Oberoende biogasproduktion

Ökningen av energipriserna får oss att tänka på möjligheten att förse oss själv med dem. Ett alternativ är en biogasanläggning. Med hjälp erhålls biogas från gödsel, avfall och växtrester, som efter rengöring kan användas för gasapparater (spis, panna), pumpas in i cylindrar och användas som bränsle för bilar eller elgeneratorer. Generellt kan bearbetning av gödsel till biogas tillgodose alla energibehov i ett hem eller gård.

Byggande av en biogasanläggning - ett sätt att självförsörja sig med energiresurser

Generella principer

Biogas är en produkt som erhålls genom nedbrytning av organiskt material. Under förfall / fermentering frigörs gaser som kan samlas upp för att tillgodose behoven hos din egen gård. Jag kallar utrustningen där processen sker "biogasanläggning".

I vissa fall är gasutmatningen för hög, sedan lagras den i gashållare - för användning under den period då den är otillräcklig. Med en kompetent organisation av processen kan det finnas för mycket gas, då kan dess överskott säljas. En annan inkomstkälla är jästrester. Detta är ett mycket effektivt och säkert gödningsmedel - under jäsningsprocessen dör de flesta mikroorganismer, växtfrön tappar sin spiringskapacitet, parasitägg blir olönsamma. Avlägsnandet av sådana gödningsmedel till åkrarna har en positiv effekt på avkastningen.

Villkor för gasproduktion

Processen med biogasbildning sker på grund av den vitala aktiviteten hos olika typer av bakterier som finns i själva avfallet. Men för att de aktivt ska "arbeta" är det nödvändigt för dem att skapa vissa förhållanden: fuktighet och temperatur. För att skapa dem byggs en biogasanläggning. Detta är ett komplex av enheter, vars bas är en bioreaktor, i vilken nedbrytningen av avfall sker, vilket åtföljs av gasbildning.

Organisering av en cykel för bearbetning av gödsel och anläggningsavfall till biogas

Det finns tre sätt att bearbeta gödsel till biogas:

• Psykofil regim. Temperaturen i biogasanläggningen är från + 5 ° C till + 20 ° C. Under sådana förhållanden är nedbrytningsprocessen långsam, mycket gas bildas och dess kvalitet är låg.
• Mesofil. Enheten går in i detta läge vid temperaturer från + 30 ° C till + 40 ° C. I det här fallet sprider sig mesofila bakterier. I det här fallet genereras mer gas, bearbetningsprocessen tar kortare tid - från 10 till 20 dagar.
• Termofil. Dessa bakterier multipliceras vid temperaturer från + 50 ° C. Processen är den snabbaste (3-5 dagar), gasutbytet är störst (under ideala förhållanden kan upp till 4,5 liter gas erhållas från 1 kg leverans). De flesta av referenstabellerna för gasåtervinning från bearbetning ges specifikt för detta läge, så när du använder andra lägen är det värt att göra en justering nedåt.

Det svåraste i biogasanläggningar är den termofila regimen. Detta kräver högkvalitativ värmeisolering av biogasanläggningen, uppvärmning och ett temperaturkontrollsystem. Men vid utgången får vi den maximala mängden biogas. Ett annat inslag i termofil bearbetning är omöjligheten till ytterligare belastning. De andra två lägena - psykofila och mesofila - tillåter daglig tillsats av en ny portion beredda råvaror.Men i det termofila läget tillåter den korta bearbetningstiden att bioreaktorn kan delas in i zoner där dess egen andel av råvaror med olika laddningstider kommer att bearbetas.

Biogasanläggningsdiagram

Grunden för en biogasanläggning är en bioreaktor eller bunker. Jäsningsprocessen äger rum i den och den resulterande gasen ackumuleras i den. Det finns också en last- och lossningstratt, den producerade gasen släpps ut genom ett rör som sätts in i den övre delen. Därefter kommer gasbehandlingssystemet - rengör det och ökar trycket i gasledningen till det fungerande.

Diagram över en anläggning för bearbetning av gödsel till biogas

För mesofila och termofila lägen krävs också ett bioreaktorvärmesystem för att nå de önskade lägena. För detta används vanligtvis gaspannor som använder det producerade bränslet. Därifrån går rörledningssystemet till bioreaktorn. Vanligtvis är detta polymerrör, eftersom de är bäst lämpade för att vara i en aggressiv miljö.

En biogasanläggning behöver också ett system för blandning av ämnet. Under jäsning bildas en hård skorpa på toppen, tunga partiklar sätter sig ner. Allt detta förvärrar gasförfarandet tillsammans. Omrörare behövs för att upprätthålla ett homogent tillstånd av den bearbetade massan. De kan vara mekaniska eller till och med manuella. De kan startas med timer eller manuellt. Allt beror på hur biogasanläggningen tillverkas. Ett automatiserat system är dyrare att installera, men kräver ett minimum av uppmärksamhet under drift.

Den enklaste biogasanläggningen från ett plastfat

En biogasanläggning efter typ av plats kan vara:

• Ovan jord.
• Halv infälld.
• Infälld.

Begravda är dyrare att installera - en stor mängd markarbete krävs. Men när de används under våra förhållanden är de bättre - det är lättare att organisera isolering, mindre värmekostnader.

Vad kan återvinnas

Biogasanläggningen är i huvudsak allätande - allt organiskt material kan bearbetas. Gödsel och urin, växtrester är lämpliga. Rengöringsmedel, antibiotika, kemi påverkar processen negativt. Det är önskvärt att minimera deras intag, eftersom de dödar den flora som är involverad i bearbetningen.

Hur mycket biogas som kan erhållas från olika avfall

Nötgödsel anses vara idealisk eftersom den innehåller stora mängder mikroorganismer. Om det inte finns några kor på gården är det lämpligt att lägga till en del av gödseln för att fylla substratet med den önskade mikrofloran när du laddar bioreaktorn. Växtrester är förkrossade, späds med vatten. Bioreaktorn blandar växtmaterial och avföring. En sådan "fyllning" bearbetas längre, men vid utgången, med rätt läge, har vi det högsta produktutbytet.

Lokalisering

För att minimera kostnaderna för att organisera processen är det vettigt att lokalisera biogasanläggningen nära avfallskällan - nära byggnader där fjäderfä eller djur hålls. Det är önskvärt att utveckla konstruktionen så att belastningen sker genom tyngdkraften. Från ladan eller grisstugan kan du lägga en rörledning nedförsbacke genom vilken gödseln kommer att strömma genom tyngdkraften in i bunkeren. Detta underlättar i hög grad uppgiften att underhålla reaktorn och borttagning av gödsel också.

Det är mest tillrådligt att lokalisera biogasanläggningen så att avfall från gården kan strömma genom gravitation

Vanligtvis ligger byggnader med djur på något avstånd från en bostadsbyggnad. Därför måste den genererade gasen överföras till konsumenterna. Men att sträcka ett gasrör är billigare och enklare än att organisera en linje för transport och lastning av gödsel.

Bioreaktor

Ganska stränga krav ställs på tankar för bearbetning av gödsel:

• Det måste vara ogenomträngligt för vatten och gaser. Vattentätheten bör verka i båda riktningarna: vätskan från bioreaktorn bör inte förorena marken och grundvattnet bör inte ändra tillståndet för den jästa massan.
• Bioreaktorn måste ha hög styrka. Det måste motstå massan av ett halvflytande substrat, gastrycket inuti behållaren och det yttre marktrycket. I allmänhet bör man ägna särskild uppmärksamhet åt styrkan när man bygger en bioreaktor.
  

  För hemmabruk och säsongsproduktion av biobränsle (under den varma årstiden) i små volymer är en plasttank med lock lämplig

• Användbarhet. Mer bekvämt att använda cylindriska behållare - horisontellt eller vertikalt. I dem kan blandning organiseras genom hela volymen; stillastående zoner bildas inte i dem.Rektangulära behållare är lättare att implementera när man bygger med egna händer, men sprickor bildas ofta i hörnen i dem och substratet stagnerar där. Att blanda det i hörnen är mycket problematiskt.

Alla dessa krav för byggandet av en biogasanläggning måste uppfyllas, eftersom de säkerställer säkerhet och skapar normala förutsättningar för bearbetning av gödsel till biogas.

Vilka material kan göras

Motståndskraft mot aggressiva medier är huvudkravet för de material som behållaren kan tillverkas av. Substratet i bioreaktorn kan vara surt eller alkaliskt. Följaktligen måste materialet från vilket behållaren tillverkas tåla olika miljöer väl.

Inte många material svarar på dessa förfrågningar. Det första som kommer att tänka på är metall. Det är hållbart, du kan skapa en behållare av vilken form som helst. Vad som är bra är att du kan använda en färdig behållare - någon sorts gammal tank. I det här fallet tar byggandet av en biogasanläggning mycket kort tid. Brist på metall - det reagerar med kemiskt aktiva ämnen och börjar bryta ner. För att neutralisera detta minus täcks metallen med en skyddande beläggning.

Ett utmärkt alternativ är en polymerbioreaktorbehållare. Plasten är kemiskt neutral, ruttnar inte, rostar inte. Du behöver bara välja mellan material som tål frysning och uppvärmning till tillräckligt höga temperaturer. Reaktorns väggar bör vara tjocka, helst glasfiberförstärkta. Sådana behållare är inte billiga, men de tjänar länge.

Det är möjligt att bygga en bioreaktor för produktion av biogas från tegel, men den måste vara väl putsad med hjälp av tillsatser som ger hydro- och gasogenomtränglighet

Ett billigare alternativ är en biogasanläggning med en tank gjord av tegel, betongblock, sten. För att murverket ska klara höga belastningar är det nödvändigt att förstärka murverket (i varje 3-5 rader, beroende på väggtjocklek och material). Efter att väggmonteringsprocessen är klar, för att säkerställa vatten- och gasogenomtränglighet, är efterföljande flerlagers väggbearbetning nödvändig både från insidan och utsidan. Väggarna är putsade med en cement-sandig komposition med tillsatser (tillsatser) som ger de önskade egenskaperna.

Storlek på reaktor

Reaktorns volym beror på den valda temperaturen för bearbetning av gödsel till biogas. Oftast väljs mesofil - det är lättare att underhålla och det antar möjligheten till daglig ytterligare belastning av reaktorn. Produktionen av biogas efter att ha nått det normala läget (cirka 2 dagar) är stabilt, utan skurar och fel (när normala förhållanden skapas). I detta fall är det vettigt att beräkna biogasanläggningens volym beroende på mängden gödsel som genereras på gården per dag. Allt beräknas enkelt baserat på genomsnittsdata.

Sönderdelningen av gödsel vid mesofila temperaturer varar från 10 till 20 dagar. Följaktligen beräknas volymen genom att multiplicera med 10 eller 20. Vid beräkning är det nödvändigt att ta hänsyn till mängden vatten som behövs för att substratet ska bli idealiskt - dess fuktinnehåll bör vara 85-90%.Den hittade volymen ökas med 50%, eftersom den maximala belastningen inte bör överstiga 2/3 av tankens volym - gas bör ackumuleras under taket.

Till exempel har gården 5 kor, 10 grisar och 40 kycklingar. I huvudsak bildas 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. För att få hönsgödsel till 85% luftfuktighet måste du tillsätta lite mer än 5 liter vatten (detta är ytterligare 5 kg). Den totala vikten är 331,8 kg. För bearbetning på 20 dagar behöver du: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - cirka 7 kuber endast för underlaget. Vi multiplicerar den hittade siffran med 1,5 (ökar med 50%), vi får 10,5 kubikmeter. Detta blir det beräknade värdet på biogasanläggningsreaktorns volym.

Lasta och lasta av

Lastning och lossning av luckor leder direkt till bioreaktortanken. För att substratet ska vara jämnt fördelat över hela området är de tillverkade i motsatta ändar av behållaren.

Diagram över en biogasreaktor utan förvärmning

I fallet med en nedgrävd installation av en biogasanläggning närmar sig lastnings- och lossningsrören kroppen i en spetsig vinkel. Dessutom måste rörets nedre ände ligga under vätskenivån i reaktorn. Detta förhindrar att luft kommer in i behållaren. Dessutom installeras roterande eller avstängningsventiler på rören som är stängda i normalt läge. De öppnas endast under lastning eller lossning.

Eftersom gödseln kan innehålla stora fragment (skräp, grässtjälkar etc.) kommer rör med liten diameter ofta att täppas till. För lastning och lossning måste de därför vara 20-30 cm i diameter. De måste monteras innan arbetet med isoleringen av biogasanläggningen påbörjas, men efter att behållaren har installerats på plats.

Bioreaktorformer och alternativ för lastning och lossning av luckor

Det mest praktiska driftsättet för en biogasanläggning är med regelbunden på- och avlastning av underlaget. Denna operation kan utföras en gång om dagen eller en gång varannan dag. Gödsel och andra komponenter samlas i förväg i en lagringstank, där de förs till önskat tillstånd - de krossas, vid behov, fuktas och blandas. För enkelhets skull kan denna behållare utrustas med en mekanisk omrörare. Det förberedda substratet hälls i åtkomstluckan. Genom att placera uppsamlingsbehållaren i solen kommer substratet att förvärmas, vilket minskar kostnaden för att upprätthålla den önskade temperaturen.

Det är önskvärt att beräkna installationsdjupet för den mottagande behållaren så att avfallet rinner in i den genom gravitationen. Detsamma gäller urladdning i bioreaktorn. Det bästa fallet är om det förberedda substratet kommer att röra sig genom tyngdkraften. Och en spjäll stänger av den under förberedelsen.

Biogasanläggning med omrörare och uppvärmning

För att säkerställa tätheten av biogasanläggningen måste luckor på mottagningstratten och i lossningsområdet ha en tätande gummitätning. Ju mindre luft det finns i tanken, desto renare kommer utloppsgasen att vara.

Insamling och bortskaffande av biogas

Biogasen avlägsnas från reaktorn genom ett rör, vars ena ände ligger under taket, den andra sänks vanligtvis ned i en vattentätning. Detta är en behållare med vatten i vilken den resulterande biogasen släpps ut. Det finns ett andra rör i vattentätningen - det är över vätskenivån. Renare biogas går in i den. En gasavstängningsventil är installerad vid utloppet från deras bioreaktor. Det bästa alternativet är boll.

Vilka material kan användas för gastransmissionssystemet? Galvaniserade metallrör och gasrör från HDPE eller PPR. De måste säkerställa täthet, sömmar och fogar kontrolleras med tvålskum. Hela rörledningen är monterad av rör och rördelar med samma diameter. Inga sammandragningar eller förlängningar.

Rening från föroreningar

Den ungefärliga sammansättningen av den producerade biogasen är som följer:

Filter för rening av biogas från vätesulfid

För att ta bort vätesulfid används ett metallchipfilter.Du kan ladda gamla metallsvampar i behållaren. Rening sker på samma sätt: gas matas in i den nedre delen av en behållare fylld med metall. Passerar genom, det rengörs från vätesulfid, samlas i den övre fria delen av filtret, varifrån det släpps ut genom ett annat rör / slang.

Bensintank och kompressor

Den renade biogasen kommer in i en lagringstank - en gashållare. Det kan vara en förseglad plastpåse, plastbehållare. Huvudvillkoret är gastäthet, form och material spelar ingen roll. Biogaslagret lagras i gasolhållaren. Från det, med hjälp av en kompressor, levereras gas under ett visst tryck (inställd av kompressorn) till konsumenten - till gasspisen eller pannan. Denna gas kan också användas för att generera elektricitet med hjälp av en generator.

Ett av alternativen för bensintankar

För att skapa ett stabilt tryck i systemet efter kompressorn, är det lämpligt att installera en mottagare - en liten anordning för utjämning av trycksteg.

Blandningsenheter

För att biogasanläggningen ska fungera i normalt läge är det nödvändigt att regelbundet rör om vätskan i bioreaktorn. Denna enkla process löser många problem:

• blandar en ny del av lasten med en bakteriekoloni;
• främjar utsläpp av producerad gas;
• jämnar ut vätskans temperatur, exklusive varmare och kallare områden;
• bibehåller substratets enhetlighet och förhindrar att vissa beståndsdelar sedimenterar eller flyter.

Vanligtvis har en liten hemgjord biogasanläggning mekaniska omrörare som drivs av muskelkraft. I system med stor volym kan omrörarna drivas av motorer som slås på av en timer.

Typer av omrörare för bioreaktorer

Det andra sättet är att rör om vätskan och passera en del av den producerade gasen genom den. För att göra detta, efter att ha lämnat metatanken, placeras en tee och en del av gasen hälls i den nedre delen av reaktorn, där den kommer ut genom ett rör med hål. Denna del av gasen kan inte betraktas som en flödeshastighet, eftersom den fortfarande kommer in i systemet igen och som ett resultat hamnar i gasolhållaren.

Det tredje sättet att blanda är att pumpa substratet från botten med hjälp av fekala pumpar, häll ut det på toppen. Nackdelen med denna metod är beroende av tillgången på el.

Värmesystem och värmeisolering

Utan uppvärmning av den bearbetade uppslamningen kommer psykofila bakterier att föröka sig. Bearbetningsprocessen tar i detta fall 30 dagar och gasutbytet blir litet. På sommaren, i närvaro av värmeisolering och förvärmning av lasten, är det möjligt att nå temperaturer upp till 40 grader när utvecklingen av mesofila bakterier börjar, men på vintern är en sådan installation praktiskt taget inoperativ - processerna är mycket tröga. Vid temperaturer under + 5 ° C fryser de praktiskt taget.

Beroende på villkoren för bearbetning av gödsel till biogas på temperatur

Hur man värmer och var man ska placera

För bästa resultat, använd uppvärmning. Det mest rationella är vattenuppvärmning från pannan. Pannan kan fungera på el, fast eller flytande bränsle, den kan också startas på den producerade biogasen. Den maximala temperaturen till vilken vattnet måste värmas är + 60 ° C. Varmare rör kan få partiklar att fästa vid ytan, vilket resulterar i minskad värmeeffektivitet.

Du kan också använda direkt uppvärmning - sätt in värmeelement, men för det första är det svårt att organisera blandning, och för det andra kommer ett substrat att hålla fast vid ytan, vilket minskar värmeöverföringen, värmeelementen kommer snabbt att brinna ut

En biogasanläggning kan värmas upp med standardvärmestrålare, helt enkelt med rör tvinnade i en spole, svetsade register. Det är bättre att använda polymerrör - metallplast eller polypropen.Korrugerade rör av rostfritt stål är också lämpliga, de är lättare att lägga, särskilt i cylindriska vertikala bioreaktorer, men den korrugerade ytan framkallar vidhäftning av sediment, vilket inte är särskilt bra för värmeöverföring.

För att minska risken för att partiklar sätter sig på värmeelementen ligger de i blandningszonen. Endast i detta fall måste allt vara utformat så att mixern inte kan röra rören. Det verkar ofta som om det är bättre att placera värmare i botten, men praxis har visat att på grund av sediment i botten är sådan uppvärmning ineffektiv. Så det är mer rationellt att placera värmarna på biogasanläggningens väggar.

Metoder för uppvärmning av vatten

Enligt metoden för arrangemang av rör kan uppvärmningen vara extern eller intern. Vid intern installation är uppvärmning effektiv, men reparation och underhåll av värmare är omöjligt utan att systemet stängs av och pumpas ut. Därför ägnas särskild uppmärksamhet åt valet av material och kvaliteten på anslutningarna.

Uppvärmning ökar biogasanläggningens produktivitet och förkortar bearbetningstiden för råvaror

När värmare är placerade ute krävs mer värme (kostnaden för att värma upp innehållet i en biogasanläggning är mycket högre), eftersom mycket värme läggs på att värma väggarna. Men systemet är alltid tillgängligt för reparation och uppvärmningen är mer enhetlig eftersom miljön värms upp från väggarna. Ett annat plus med denna lösning är att omrörare inte kan skada värmesystemet.

Hur man isolerar

I botten av gropen hälls först ett utjämningsskikt av sand, sedan ett värmeisolerande skikt. Det kan vara lera blandat med halm och expanderad lera, slagg. Alla dessa komponenter kan blandas, kan stänkas i separata lager. De planas ut i horisonten, biogasanläggningens kapacitet installeras.

Bioreaktorns sidor kan isoleras med moderna material eller klassiska föråldrade metoder. Från de gammaldags metoderna - beläggning med lera och halm. Den appliceras i flera lager.

Moderna material används för att isolera bioreaktorer

Från moderna material kan du använda strängsprutat polystyrenskum med hög densitet, betongblock med låg densitet, skummat polyuretanskum... Det mest tekniskt avancerade i detta fall är polyuretanskum (PPU), men tjänsterna för dess tillämpning är inte billiga. Men resultatet är sömlös värmeisolering, vilket minimerar värmekostnaderna. Det finns ytterligare ett värmeisolerande material - skumglas. I plattor är det mycket dyrt, men dess strid eller smula kostar väldigt lite, och enligt dess egenskaper är det nästan perfekt: det absorberar inte fukt, är inte rädd för att frysa, det tål statiska belastningar väl, har låg värmeledningsförmåga.