigt att de inte innehåller främmande kemiska föroreningar som negativt påverkar bearbetningsprocessen.

Det enklaste receptet för blandningen uppfanns redan år 2000 av en rysk man från Lipetsk-regionen, som med sina egna händer byggde en enkel installation för att producera biogas.Han blandade 1 500 kg kogödsel med 3 500 kg olika växtavfall, tillsatte vatten (ca 65 % av vikten av alla ingredienser) och värmde upp blandningen till 35 grader.

Om två veckor är gratis bränsle klart. Denna lilla installation producerade 40 m³ gas per dag, vilket räckte för att värma hus och uthus i ett halvår.

Alternativ för biobränsleproduktionsanläggningar

Efter att ha gjort beräkningarna måste du bestämma hur du ska göra installationen för att få biogas i enlighet med din gårds behov. Om antalet boskap är litet, är det enklaste alternativet lämpligt, vilket är lätt att göra med egna händer från tillgängliga material.

För stora gårdar som har en konstant källa till stora mängder råvaror, är det lämpligt att bygga ett industriellt automatiserat biogassystem. I det här fallet är det osannolikt att det kommer att vara möjligt att göra utan inblandning av specialister som kommer att utveckla projektet och installera installationen på en professionell nivå.

Diagrammet visar tydligt hur ett industriellt automatiserat komplex för att producera biogas fungerar. Konstruktion av en sådan skala kan organiseras för flera gårdar i närheten

Idag finns det dussintals företag som kan erbjuda många alternativ: från färdiga lösningar till utveckling av ett enskilt projekt. För att minska byggkostnaderna kan du samarbeta med närliggande gårdar (om det finns några i närheten) och bygga en anläggning för att producera biogas för dem alla.

Det bör noteras att för att bygga även en liten installation är det nödvändigt att upprätta relevanta dokument, göra ett tekniskt diagram, en plan för placering av utrustning och ventilation (om utrustningen är installerad inomhus) och gå igenom godkännandeförfaranden med SES, brand- och gasinspektion.

En minianläggning för produktion av gas för att täcka behoven hos ett litet privat hushåll kan göras med dina egna händer, med fokus på design och specifik design av installationer producerade i industriell skala.

Konstruktionerna av anläggningar för bearbetning av gödsel och organiskt växtmaterial till biogas är inte komplicerade. Originalet som produceras av industrin är ganska lämpligt som en mall för att bygga din egen minifabrik

Oberoende hantverkare som bestämmer sig för att bygga sin egen installation behöver fylla på med en vattenbehållare, vattenförsörjnings- eller avloppsplaströr, hörnböjar, tätningar och en cylinder för att lagra gasen som produceras i installationen.

Funktioner i biogassystemet

En komplett biogasanläggning är ett komplext system som består av:

1. Bioreaktor, där processen för nedbrytning av gödsel äger rum;
2. Automatiserat organiskt avfallssystem;
3. Anordningar för blandning av biomassa;
4. Utrustning för att upprätthålla optimala temperaturförhållanden;
5. Gastankar – gaslagringstankar;
6. Mottagare för avfall fast avfall.

Alla ovanstående element är installerade i industriella installationer som arbetar i automatiskt läge. Hushållsreaktorer har som regel en mer förenklad design.

Diagrammet visar huvudkomponenterna i ett automatiserat biogassystem.Reaktorns volym beror på det dagliga intaget av organiska råvaror. För att anläggningen ska fungera fullt ut måste reaktorn vara fylld till två tredjedelar av sin volym.

Funktionsprincip för installationen

Huvudelementet i systemet är bioreaktorn. Det finns flera alternativ för dess genomförande, det viktigaste är att säkerställa strukturens täthet och förhindra inträngning av syre. Den kan göras i form av en metallbehållare av olika former (vanligtvis cylindrisk), placerad på ytan. Ofta används 50 cc tomma bränsletankar för dessa ändamål.

Du kan köpa färdiga hopfällbara behållare. Deras fördel är möjligheten att snabbt demontera och vid behov transportera till en annan plats. Det är lämpligt att använda industriella ytinstallationer på stora gårdar där det finns ett konstant inflöde av stora mängder ekologiska råvaror.

För små gårdar är alternativet för underjordisk placering av tanken mer lämpligt. En underjordisk bunker är byggd av tegel eller betong. Du kan gräva ner färdiga behållare i marken, till exempel tunnor av metall, rostfritt stål eller PVC. Det är också möjligt att placera dem ytligt på gatan eller i ett särskilt avsett rum med god ventilation.

För att tillverka en biogasproduktionsanläggning kan du köpa färdiga PVC-behållare och installera dem i ett rum utrustat med ett ventilationssystem

Oavsett var och hur reaktorn är placerad är den utrustad med en bunker för lastning av gödsel. Innan råmaterialet laddas måste det genomgå en preliminär beredning: den krossas till fraktioner som inte är större än 0,7 mm och späds ut med vatten. Helst bör substratets luftfuktighet vara cirka 90 %.

Automatiserade installationer av industrityp är utrustade med ett råmaterialförsörjningssystem, inklusive en mottagare i vilken blandningen bringas till den erforderliga fuktnivån, en vattenförsörjningsledning och en pumpenhet för att pumpa massan in i bioreaktorn.

I heminstallationer för att förbereda underlaget används separata behållare där avfallet krossas och blandas med vatten. Sedan laddas massan i mottagningsfacket. I reaktorer som är belägna under jord tas tratten för att ta emot substratet ut och den beredda blandningen strömmar genom gravitationen genom en rörledning in i jäsningskammaren.

Om reaktorn är placerad på marken eller inomhus kan inloppsröret med mottagningsanordningen placeras i tankens nedre sida. Det är också möjligt att föra röret till toppen och sätta en hylsa på dess hals. I detta fall måste biomassan tillföras med hjälp av en pump.

Det är också nödvändigt att tillhandahålla ett utloppshål i bioreaktorn, vilket är gjort nästan i botten av behållaren på motsatt sida från inmatningsmagasinet. När det placeras under jord, installeras utloppsröret snett uppåt och leder till en avfallsbehållare, formad som en rektangulär låda. Dess övre kant ska vara under nivån på inloppet.

Inlopps- och utloppsrören är placerade snett uppåt på olika sidor av tanken, medan kompensationstanken som avfallet kommer in i måste vara under mottagningstratten

Processen fortskrider enligt följande: inmatningsbehållaren tar emot en ny sats substrat, som strömmar in i reaktorn, samtidigt stiger samma mängd avfallsmassa genom ett rör in i avfallsbehållaren, varifrån den sedan ösas ut och används som ett högkvalitativt biogödselmedel.

Biogas lagras i en bensintank. Oftast är den placerad direkt på taket av reaktorn och har formen av en kupol eller kon. Den är gjord av takjärn, och sedan, för att förhindra korrosionsprocesser, målas den med flera lager oljefärg.

I industriella installationer konstruerade för att producera stora mängder gas är gastanken ofta konstruerad i form av en separat tank som är ansluten till reaktorn via en rörledning.

Gasen som produceras genom jäsning är inte lämplig för användning eftersom den innehåller en stor mängd vattenånga och kommer inte att brinna i denna form. För att rena den från vattenfraktioner leds gasen genom en vattentätning. För att göra detta tas ett rör bort från gastanken, genom vilket biogasen kommer in i en behållare med vatten, och därifrån levereras den till konsumenterna genom ett plast- eller metallrör.

Installationsschema beläget under jord. Inlopps- och utloppsöppningarna ska vara placerade på motsatta sidor av behållaren. Det finns en vattentätning ovanför reaktorn genom vilken den resulterande gasen leds för att torka.

I vissa fall används speciella gashållarpåsar av polyvinylklorid för att lagra gas. Påsarna placeras bredvid installationen och fylls gradvis med gas.När de fylls blåses det elastiska materialet upp och volymen på påsarna ökar, vilket gör att du tillfälligt kan lagra mer av slutprodukten vid behov.

Förutsättningar för effektiv drift av en bioreaktor

För effektiv drift av anläggningen och intensiv utsläpp av biogas krävs enhetlig jäsning av det organiska substratet. Blandningen måste vara i konstant rörelse. Annars bildas en skorpa på den, nedbrytningsprocessen saktar ner, och som ett resultat produceras mindre gas än vad som ursprungligen beräknades.

För att säkerställa aktiv blandning av biomassan installeras dränkbara eller lutande blandare utrustade med en elektrisk drivning i den övre eller sidodelen av en typisk reaktor. I hemgjorda installationer görs blandningen mekaniskt med en enhet som liknar en hushållsblandare. Den kan styras manuellt eller förses med en elektrisk drivning.

När reaktorn är placerad vertikalt är omrörarens handtag placerat högst upp i installationen. Om behållaren installeras horisontellt är skruven också placerad i ett horisontellt plan, och handtaget är placerat på sidan av bioreaktorn

En av de viktigaste förutsättningarna för att producera biogas är att hålla den erforderliga temperaturen i reaktorn. Uppvärmning kan åstadkommas på flera sätt. I stationära installationer används automatiserade värmesystem, som slås på när temperaturen sjunker under en förutbestämd nivå och stängs av när den önskade temperaturen uppnås.

Kan användas för uppvärmning gaspannor, utför direkt uppvärmning med elektriska värmeanordningar eller bygg in ett värmeelement i botten av behållaren.

För att minska värmeförlusten rekommenderas att bygga en liten ram runt reaktorn med ett lager glasull eller täcka installationen med värmeisolering. Har goda värmeisoleringsegenskaper expanderad polystyren och dess andra sorter.

För att sätta upp ett biomassavärmesystem kan man köra en rörledning från hemvärmesystemet, som drivs av reaktorn

Bestämma önskad volym

Reaktorns volym bestäms utifrån den dagliga mängden gödsel som produceras på gården. Det är också nödvändigt att ta hänsyn till typen av råmaterial, temperatur och jäsningstid. För att installationen ska fungera fullt ut är behållaren fylld till 85-90% av volymen, minst 10% måste vara ledig för att gas ska kunna strömma ut.

Processen för nedbrytning av organiskt material i en mesofil installation vid en medeltemperatur på 35 grader varar från 12 dagar, varefter de fermenterade resterna avlägsnas och reaktorn fylls med en ny del av substratet. Eftersom avfall späds ut med vatten upp till 90 % innan det skickas till reaktorn, måste även mängden vätska beaktas vid bestämning av den dagliga belastningen.

Baserat på de givna indikatorerna kommer reaktorns volym att vara lika med den dagliga mängden beredd substrat (gödsel med vatten) multiplicerat med 12 (tiden som krävs för nedbrytning av biomassa) och ökad med 10 % (fri volym av behållaren).

Konstruktion av en underjordisk struktur

Låt oss nu prata om den enklaste installationen som låter dig få biogas hemma till lägsta kostnad. Överväg att bygga ett underjordiskt system. För att göra det måste du gräva ett hål, dess bas och väggar är fyllda med armerad expanderad lerbetong.

Inlopps- och utloppsöppningar är placerade på motsatta sidor av kammaren, där lutande rör är monterade för att tillföra substratet och pumpa ut avfallsmassan.

Utloppsröret med en diameter på cirka 7 cm bör placeras nästan längst ner i bunkern, dess andra ände är monterad i en rektangulär kompensationstank i vilken avfall kommer att pumpas in. Rörledningen för tillförsel av substratet ligger cirka 50 cm från botten och har en diameter på 25-35 cm. Den övre delen av röret går in i facket för mottagning av råmaterial.

Reaktorn måste vara helt förseglad. För att utesluta möjligheten av luftinträngning måste behållaren täckas med ett skikt av bitumenvattentätning

Den övre delen av bunkern är en gashållare, som har en kupol- eller konform. Den är gjord av plåt eller takjärn. Du kan också komplettera strukturen med murverk, som sedan täcks med stålnät och putsas. Du måste göra en förseglad lucka på toppen av gastanken, ta bort gasröret som passerar genom vattentätningen och installera en ventil för att avlasta gastrycket.

För att blanda substratet kan du utrusta installationen med ett dräneringssystem som fungerar enligt principen om bubbling. För att göra detta, fixera plaströr vertikalt inuti strukturen så att deras övre kant är ovanför substratskiktet. Gör många hål i dem. Gas under tryck kommer att falla ner, och när gasbubblor stiger upp blandas biomassan i behållaren.

Om du inte vill bygga en betongbunker kan du köpa en färdig PVC-behållare. För att bevara värmen måste den omges av ett lager av värmeisolering - polystyrenskum. Gropens botten är fylld med ett 10 cm lager av armerad betong.Tankar av polyvinylklorid kan användas om reaktorvolymen inte överstiger 3 m3.

Slutsatser och användbar video om ämnet

Du kommer att lära dig hur du gör den enklaste installationen från en vanlig tunna om du tittar på videon:

Du kan se hur byggandet av en underjordisk reaktor går till i videon:

Hur gödsel laddas i en underjordisk installation visas i följande video:

En installation för att producera biogas från gödsel gör att du kan spara avsevärt på värme- och elkostnader och använda organiskt material, som finns i överflöd på varje gård, för en god sak. Innan du börjar bygga måste allt noggrant beräknas och förberedas.

Den enklaste reaktorn kan göras på några dagar med dina egna händer, med hjälp av tillgängliga material. Om gården är stor, är det bäst att köpa en färdig installation eller kontakta specialister.

Om du, medan du läser den presenterade informationen, har frågor eller har förslag som du skulle vilja dela med webbplatsbesökare, vänligen lämna kommentarer i blocket nedan.