Esquemas de producción para la producción de biogás. Biogás de producción propia Tipos de biogás

El biogás es un gas obtenido como resultado de la fermentación (fermentación) de sustancias orgánicas (por ejemplo: paja, malas hierbas, heces animales y humanas, basura, desechos orgánicos de aguas residuales domésticas e industriales, etc.) en condiciones anaeróbicas. La producción de biogás involucra diferentes tipos de microorganismos con un variado número de funciones catabólicas.

Composición del biogás.

El biogás consiste en más de la mitad de metano (CH 4). El metano constituye aproximadamente el 60% del biogás. Además, el biogás contiene dióxido de carbono (CO 2 ) alrededor del 35%, así como otros gases como vapor de agua, sulfuro de hidrógeno, monóxido de carbono, nitrógeno y otros. El biogás obtenido en diferentes condiciones es diferente en su composición. Por lo tanto, el biogás de los excrementos humanos, el estiércol y los desechos de la matanza contienen hasta un 70 % de metano, y los residuos vegetales, por regla general, alrededor de un 55 % de metano.

Microbiología del biogás.

La fermentación de biogás, dependiendo de la especie microbiana de bacterias involucradas, se puede dividir en tres etapas:

El primero se denomina inicio de la fermentación bacteriana. Varias bacterias orgánicas, al multiplicarse, secretan enzimas extracelulares, cuyo papel principal es la destrucción de compuestos orgánicos complejos con la formación de hidrólisis de sustancias simples. Por ejemplo, polisacáridos a monosacáridos; proteína en péptidos o aminoácidos; grasas en glicerol y ácidos grasos.

La segunda etapa se llama hidrógeno. El hidrógeno se forma como resultado de la actividad de las bacterias del ácido acético. Su función principal es descomponer bacterianamente el ácido acético para formar dióxido de carbono e hidrógeno.

La tercera etapa se llama metanogénica. Se trata de un tipo de bacterias conocidas como metanógenos. Su función es utilizar ácido acético, hidrógeno y dióxido de carbono para formar metano.

Clasificación y características de las materias primas para la fermentación de biogás.

Casi todos los materiales orgánicos naturales se pueden utilizar como materia prima para la fermentación de biogás. Las principales materias primas para la producción de biogás son las aguas residuales: alcantarillado; industrias alimentaria, farmacéutica y química. En las zonas rurales, son los residuos generados durante la cosecha. Debido a las diferencias en el origen, el proceso de formación, la composición química y la estructura del biogás también son diferentes.

Fuentes de materias primas para el biogás según el origen:

1. Materias primas agrícolas.

Estas materias primas se pueden dividir en materias primas ricas en nitrógeno y materias primas ricas en carbono.

Materias primas con alto contenido en nitrógeno:

heces humanas, estiércol de ganado, excrementos de aves. La relación carbono-nitrógeno es de 25:1 o menos. Dicha materia prima ha sido completamente digerida por el tracto gastrointestinal humano o animal. Por regla general, contiene una gran cantidad de compuestos de bajo peso molecular. El agua de dichas materias primas se transformó parcialmente y pasó a formar parte de compuestos de bajo peso molecular. Esta materia prima se caracteriza por una fácil y rápida descomposición anaeróbica en biogás. Así como un rico rendimiento de metano.

Materias primas con alto contenido en carbono:

paja y cáscara. La relación carbono-nitrógeno es de 40:1. Tiene un alto contenido en compuestos macromoleculares: celulosa, hemicelulosa, pectina, lignina, ceras vegetales. La descomposición anaeróbica es bastante lenta. Para aumentar la tasa de producción de gas, dichos materiales generalmente requieren un tratamiento previo antes de la fermentación.

2. Aguas residuales orgánicas urbanas.

Incluye desechos humanos, aguas residuales, desechos orgánicos, aguas residuales industriales orgánicas, lodos.

3. Plantas acuáticas.

Incluye jacinto de agua, otras plantas acuáticas y algas. La carga planificada estimada de las capacidades de producción se caracteriza por una alta dependencia de la energía solar. Tienen altos rendimientos. La organización tecnológica requiere un enfoque más cuidadoso. La descomposición anaeróbica es fácil. El ciclo del metano es corto. La peculiaridad de tales materias primas es que, sin pretratamiento, flota en el reactor. Para eliminar esto, la materia prima debe secarse ligeramente o pre-compostarse dentro de los 2 días.

Fuentes de materias primas para biogás en función de la humedad:

1. Materia prima sólida:

paja, residuos orgánicos con un contenido relativamente alto de materia seca. Su procesamiento se lleva a cabo según el método de fermentación seca. Surgen dificultades con la eliminación de una gran cantidad de depósitos sólidos del reactor. La cantidad total de materia prima utilizada se puede expresar como la suma del contenido de sólidos (TS) y la materia volátil (VS). Las sustancias volátiles se pueden convertir en metano. Para calcular las sustancias volátiles, se carga una muestra de materia prima en un horno de mufla a una temperatura de 530-570°C.

2. Materia prima líquida:

heces frescas, estiércol, excrementos. Contienen alrededor del 20% de materia seca. Además, requieren la adición de agua en una cantidad del 10% para mezclar con materias primas sólidas durante la fermentación seca.

3. Residuos orgánicos de humedad media:

bardos de la producción de alcohol, aguas residuales de las plantas de celulosa, etc. Dichas materias primas contienen diversas cantidades de proteínas, grasas y carbohidratos, y son una buena materia prima para la producción de biogás. Para esta materia prima se utilizan dispositivos del tipo UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - proceso anaeróbico ascendente).

Tabla 1. Información sobre el débito (tasa de formación) de biogás para las siguientes condiciones: 1) temperatura de fermentación 30°С; 2) fermentación periódica

Nombre del residuo fermentado	Caudal medio de biogás durante la producción normal de gas (m 3 /m 3 /d)	Producción de biogás, m 3 /Kg/TS	Caudal de biogás (en % de la producción total de biogás)
			0-15d	25-45d	45-75d	75-135d
estiércol seco	0,20	0,12	11	33,8	20,9	34,3
agua de la industria química	0,40	0,16	83	17	0	0
Rogulnik (chilim, castaña de agua)	0,38	0,20	23	45	32	0
ensalada de agua	0,40	0,20	23	62	15	0
estiércol de cerdo	0,30	0,22	20	31,8	26	22,2
Pasto seco	0,20	0,21	13	11	43	33
Sorbete	0,35	0,23	9	50	16	25
excremento humano	0,53	0,31	45	22	27,3	5,7

Cálculo del proceso de fermentación del metano (fermentación).

Los principios generales de los cálculos de ingeniería de fermentación se basan en aumentar la carga de materias primas orgánicas y reducir la duración del ciclo del metano.

Cálculo de materias primas por ciclo.

La carga de materias primas se caracteriza por: fracción de masa TS (%), fracción de masa VS (%), concentración DQO (DQO - demanda química de oxígeno, lo que significa DQO - indicador químico de oxígeno) (Kg / m 3). La concentración depende del tipo de dispositivos de fermentación. Por ejemplo, los reactores de aguas residuales industriales modernos son UASB (proceso anaeróbico aguas arriba). Para materias primas sólidas, se utilizan AF (filtros anaeróbicos), normalmente menos del 1%. Los desechos industriales como materia prima para el biogás suelen estar altamente concentrados y deben diluirse.

Cálculo de la velocidad de descarga.

Para determinar la cantidad diaria de carga del reactor: concentración DQO (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Estos indicadores son indicadores importantes para evaluar la eficacia del biogás. Es necesario esforzarse por limitar la carga y al mismo tiempo tener un alto nivel de producción de gas.

Cálculo de la relación entre el volumen del reactor y la salida de gas.

Este indicador es un indicador importante para evaluar la eficiencia del reactor. Medido en Kg/m 3 d.

Producción de biogás por unidad de masa de fermentación.

Este indicador caracteriza el estado actual de la producción de biogás. Por ejemplo, el volumen del colector de gas es de 3 m 3 . Se sirven 10 Kg/TS diarios. El rendimiento de biogás es 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Dependiendo de la situación, se puede utilizar la salida de gas teórica o la salida de gas real.

El rendimiento teórico de biogás está determinado por las fórmulas:

Producción de metano (E):

E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.

Producción de dióxido de carbono (D):

D = 0,37A + 0,49B + 0,36C. Donde A es el contenido de carbohidratos por gramo de material fermentado, B es proteína, C es contenido de grasa

volumen hidraulico.

Para aumentar la eficiencia, es necesario reducir el tiempo de fermentación. Hasta cierto punto, existe una asociación con la pérdida de microorganismos fermentadores. Actualmente, algunos reactores eficientes tienen un tiempo de fermentación de 12 días o incluso menos. El volumen hidráulico se calcula contando el volumen de carga diaria de materia prima desde el día en que comenzó la carga de materia prima y depende del tiempo de residencia en el reactor. Por ejemplo, se prevé una fermentación a 35ºC, una concentración de alimentación del 8% (TS total), un volumen de alimentación diario de 50 m 3 , un período de fermentación en reactor de 20 días. El volumen hidráulico será: 50 20 \u003d 100 m 3.

Eliminación de contaminantes orgánicos.

La producción de biogás, como cualquier producción bioquímica, tiene residuos. Los desechos de la producción bioquímica pueden dañar el medio ambiente en casos de eliminación incontrolada de desechos. Por ejemplo, caer al río de al lado. Las grandes plantas modernas de biogás producen miles e incluso decenas de miles de kilogramos de residuos al día. La composición cualitativa y las formas de eliminación de desechos de las grandes plantas de biogás están controladas por los laboratorios de las empresas y el servicio ambiental estatal. Las plantas de biogás de granjas pequeñas no tienen dicho control por dos razones: 1) dado que hay pocos desechos, habrá poco daño al medio ambiente. 2) La realización de un análisis cualitativo de residuos requiere equipos de laboratorio específicos y personal altamente especializado. Los pequeños agricultores no tienen esto, y las agencias gubernamentales consideran con razón que dicho control es inapropiado.

Un indicador del nivel de contaminación de los residuos de los reactores de biogás es el DQO (índice químico de oxígeno).

Se utiliza la siguiente relación matemática: Tasa de carga orgánica de DQO Kg/m 3 ·d= Concentración de carga de DQO (Kg/m 3 ) / tiempo de almacenamiento hidráulico (d).

Caudal de gas en el volumen del reactor (kg/(m 3 d)) = producción de biogás (m 3 /kg) / tasa de carga orgánica de DQO kg/(m 3 d).

Ventajas de las centrales eléctricas de biogás:

los desechos sólidos y líquidos tienen un olor específico que repele moscas y roedores;

la capacidad de producir un producto final útil: metano, que es un combustible limpio y conveniente;

en el proceso de fermentación mueren las semillas de malas hierbas y algunos de los patógenos;

durante el proceso de fermentación, el nitrógeno, el fósforo, el potasio y otros ingredientes del fertilizante se conservan casi por completo, parte del nitrógeno orgánico se convierte en nitrógeno amoniacal y esto aumenta su valor;

el residuo de la fermentación se puede utilizar como alimento para animales;

la fermentación de biogás no requiere el uso de oxígeno del aire;

El lodo anaeróbico se puede almacenar durante varios meses sin la adición de nutrientes, y luego, cuando se carga la materia prima, la fermentación puede comenzar de nuevo rápidamente.

Desventajas de las centrales eléctricas de biogás:

un dispositivo complejo y requiere inversiones relativamente grandes en construcción;

se requiere un alto nivel de construcción, gestión y mantenimiento;

la propagación anaeróbica inicial de la fermentación es lenta.

Características del proceso de fermentación de metano y control del proceso:

1. Temperatura de producción de biogás.

La temperatura para producir biogás puede estar en un rango de temperatura relativamente amplio de 4~65°C. Con el aumento de la temperatura, la tasa de producción de biogás aumenta, pero no linealmente. La temperatura de 40~55°C es una zona de transición para la actividad vital de varios microorganismos: bacterias termófilas y mesófilas. La tasa más alta de fermentación anaeróbica ocurre en un estrecho rango de temperatura de 50~55°C. A una temperatura de fermentación de 10 °C durante 90 días, la tasa de flujo de gas es del 59 %, pero la misma tasa de flujo a una temperatura de fermentación de 30 °C ocurre en 27 días.

Un cambio repentino de temperatura tendrá un impacto significativo en la producción de biogás. El proyecto de una planta de biogás debe prever necesariamente el control de un parámetro como la temperatura. Los cambios de temperatura de más de 5 °C reducen significativamente el rendimiento del reactor de biogás. Por ejemplo, si la temperatura en el reactor de biogás fue de 35 °C durante mucho tiempo y luego cayó inesperadamente a 20 °C, entonces la producción del reactor de biogás se detendría casi por completo.

2. Material de injerto.

Para completar la fermentación del metano, generalmente se requiere una cierta cantidad y tipo de microorganismos. El sedimento rico en microbios de metano se denomina sedimento de injerto. La fermentación de biogás está muy extendida en la naturaleza, y los lugares con material de inoculación también están muy extendidos. Estos son: lodos de depuradora, lodos, sedimentos de fondo de pozos de estiércol, lodos de depuradora diversos, residuos digestivos, etc. Debido a la abundante materia orgánica y las buenas condiciones anaeróbicas, forman ricas comunidades microbianas.

La siembra agregada por primera vez a un nuevo reactor de biogás puede reducir significativamente el período de estancamiento. En un reactor de biogás nuevo, es necesario alimentar manualmente con inóculo. Cuando se utilizan residuos industriales como materia prima, se presta especial atención a esto.

3. Ambiente anaeróbico.

El ambiente anaeróbico está determinado por el grado de anaerobicidad. Por lo general, el potencial redox suele denotarse por el valor de Eh. En condiciones anaeróbicas, Eh tiene un valor negativo. Para las bacterias anaerobias del metano, Eh se encuentra entre -300 ~ -350 mV. Algunas bacterias que producen ácidos facultativos pueden llevar una vida normal a Eh -100~+100mV.

Para garantizar las condiciones anaeróbicas, los reactores de biogás deben construirse herméticamente cerrados para garantizar la estanqueidad al agua y la ausencia de fugas. Para grandes reactores industriales de biogás, el valor de Eh siempre se controla. Para los reactores de biogás de granjas pequeñas, existe el problema de controlar este valor debido a la necesidad de comprar equipos costosos y complejos.

4. Control de la acidez del medio (pH) en el reactor de biogás.

Los metanógenos necesitan un rango de pH dentro de un rango muy estrecho. pH medio=7. La fermentación ocurre en el rango de pH de 6.8 a 7.5. El control de pH está disponible para reactores de biogás a pequeña escala. Para hacer esto, muchos agricultores usan tiras de papel indicador de tornasol desechables. En las grandes empresas, a menudo se utilizan dispositivos electrónicos de control de pH. En circunstancias normales, el equilibrio de la fermentación del metano es un proceso natural, generalmente sin ajuste de pH. Solo en algunos casos de mala gestión aparecen acumulaciones masivas de ácidos volátiles, disminución del pH.

Las medidas para mitigar los efectos del aumento de la acidez del pH son:

(1) Reemplazar parte del medio en el reactor de biogás y, por lo tanto, diluir el contenido de ácidos volátiles. Esto aumentará el pH.

(2) Agregue ceniza o amoníaco para elevar el pH.

(3) Ajustar el pH con cal. Esta medida es especialmente efectiva para casos de niveles ultra altos de acidez.

5. Mezcla del medio en un reactor de biogás.

En un tanque de fermentación convencional, la fermentación generalmente separa el medio en cuatro capas: corteza superior, sobrenadante, capa activa y capa de lodo.

Propósito de la mezcla:

1) reubicación de bacterias activas en una nueva porción de materias primas primarias, aumentando la superficie de contacto de microbios y materias primas para acelerar el ritmo de producción de biogás, aumentando la eficiencia del uso de materias primas.

2) evitar la formación de una gruesa capa de costra, que crea resistencia a la liberación de biogás. La mezcla es especialmente exigente para materias primas como: paja, malas hierbas, hojas, etc. En una gruesa capa de corteza, se crean las condiciones para la acumulación de ácido, lo cual es inaceptable.

Métodos de mezcla:

1) mezcla mecánica por ruedas de varios tipos instaladas dentro del espacio de trabajo del reactor de biogás.

2) mezcla con biogás tomado de la parte superior del biorreactor y alimentado a la parte inferior con exceso de presión.

3) agitación por bomba hidráulica circulante.

6. Relación de carbono a nitrógeno.

La fermentación eficiente es promovida solo por la proporción óptima de nutrientes. El indicador principal es la relación de carbono a nitrógeno (C:N). La relación óptima es 25:1. Numerosos estudios han demostrado que los límites de relación óptimos son 20-30:1, y la producción de biogás se reduce significativamente en una relación de 35:1. Los estudios experimentales han demostrado que la fermentación de biogás es posible en una proporción de carbono a nitrógeno de 6:1.

7. Presión.

Las bacterias del metano pueden adaptarse a altas presiones hidrostáticas (alrededor de 40 metros o más). Pero son muy sensibles a los cambios de presión y por eso es necesaria una presión estable (sin caídas repentinas de presión). Pueden ocurrir cambios de presión significativos en casos de: un aumento significativo en el consumo de biogás, una carga grande y relativamente rápida del biorreactor con materias primas primarias, o una descarga similar del reactor de los depósitos (limpieza).

Maneras de estabilizar la presión:

2) el suministro de materias primas primarias frescas y la limpieza deben realizarse simultáneamente y con la misma tasa de descarga;

3) la instalación de cubiertas flotantes en el reactor de biogás le permite mantener una presión relativamente estable.

8. Activadores e inhibidores.

Algunas sustancias, después de agregar una pequeña cantidad, mejoran el rendimiento del reactor de biogás, tales sustancias se conocen como activadores. Mientras que otras sustancias añadidas en pequeñas cantidades conducen a una inhibición significativa de los procesos en el reactor de biogás, dichas sustancias se denominan inhibidores.

Se conocen muchos tipos de activadores, incluidas algunas enzimas, sales inorgánicas, sustancias orgánicas e inorgánicas. Por ejemplo, agregar una cierta cantidad de la enzima celulasa facilita enormemente la producción de biogás. La adición de 5 mg/Kg de óxidos superiores (R 2 O 5) puede incrementar la producción de gas en un 17%. La tasa de flujo de biogás para materias primas primarias de paja y similares se puede aumentar significativamente mediante la adición de bicarbonato de amonio (NH 4 HCO 3). Los activadores también son carbón activado o turba. Introducir hidrógeno en el biorreactor puede aumentar drásticamente la producción de metano.

Los inhibidores se refieren principalmente a algunos de los compuestos de iones metálicos, sales, fungicidas.

Clasificación de los procesos de fermentación.

La fermentación del metano es estrictamente fermentación anaeróbica. Los procesos de fermentación se dividen en los siguientes tipos:

Clasificación por temperatura de fermentación.

Se puede dividir en fermentación a temperatura "natural" (fermentación a temperatura variable), en este caso la temperatura de fermentación es de aproximadamente 35 °C y el proceso de fermentación a alta temperatura (alrededor de 53 °C).

Clasificación por diferencialidad.

De acuerdo con la fermentación diferencial, se puede dividir en fermentación de una sola etapa, fermentación en dos etapas y fermentación en varias etapas.

1) Fermentación en una sola etapa.

Se refiere al tipo de fermentación más común. Esto se aplica a los dispositivos en los que la producción de ácidos y metano ocurre simultáneamente. La fermentación de una sola etapa puede ser menos eficiente en términos de DBO (Demanda Biológica de Oxígeno) que las fermentaciones de dos y múltiples etapas.

2) Fermentación en dos etapas.

Basado en la fermentación separada de ácidos y microorganismos metanogénicos. Estos dos tipos de microbios tienen diferente fisiología y requerimientos nutricionales, existen diferencias significativas en el crecimiento, características metabólicas y otros aspectos. La fermentación en dos etapas puede mejorar en gran medida el rendimiento de biogás y la descomposición de ácidos grasos volátiles, acortar el ciclo de fermentación, generar ahorros significativos en los costos operativos y eliminar de manera efectiva la contaminación orgánica de los desechos.

3) Fermentación en varias etapas.

Se utiliza para materias primas primarias ricas en celulosa en la siguiente secuencia:

(1) Producir la hidrólisis del material celulósico en presencia de ácidos y álcalis. Se produce glucosa.

(2) Aplicar el inóculo. Suele ser lodo activo o aguas residuales de un reactor de biogás.

(3) Crear condiciones adecuadas para la producción de bacterias ácidas (que producen ácidos volátiles): pH=5,7 (pero no más de 6,0), Eh=-240mV, temperatura 22°C. En esta etapa, se forman tales ácidos volátiles: acético, propiónico, butírico, isobutírico.

(4) Crear condiciones adecuadas para la producción de bacterias metano: pH=7.4-7.5, Eh=-330mV, temperatura 36-37°C

Clasificación por periodicidad.

La tecnología de fermentación se clasifica en fermentación por lotes, fermentación continua, fermentación semicontinua.

1) Fermentación periódica.

Las materias primas y el material de injerto se cargan en el reactor de biogás a la vez y se someten a fermentación. Este método se utiliza cuando existen dificultades e inconvenientes en la carga de materias primas primarias, así como en la descarga de residuos. Por ejemplo, paja no triturada o briquetas de gran tamaño de residuos orgánicos.

2) Fermentación continua.

Esto incluye casos en los que, varias veces al día, se cargan materias primas en el biorreactor y se eliminan los efluentes de fermentación.

3) Fermentación semicontinua.

Esto se aplica a los reactores de biogás, para los cuales se considera normal agregar diferentes materias primas de vez en cuando en cantidades desiguales. Este esquema tecnológico es el más utilizado por las pequeñas granjas en China y está asociado con las peculiaridades de la gestión agrícola. obras. Los reactores de biogás para fermentación semicontinua pueden tener varias diferencias de diseño. Estas estructuras se analizan a continuación.

Esquema No. 1. Reactor de biogás con tapa fija.

Características de diseño: combinación de una cámara de fermentación y una instalación de almacenamiento de biogás en un edificio: las materias primas fermentan en la parte inferior; el biogás se almacena en la parte superior.

Principio de operación:

El biogás emerge del líquido y se recoge bajo la cubierta del reactor de biogás en su cúpula. La presión del biogás se equilibra con el peso del líquido. Cuanto mayor es la presión del gas, más líquido sale de la cámara de fermentación. Cuanto más baja es la presión del gas, más líquido entra en la cámara de fermentación. Durante la operación de un reactor de biogás, siempre hay líquido y gas en su interior. Pero en diferentes proporciones.

Esquema No. 2. Reactor de biogás con tapa flotante.

Esquema No. 3. Reactor de biogás con tapa fija y tanque de gas externo.

Características de diseño: 1) en lugar de una cubierta flotante, tiene un tanque de gas construido por separado; 2) la presión de salida del biogás es constante.

Ventajas del Esquema No. 3: 1) ideal para la operación de quemadores de biogás que requieren estrictamente una cierta clasificación de presión; 2) con baja actividad de fermentación en el reactor de biogás, es posible proporcionar una presión de biogás alta y estable al consumidor.

Directrices para la construcción de un reactor de biogás doméstico.

GB/T 4750-2002 Reactores domésticos de biogás.

GB/T 4751-2002 Garantía de calidad de reactores domésticos de biogás.

GB/T 4752-2002 Normas para la construcción de reactores domésticos de biogás.

GB 175 -1999 Cemento Portland, cemento Portland ordinario.

GB 134-1999 Cemento de escoria Portland, cemento de toba volcánica y cemento de cenizas volantes.

GB 50203-1998 Construcción y aceptación de mampostería.

JGJ52-1992 Norma de Calidad para Concreto de Arena Ordinario. Métodos de prueba.

JGJ53-1992 Estándar de calidad para piedra triturada ordinaria o grava de hormigón. Métodos de prueba.

JGJ81 -1985 Características mecánicas del hormigón ordinario. Método de prueba.

JGJ/T 23-1992 Especificación técnica para el ensayo de resistencia a la compresión por rebote del hormigón.

JGJ70 -90 Mortero. Método de ensayo para características básicas.

GB 5101-1998 Ladrillos.

GB 50164-92 Control de calidad del hormigón.

Hermético.

El diseño del reactor de biogás proporciona una presión interna de 8000 (o 4000 Pa). El grado de fuga después de 24 horas es inferior al 3%.

Unidad de producción de biogás por volumen de reactor.

Para condiciones satisfactorias de producción de biogás, se considera normal cuando se producen 0,20-0,40 m 3 de biogás por metro cúbico de volumen del reactor.

El volumen normal de almacenamiento de gas es el 50% de la producción diaria de biogás.

Factor de seguridad no inferior a K=2,65.

La vida útil normal es de al menos 20 años.

Carga viva 2 kN/m 2 .

El valor de la capacidad portante de la estructura de cimentación es de al menos 50 kPa.

Los tanques de gas están diseñados para una presión de no más de 8000 Pa, y con una cubierta flotante para una presión de no más de 4000 Pa.

El límite máximo de presión para la piscina no es más de 12000 Pa.

El espesor mínimo del arco arqueado del reactor no es inferior a 250 mm.

La carga máxima del reactor es del 90% de su volumen.

El diseño del reactor prevé la presencia de un lugar debajo de la cubierta del reactor para la flotación de gas, que es el 50% de la producción diaria de biogás.

El volumen del reactor es de 6 m 3 , el caudal de gas es de 0,20 m 3 /m 3 /d.

Es posible construir reactores con un volumen de 4 m 3 , 8 m 3 , 10 m 3 según estos dibujos. Para ello, es necesario utilizar los valores dimensionales de corrección indicados en la tabla de los dibujos.

Preparativos para la construcción de un reactor de biogás.

La elección del tipo de reactor de biogás depende de la cantidad y características de la materia prima fermentada. Además, la elección depende de las condiciones hidrogeológicas y climáticas locales y del nivel de tecnología de construcción.

El reactor de biogás doméstico debe ubicarse cerca de baños y salas de ganado a una distancia de no más de 25 metros. La ubicación del reactor de biogás debe estar a favor del viento y soleada en un terreno sólido con un bajo nivel de agua subterránea.

Para seleccionar el diseño del reactor de biogás, utilice las siguientes tablas de consumo de materiales de construcción.

Tabla 3. Escala de material para reactor de biogás de panel de hormigón prefabricado

		Volumen del reactor, m 3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,828	2,148	2,508	2,956
	Cemento, kg	523	614	717	845
	Arena, m 3	0,725	0,852	0,995	1,172
	Grava, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553
	Volumen, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cemento, kg	158	197	222	265
	Arena, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
pasta de cemento	Cemento, kg	78	93	103	120
cantidad total de material	Cemento, kg	759	904	1042	1230
	Arena, m 3	1,096	1,313	1,514	1,792
	Grava, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553

Tabla4. Escala de materiales para reactores de biogás de hormigón prefabricado

		Volumen del reactor, m 3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,540	1,840	2,104	2,384
	Cemento, kg	471	561	691	789
	Arena, m 3	0,863	0,990	1,120	1,260
	Grava, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Enlucido del cuerpo prefabricado	Volumen, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cemento, kg	158	197	222	265
	Arena, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
pasta de cemento	Cemento, kg	78	93	103	120
cantidad total de material	Cemento, kg	707	851	1016	1174
	Arena, m 3	1,234	1,451	1,639	1,880
	Grava, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Materiales de acero	Barra de acero diámetro 12 mm, kg	14	18,98	20,98	23,00
	Refuerzo de acero diámetro 6,5 mm, kg	10	13,55	14,00	15,00

Tabla5. Escala de materiales para un reactor de biogás de hormigón colado

		Volumen del reactor, m 3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,257	1,635	2,017	2,239
	Cemento, kg	350	455	561	623
	Arena, m 3	0,622	0,809	0,997	1,107
	Grava, m 3	0,959	1,250	1,510	1,710
Enlucido del cuerpo prefabricado	Volumen, m 3	0,277	0,347	0,400	0,508
	Cemento, kg	113	142	163	208
	Arena, m 3	0,259	0,324	0,374	0,475
pasta de cemento	Cemento, kg	6	7	9	11
cantidad total de material	Cemento, kg	469	604	733	842
	Arena, m 3	0,881	1,133	1,371	1,582
	Grava, m 3	0,959	1,250	1,540	1,710

Tabla6. Símbolos en los dibujos.

Descripción	Designación en los dibujos.
Materiales:
Shtruba (trinchera en el suelo)
Símbolos:
Enlace al dibujo de la pieza. El número superior indica el número de pieza. El número inferior indica el número de dibujo con la descripción detallada de la pieza. Si se indica un signo "-" en lugar del número inferior, esto indica que en este dibujo se presenta una descripción detallada de la pieza.
Corte de detalle. Las líneas en negrita indican el plano del corte y la dirección de la vista, y los números indican el número de identificación del corte.
La flecha indica el radio. Los números después de la letra R indican el valor del radio.
Común:
En consecuencia, el semieje mayor y el eje corto del elipsoide
Largo

Diseños de reactores de biogás.

Peculiaridades:

El tipo de característica de diseño de la piscina principal.

El fondo tiene una pendiente desde la ventana de entrada hasta la ventana de salida. Esto asegura la formación de una corriente en movimiento constante. Los dibujos No. 1-9 muestran tres tipos de estructuras de reactores de biogás: tipo A, tipo B, tipo C.

Reactor de biogás tipo A: El arreglo más simple. La eliminación de la sustancia líquida se proporciona solo a través de la ventana de salida por la fuerza de presión del biogás dentro de la cámara de fermentación.

Reactor de biogás tipo B: La piscina principal está equipada con una tubería vertical en el centro, a través de la cual, durante la operación, se puede realizar el suministro o extracción de sustancia líquida, según la necesidad. Además, para formar un flujo de sustancia a través de una tubería vertical, este tipo de reactor de biogás tiene un deflector (deflector) reflectante en el fondo de la piscina principal.

Reactor de Biogás Tipo C: Tiene una estructura similar al reactor Tipo B. Sin embargo, está equipado con una bomba manual de pistón simple instalada en la tubería vertical central, así como otros deflectores en el fondo de la piscina principal. Estas características de diseño le permiten controlar de manera efectiva los parámetros de los principales procesos tecnológicos en el grupo principal debido a la simplicidad de las pruebas rápidas. Y también use el reactor de biogás como donante de bacterias de biogás. En un reactor de este tipo, la difusión (mezcla) del sustrato se produce de forma más completa, lo que a su vez aumenta el rendimiento de biogás.

Características de la fermentación:

El proceso consiste en la selección del material de injerto; preparación de materias primas primarias (ajuste de densidad con agua, ajuste de acidez, introducción de material de injerto); fermentación (control de mezcla de sustrato y temperatura).

Las heces humanas, el estiércol de ganado y los excrementos de aves se utilizan como material de fermentación. Con un proceso de digestión continuo, se crean condiciones relativamente estables para la operación eficiente de un reactor de biogás.

Criterios de diseño.

Cumplimiento del sistema "triuno" (biogás, baño, granero). El reactor de biogás es un tanque cilíndrico vertical. La altura de la parte cilíndrica es H=1 m. La parte superior del tanque tiene una bóveda de arco. La relación entre la altura de la bóveda y el diámetro de la parte cilíndrica f 1 /D=1/5. El fondo tiene una inclinación desde la ventana de entrada hasta la ventana de salida. Ángulo de inclinación 5 grados.

El diseño del tanque asegura condiciones de fermentación satisfactorias. El movimiento del sustrato se produce por gravedad. El sistema opera a plena capacidad del tanque y se autocontrola por el tiempo de residencia de las materias primas aumentando la producción de biogás. Los reactores de biogás tipo B y C tienen dispositivos adicionales para procesar el sustrato.

La carga del tanque con materias primas puede no ser completa. Esto reduce la capacidad de gas sin sacrificar la eficiencia.

Bajo costo, fácil operación, amplia distribución.

Descripción de los materiales de construcción.

El material de las paredes, fondo, arco del reactor de biogás es hormigón.

Las secciones cuadradas, como un canal de alimentación, se pueden hacer de ladrillo. Las estructuras de concreto se pueden hacer vertiendo una mezcla de concreto, pero se pueden hacer con elementos de concreto prefabricado (como: cubierta de la ventana de entrada, jaula de bacterias, tubería central). El tanque de bacterias tiene una sección transversal redonda y consta de una cáscara de huevo rota colocada en una trenza.

Secuencia de operaciones de construcción.

El método de fundición de encofrado es el siguiente. Sobre el terreno se está marcando el contorno del futuro reactor de biogás. Se elimina el suelo. El fondo se vierte primero. Se instala un encofrado en la parte inferior para verter hormigón alrededor del anillo. Los muros se vierten mediante encofrado y luego la bóveda de arco. El encofrado puede ser de acero, madera o ladrillo. El llenado se lleva a cabo de forma simétrica y se utilizan dispositivos de apisonamiento para mayor resistencia. El exceso de hormigón fluido se elimina con una espátula.

Planos de construcción.

La construcción se lleva a cabo de acuerdo con los dibujos No. 1-9.

Dibujo 1. Reactor de biogás de 6 m 3 . Escribe un:

Dibujo 2. Reactor de biogás de 6 m 3 . Escribe un:

La construcción de reactores de biogás a partir de losas de hormigón prefabricado es una tecnología de construcción más avanzada. Esta tecnología es más perfecta debido a la facilidad de implementación de la precisión dimensional, reduciendo el tiempo y el costo de construcción. La característica principal de la construcción es que los elementos principales del reactor (techo abovedado, paredes, canales, cubiertas) se fabrican lejos del sitio de instalación, luego se transportan al sitio de instalación y se ensamblan en el sitio en un gran foso. Al ensamblar un reactor de este tipo, la atención se centra en hacer coincidir la precisión de la instalación horizontal y verticalmente, así como la densidad de las juntas a tope.

Dibujo 13. Reactor de biogás de 6 m 3 . Detalles del reactor de biogás hecho de losas de hormigón armado:

Dibujo 14. Reactor de biogás de 6 m 3 . Elementos de montaje del reactor de biogás:

Dibujo 15. Reactor de biogás de 6 m 3 . Elementos de montaje del reactor de hormigón armado:

El biocombustible o biogás es una mezcla de varios gases, que se obtiene como resultado de la actividad de microorganismos especiales (bacterias y arqueas) que se alimentan de diversas materias orgánicas, incluido el estiércol.

Después de recibirlo, el estiércol o la cama se convierten en un fertilizante de alta calidad que contiene potasio, nitrógeno, fósforo y ácidos formadores de suelo.

Las ventajas de transformar el estiércol en biocombustible son obvias, estas son:

• reducir las emisiones de gases de efecto invernadero;
• reducir el consumo de combustibles no renovables;
• limpieza de excrementos de helmintos, así como de diversos patógenos;
• la posibilidad de reciclar los residuos de cocina.

Ya hemos hablado de otras formas de reciclar y procesar el estiércol en el artículo.

• sobre la tecnología de obtención de biogás a partir de estiércol;
• sobre qué acelera o ralentiza estos procesos, y también afecta la cantidad total de combustible;
• qué medidas de seguridad se deben tomar;
• ¿Cómo se utiliza el combustible refinado?
• ¿Qué tan rentable es la producción de biogás?

El estiércol, como la basura, no es solo excremento animal, sino también una sustancia muy compleja.

Eso lleno de varios microorganismos, que intervienen en muchos procesos químicos y físicos.

Mientras que en los intestinos procesan los alimentos, destruyen cadenas orgánicas complejas, convirtiéndolas en sustancias simples aptas para la absorción a través de las paredes intestinales.

Al mismo tiempo, el jugo gástrico y las sustancias secretadas por los intestinos corrigen el número y la actividad de los microorganismos.

Después de entrar en el biorreactor algunos de ellos comienzan a absorber intensamente oxígeno, liberando varios gases en el curso de su vida. Son ellos quienes descomponen compuestos orgánicos complejos, convirtiéndolos en sustancias adecuadas para alimentar a los microorganismos formadores de metano.

Este el proceso se llama hidrólisis o fermentación. Cuando el nivel de oxígeno cae a un valor crítico, estos microorganismos mueren y dejan de participar en los procesos en curso, y su trabajo lo realizan las arqueas anaeróbicas, es decir, no necesitan oxígeno.

La mayoría de la gente piensa microorganismos metanogénicos bacterias, entendiendo por esto su pequeño tamaño, pero los científicos las han atribuido recientemente (1990) a los metanógenos, es decir, a las arqueobacterias (arqueas) que se alimentan de hidrógeno y monóxido de carbono (monóxido de carbono).

Se diferencian de las bacterias en su estructura, pero son comparables a ellas en tamaño. Por eso, muchos fabricantes de fertilizantes las siguen llamando bacterias, porque al nivel del usuario medio de dispositivos biocombustibles, ambos nombres son igualmente correctos.

Microorganismos formadores de metano se alimentan de materia orgánica descompuesta, convirtiéndolo en sapropel (limo de fondo, constituido por una mezcla de sustancias orgánicas e inorgánicas, entre las que se encuentran los ácidos húmicos, que son la base orgánica del suelo) y agua con liberación de metano.

Dado que no solo los microorganismos formadores de metano están involucrados en el proceso de descomposición, el gas que emiten consiste no sólo en metano, sino que también incluye:

• dióxido de carbono;
• sulfuro de hidrógeno;
• nitrógeno;
• dispersión aire-agua.

Cuota cada gas depende del número y la actividad de los respectivos microorganismos que están influenciados por muchos factores.

Entre ellos:

• el tamaño de las fracciones sólidas del contenido del biorreactor;
• porcentaje de fracciones orgánicas líquidas/sólidas;
• composición inicial del material;
• temperatura;
• el balance de nutrientes adecuado para estos microorganismos en el momento actual.

La actividad de los microorganismos formadores de metano.

La actividad de todos los microorganismos involucrados en el proceso de producción de biocombustibles, depende directamente de la temperatura del medio, sin embargo, los microorganismos putrefactivos tienen la menor dependencia.

Aunque algunos de ellos también emiten metano, la cantidad total de este gas disminuye a medida que baja la temperatura, pero la cantidad de otros gases aumenta.

A una temperatura de 5 a 25 grados, solo actúan los metanógenos psicrófilos. con un rendimiento mínimo. Otros procesos también se ralentizan, pero las bacterias putrefactivas son bastante activas, por lo que la mezcla comienza a pudrirse bastante rápido, después de lo cual es difícil iniciar procesos de producción de metano en ella.

Calentamiento a temperatura 30–42 grados(proceso mesófilo) aumenta la actividad de los mesófilos los metanógenos, que no tienen un rendimiento muy alto, y sus principales competidores, las bacterias putrefactas, se sienten bastante cómodos.

A una temperatura 54–56 grados(proceso termofílico) entran en acción microorganismos termofílicos, que tienen la capacidad máxima de producir metano, lo que no solo aumenta el rendimiento de biogás, sino que también aumenta la proporción de metano en él.

Además, se reduce drásticamente la actividad de sus principales competidores, los microorganismos putrefactos, por lo que se reducen los costes de materia orgánica fraccionada para la producción de otros gases y lodos.

Cualquier metanógeno, además del gas, también emite energía térmica, pero efectivamente solo las bacterias mesófilas pueden mantener la temperatura a un nivel confortable. Los microorganismos termofílicos emiten menos energía, por lo tanto, para su existencia activa, el sustrato debe calentarse a la temperatura óptima.

¿Cómo aumentar la producción?

Dado que los productores de metano son los metanógenos, para aumentar la producción de gas es necesario crear las condiciones más cómodas para estos microorganismos.

Esto solo puede lograrse de manera integral, afectando todas las etapas desde la recolección y preparación del estiércol hasta la descarga de materiales de desecho y los métodos de purificación de gases.

Los metanógenos no pueden digerir eficazmente los fragmentos sólidos, por lo que el estiércol/la basura, así como otras sustancias orgánicas, como la hierba cortada y otras debe reducirse lo más posible.

Cuanto menor sea el tamaño de los fragmentos grandes, así como menor sea su porcentaje, más material puede ser procesado por las bacterias. Además, una cantidad suficiente de agua es muy importante, por lo que el estiércol o la cama deben diluirse con agua hasta obtener una consistencia determinada.

debe ser respetado equilibrio entre metanógenos y bacterias, descomponiendo la materia orgánica en componentes simples, especialmente descomponiendo las grasas.

Si hay un exceso de metanógenos, desarrollarán rápidamente los nutrientes disponibles, después de lo cual su productividad disminuirá drásticamente, pero aumentará la actividad de los microorganismos putrefactos, que procesan la materia orgánica en humus de una manera diferente.

Si hay un exceso de bacterias que descomponen la materia orgánica, la proporción de dióxido de carbono en el biogás aumentará considerablemente, por lo que después de limpiar el producto terminado será notablemente menor.

En estado estacionario, el contenido del biorreactor se estratifica por densidad, por lo que solo una parte de los microorganismos formadores de metano recibe una cantidad suficiente de nutrición, por lo tanto hay que remover de vez en cuando. cama / estiércol en un biorreactor.

El lodo resultante tiene una densidad mayor que la solución acuosa del estiércol, por lo que se deposita en el fondo, de donde debe retirarse para dar cabida a una nueva tanda de excrementos.

La purificación del producto terminado reduce el volumen de biogás, pero aumenta considerablemente su poder calorífico. Para no perder el biogás preparado, debe ser subir a repositorios preparados previamente(contenedores de gas), desde donde se suministrará a los consumidores.

Tecnología y equipo de producción.

Ciclo tecnológico cerrado, que implica el uso mínimo de energía externa, incluye:

• recolección y preparación de estiércol;
• carga y mantenimiento del biorreactor;
• descarga y eliminación de desechos;
• purificación de gases;
• generación de energía eléctrica y térmica.

Recogida y preparación de material.

Los excrementos recogidos en el receptor de estiércol contienen muchos fragmentos grandes, por lo que triturado con cualquier molinillo adecuado. A menudo, esta función la realiza una bomba que bombea el material al biorreactor.

Manualmente o utilizando sistemas automatizados, determine el nivel de humedad del producto y, si es necesario, agregue agua limpia y sin cloro.

Si se agrega masa verde (hierba cortada, etc.) a la materia prima para aumentar el volumen de biogás, entonces también se tritura previamente.

Triturado y, si es necesario, relleno de masa verde. el sustrato se filtra, luego se bombea a un contenedor ubicado cerca del biorreactor.

Contiene una solución lista para usar. calentado a la temperatura requerida(según el modo de fermentación) y después del llenado se vierte en un biorreactor, que está rodeado por todos lados por una camisa de agua.

Este método de calentamiento asegura la misma temperatura en todas las capas del contenido, y una parte del gas producido se utiliza para calentar el refrigerante (agua) (durante las primeras cargas, el refrigerante deberá calentarse a expensas de terceros). fuentes de energía del partido). Sin embargo, también son posibles otros métodos para calentar el contenido.

1-3 veces al día se mezclan los contenidos para evitar una fuerte estratificación y mejorar la eficiencia del procesamiento de estiércol a gas.

El gas producido por las bacterias se acumula en la parte superior del reactor, lo que crea una ligera presión positiva. Selección gas entrar en el tanque de gasolina periódicamente cuando se alcanza cierta presión o continuamente, en cuyo caso la cantidad de gas extraído se ajusta para mantener la presión requerida.

Drenaje y eliminación de desechos

El material completamente descompuesto, debido a su mayor densidad, se deposita en el fondo del reactor, y entre éste y la capa más activa aparece capa de liquido residual. Asi que antes de mezclar se elimina junto con parte del lodo, que luego se separan.

Ambos tipos de residuos son fuertes fertilizantes naturales- el líquido acelera el desarrollo de las plantas, y el limo mejora la estructura/calidad del suelo y contiene sustancias húmicas.

Por lo tanto, ambos tipos de residuos pueden venderse, así como utilizarse en sus propios campos. Si no está previsto que los residuos se dividan inmediatamente en fracciones, se deben mezclar periódicamente para que los lodos no se apelmacen, de lo contrario, será difícil eliminarlos durante el vaciado del contenedor.

Limpieza de gases

Para limpiar el biogás, se utilizan varias soluciones técnicas, cada una de las cuales tiene como objetivo eliminar una determinada sustancia de su composición. El agua se elimina por condensación., para lo cual el producto primero se calienta, luego se pasa a través de una tubería fría, en cuyas paredes se depositan gotas de agua.

sulfuro de hidrógeno y dióxido de carbono eliminado con adsorbentes a alta presión Una línea de purificación bien construida eleva el contenido de metano al 93-98%, lo que convierte al biogás en un combustible muy eficiente que puede competir con otros combustibles gaseosos.

Es imposible fabricar equipos de limpieza serios en el hogar, sin embargo, es posible pasar el producto terminado a través de agua a alta presión, por lo que el dióxido de carbono se convertirá en dióxido de carbono.

Al mismo tiempo, el agua debe cambiarse constantemente, porque su capacidad para absorber dióxido de carbono es limitada. El agua residual debe calentarse (se liberará dióxido de carbono), después de lo cual puede usarse nuevamente para la limpieza. Pero incluso de esta manera un químico experimentado debe limpiar el producto terminado, capaz de seleccionar la temperatura y la presión deseadas.

Generación de energía térmica y eléctrica

Debido a su alto poder calorífico, el biogás purificado es bien adecuado para alimentar generadores y varios dispositivos de calefacción.

Esto reduce el rendimiento del gas terminado, pero elimina la necesidad de fuentes de energía adicionales, excepto durante los primeros días, hasta que el biorreactor alcanza su capacidad máxima.

Para convertir motores de combustión interna a metano, es necesario establecer el ángulo de encendido correcto, porque el octanaje de este combustible es de 105-110 unidades. Esto se puede hacer tanto mecánicamente (girando el distribuidor) como cambiando el programa de la unidad de control electrónico.

Si el motor funcionará solo con metano, sin el uso de gasolina, entonces debe impulsarse aumentando la relación de compresión.

Esto no solo aumentará la eficiencia del motor, permitiéndole usar el gas con más cuidado, sino también hacer que el motor dure más, porque cuanto menor sea la relación de compresión, mayor será la temperatura en la cámara de combustión, lo que significa que mayor será la probabilidad de quemar pistones o válvulas.

Para convertir aparatos de calefacción a biogás, incluidas calderas de agua caliente, debe elegir el chorro del tamaño correcto para que la cantidad de calor producido corresponda al modo de funcionamiento. Esto es especialmente importante para los sistemas con control automático, que funcionan según un programa específico.

Volumen del biorreactor

El volumen del biorreactor se calcula en base al ciclo de procesamiento completo de la materia orgánica, el cual es para:

• proceso mesófilo 12–30 días;
• proceso termofílico 3-10 días.

Volumen del reactor definido de la siguiente manera- multiplique la producción diaria de estiércol, diluido al contenido de humedad requerido (90%), por el número máximo de días requeridos para la descomposición completa, luego el resultado aumenta en un 10–30%.

Tal aumento es necesario para crear el primer tanque de gas en el que se acumulará el gas generado.

Actuación

A pesar de que, bajo cualquier régimen de temperatura, el rendimiento total de gas es aproximadamente el mismo, existe una diferencia significativa: obtenerlo en 3-5 días con la máxima productividad o recolectarlo dentro de un mes.

Asi que la productividad solo se puede aumentar aumentando el volumen de material procesado, y por lo tanto el uso de un biorreactor más grande.

El cambio a un proceso termofílico permite aumentar la productividad incluso con una reducción del volumen del reactor, sin embargo, en este caso, los costos asociados con el calentamiento de la mezcla aumentan considerablemente.

Parámetros aproximados producción de biogás de diferentes tipos de estiércol / estiércol, así como otros materiales, consideraremos a continuación en tablas. Para convertir los valores indicados en toneladas de la mezcla terminada con un contenido de humedad del 90%, los datos de la segunda columna deben multiplicarse por 80–120.

Esta dispersión se debe a:

• características de la alimentación de animales o aves;
• material y disponibilidad de ropa de cama;
• eficiencia de molienda.

Residuos animales y avícolas

Tipo de materia prima	Salida de gas (m 3 por kg de materia seca)	Contenido de metano (%)
Estiércol de ganado	0,250 — 0,340	65
estiércol de cerdo	0,340 — 0,580	65-70
excrementos de aves	0,310-0,620	60
estiércol de caballo	0,200 — 0,300	56-60
estiércol de oveja	0,300 — 0,620	70

Desechos domésticos

Vegetación

Evaluación de la rentabilidad

Al evaluar la rentabilidad, es necesario tener en cuenta todo tipo de ingresos y gastos, incluidos los indirectos.

Por ejemplo, generación de energía para sus propias necesidades le permite negarse a comprarlo y, en algunos casos, también de invertir en comunicaciones, lo que puede atribuirse a ingresos indirectos.

Uno de los tipos de ingresos indirectos es sin reclamos de residentes de tierras adyacentes, causado por un olor desagradable que emite el estiércol vertido en montones. Después de todo, las leyes de la Federación Rusa garantizan a una persona el derecho a respirar aire limpio, por lo tanto, al presentar una solicitud ante el tribunal, dicho demandante bien puede ganar el proceso y obligar al fabricante de estiércol a eliminar el olor desagradable por su propia cuenta.

Verter estiércol o excrementos en montones no sólo estropea el aire, sino también representa una seria amenaza para el suelo y las aguas subterráneas. Una pila de materia orgánica que se pudre naturalmente aumenta drásticamente la acidez del suelo y extrae nitrógeno de él, por lo que incluso después de unos años es difícil cultivar algo en este lugar.

Cualquier excremento contiene helmintos y patógenos de diversas enfermedades, que, una vez en las aguas subterráneas, pueden penetrar en el suministro de agua o pozo, lo que supondrá una amenaza para los animales y las personas.

Por lo tanto, la posibilidad de reciclar desechos peligrosos en lodos y aguas industriales relativamente seguros puede atribuirse a ingresos indirectos muy importantes.

Los costos indirectos incluyen consumo de gas para generar electricidad y calentar el refrigerante. Además, la rentabilidad se ve afectada por la posibilidad de vender residuos de proceso, es decir, lodos secos o húmedos (lodos) y agua de proceso purificada saturada con diversos oligoelementos.

Mucho depende del tamaño de las inversiones de capital, porque puede comprar todo el equipo de una empresa conocida y a un precio bastante alto, o puede hacerlo usted mismo.

Igualmente importante es nivel de automatización, porque cuanto más alto es, menos trabajadores se necesitan, lo que significa que hay menos gastos en salarios y pago de impuestos por ellos.

Con la elección correcta del equipo y una organización competente de todo el proceso, la producción de biogás paga en unos años incluso sin la venta de biogás purificado.

Después de todo los ingresos pueden ser:

• una notable reducción de los costos asociados a la disposición de excretas;
• aumentar la fertilidad de la tierra mediante la fertilización con agua técnica y lodos;
• reducir el costo de compra de energía;
• reducir el costo de compra de fertilizantes.

Medidas de seguridad

La producción de biogás es un proceso muy peligroso, porque hay que trabajar con materiales tóxicos y explosivos. Por lo tanto, se deben tomar mayores medidas de seguridad en todas las etapas, desde el desarrollo de un proyecto de equipamiento hasta el transporte de gas purificado a los consumidores finales y la eliminación de desechos.

Por esta razón es mejor confiar el desarrollo de un proyecto de biorreactor y su fabricación a profesionales. Si tiene que hacerlo usted mismo, entonces es recomendable tomar como base los dispositivos disponibles comercialmente y verificar cuidadosamente su sellado.

Incluso una pequeña brecha o grieta en un reactor o tanque de gas provocará una fuga de aire y creará una alta probabilidad de formación de una mezcla explosiva de metano y oxígeno.

Además, el oxígeno ingerido afectará negativamente la actividad de los metanógenos, por lo que la producción diaria de metano disminuirá y, con una cantidad suficiente de oxígeno, se detendrá por completo. La fuga de metano o gas crudo en la habitación creará un peligro de envenenamiento y un alto riesgo de explosión.

La organización y ejecución técnica de todo el proceso debe cumplir plenamente con estos documentos.:

Pros y contras en comparación con otros combustibles

Para comparar diferentes tipos de combustible y, además, diferentes tipos de energía, es necesario determinar qué parámetros se van a comparar. Al mismo tiempo, es incorrecto comparar el costo, porque el precio normal del biogás solo se volverá después del período de recuperación.

También es incorrecto comparar por poder calorífico, porque el combustible con un poder calorífico más bajo no siempre es peor que un poder calorífico más alto.

Por ejemplo, la leña tiene un poder calorífico inferior al gasóleo, pero en muchos casos es un tipo de combustible más adecuado.

Asi que Puede comparar diferentes tipos de combustible y energía por tales parámetros, como:

1. Idoneidad para su uso en automóviles, generadores de energía y sistemas de calefacción (en puntos, 1 punto - apto para todos, 2 puntos - para algunos, 3 puntos - para cualquiera).
2. La necesidad de crear condiciones especiales para el almacenamiento (1 punto - posible en cualquier condición, 2 puntos - se necesitan contenedores especiales, 3 puntos - se requiere equipo adicional además de contenedores especiales, 4 puntos - el almacenamiento es imposible).
3. La dificultad de convertir equipos a otro combustible o energía (1 punto - modificaciones mínimas que incluso una persona sin experiencia puede hacer; 2 - modificaciones que son accesibles a un aficionado más o menos informado y que no requieren ningún equipo altamente especializado, 3 puntos - se requiere una modificación importante).
4. Impacto negativo en el medio ambiente (en puntos, 1 - el mínimo, 2 puntos - el promedio, 3 puntos - el máximo);
5. Es el combustible o la energía renovable (en puntos, 1 punto - completamente (por ejemplo, viento o luz solar); 2 puntos - condicionalmente, es decir, bajo ciertas condiciones, o después de alguna acción, 3 puntos - no).
6. ¿Depende del terreno, la estación y el clima (en puntos, 1 punto - no, 2 puntos - parcialmente, 3 puntos - depende de todo).

Nombre del combustible o energía	Parámetros para la comparación
	Posibilidades de uso	Almacenamiento	Equipo	Impacto en el medio ambiente	Renovabilidad	Dependencia de factores externos
Biogás purificado (contenido de metano 95-99%)	1	3	1–2	1	1	1
Propano	1	2–3	1–2	2	3	1
Gasolina	1	2	2	3	3	1
gasolina	3	2	3	3	3	1
combustible diesel	2	2	3	3	3	1
Leña	3	1	3	2	1	2
Carbón	3	1	3	2	3	2
Electricidad	1	4	3	1	2	1
Energía eólica	2	4	3	1–2	1	3
energía del sol	2	4	3	1	1	3
Energía del movimiento del agua (ríos)	2	4	3	1–2	1	3

Obtener permiso

A pesar de que el estiércol pertenece a la tercera clase de peligro, es decir, residuos moderadamente peligrosos, para su eliminación necesita obtener una licencia.

Pero esto se aplica solo a aquellos casos en los que se va a vender biogás o electricidad derivada del mismo.

Además, se requiere licencia si el digestor operará con materias primas compradas. Si el biogás resultante se utilizará solo para las necesidades de quien lo produce, entonces no hay necesidad de obtener una licencia.

Además, es necesario obtener un permiso de construcción, así como coordinar el proyecto con los siguientes departamentos:

• Rostechnadzor;
• Inspección de Incendios;
• Servicio de gas.

A veces los dueños de fincas pequeñas y no muy pequeñas descuidan las aprobaciones y permisos, porque construyen todo en su propio terreno y no venden los productos procesados ​​a nadie.

Tal posición está cargada de una multa grave, porque las plantas de biogás están clasificadas como industrias peligrosas, por lo que debe ser inscrito en el registro estatal instalaciones de producción peligrosas de Rostekhnadzor.

Además, tales objetos asegurar en caso de accidente, y antes del lanzamiento deben ser revisados ​​por especialistas de los departamentos correspondientes.

Sin embargo, los propietarios de pequeñas instalaciones domésticas descuidan el registro porque el costo de los permisos anula todos los beneficios de este método de eliminación de estiércol.

Sin embargo, lo hacen bajo su propio riesgo y riesgo, porque en caso de cualquier emergencia, no solo tendrán que pagar multas por la falta de información en el registro, sino que también serán responsables de todas las consecuencias.

Foros

Hemos preparado lista de foros de internet, donde los usuarios discuten diversos temas relacionados con la producción de biogás a partir de estiércol y los equipos necesarios para ello:

Videos relacionados

El video muestra todas las etapas del proceso de transformación del estiércol en biogás:

Conclusión

El biogás es un producto del estiércol y del procesamiento del estiércol, así como una buena alternativa a otros combustibles. A pesar de la necesidad de importantes inversiones de capital, así como de la emisión de numerosos permisos y aprobaciones, su producción permitirá eliminar de manera útil los desechos de animales y aves.

En contacto con

¡Buen día a todos! Esta publicación continúa con el tema de la energía alternativa para los suyos. En él, les hablaré sobre el biogás y su uso para calentar y cocinar en el hogar. Este tema es de mayor interés para los agricultores que tienen acceso a una variedad de materias primas para obtener este tipo de combustible. Primero entendamos qué es el biogás y de dónde viene.

¿De dónde viene el biogás y en qué consiste?

El biogás es un gas combustible que se produce como producto de la actividad vital de microorganismos en un medio nutritivo. Este medio nutritivo puede ser estiércol o ensilaje, que se coloca en un búnker especial. En este búnker, que se llama reactor, se forma biogás. En el interior del reactor se dispondrá de la siguiente manera:

Para acelerar el proceso de fermentación de la biomasa, es necesario calentarla. Para ello se puede utilizar una resistencia o un intercambiador de calor conectado a cualquier caldera de calefacción. No debemos olvidarnos de un buen aislamiento térmico para evitar gastos energéticos innecesarios en calefacción. Además de calentar, la masa de fermentación debe mezclarse. Sin esto, la eficiencia de la instalación puede reducirse significativamente. La agitación puede ser manual o mecánica. Todo depende del presupuesto o de los medios técnicos disponibles. ¡Lo más importante en un reactor es el volumen! Un reactor pequeño simplemente no es físicamente capaz de producir una gran cantidad de gas.

La composición química del gas depende en gran medida de los procesos que tienen lugar en el reactor. Muy a menudo, el proceso de fermentación de metano tiene lugar allí, como resultado de lo cual se forma un gas con un alto porcentaje de metano. Pero en lugar de la fermentación del metano, bien puede ocurrir un proceso con la formación de hidrógeno. Pero en mi opinión, el hidrógeno no es necesario para un consumidor común y quizás incluso peligroso. Recuerda al menos la muerte del dirigible Hindenburg. Ahora averigüemos de qué se puede obtener biogás.

¿De dónde se puede obtener biogás?

El gas se puede obtener de varios tipos de biomasa. Vamos a enumerarlos como una lista:

• Residuos de la producción de alimentos: pueden ser residuos del sacrificio de ganado o de la producción láctea. Residuos aptos de la producción de aceite de girasol o de algodón. Esta no es una lista completa, pero es suficiente para transmitir la esencia. Este tipo de materia prima da el mayor contenido de metano en gas (hasta un 85%).
• Cultivos: en algunos casos, se cultivan tipos especiales de plantas para producir gas. Por ejemplo, el maíz ensilado o las algas marinas son adecuados para esto. El porcentaje de metano en el gas se mantiene en torno al 70%.
• Estiércol: se usa con mayor frecuencia en grandes complejos ganaderos. El porcentaje de metano en el gas, cuando se utiliza estiércol como materia prima, no suele superar el 60%, y el resto será dióxido de carbono y bastante sulfuro de hidrógeno y amoníaco.

Diagrama de bloques de una planta de biogás.

Para comprender mejor cómo funciona una planta de biogás, observemos la siguiente figura:

El dispositivo del biorreactor se discutió anteriormente, por lo que no hablaremos de eso. Considere otros componentes de la instalación:

• El receptor de residuos es una especie de contenedor en el que entran las materias primas en una primera etapa. En él, las materias primas se pueden mezclar con agua y triturar.
• La bomba (después del receptor de residuos) es una bomba fecal, con la ayuda de la cual se bombea la biomasa al reactor.
• Caldera: una caldera de calefacción que utiliza cualquier combustible, diseñada para calentar la biomasa dentro del reactor.
• La bomba (junto a la caldera) es la bomba de circulación.
• "Fertilizantes": un recipiente en el que ingresan los lodos fermentados. Como se desprende claramente del contexto, se puede utilizar como fertilizante.
• Un filtro es un dispositivo en el que el biogás se pone en condiciones. El filtro elimina el exceso de impurezas de gases y humedad.
• Compresor - comprime el gas.
• El almacenamiento de gas es un tanque sellado en el que el gas listo para usar se puede almacenar durante un tiempo arbitrariamente largo.

Biogás para una casa particular.

Muchos propietarios de pequeñas explotaciones están pensando en utilizar biogás para necesidades domésticas. Pero habiendo descubierto con más detalle cómo funciona todo, la mayoría abandona esta idea. Esto se debe al hecho de que los equipos para procesar estiércol o ensilado cuestan mucho dinero y la producción de gas (dependiendo de la materia prima) puede resultar pequeña. Esto, a su vez, hace que la instalación de equipos no sea rentable. Por lo general, para las casas particulares de los agricultores, se instalan instalaciones primitivas que funcionan con estiércol. En la mayoría de los casos, solo pueden proporcionar gas a la cocina y una caldera de gas de pared de baja potencia. Al mismo tiempo, se deberá gastar mucha energía en el proceso tecnológico en sí mismo, para el funcionamiento de la calefacción, el bombeo y el compresor. Los filtros caros tampoco se pueden excluir de la vista.

En general, la moraleja aquí es esta: cuanto más grande es la instalación, más rentable es su trabajo. Y para las condiciones del hogar, esto es casi siempre imposible. Pero esto no quiere decir que nadie haga instalaciones a domicilio. Le sugiero que vea el siguiente video para ver cómo se ve a partir de materiales improvisados:

Resumen.

El biogás es una excelente manera de reciclar los desechos orgánicos de manera beneficiosa. El resultado es combustible y fertilizante útil en forma de lodos fermentados. Esta tecnología funciona tanto más eficientemente cuanto más materias primas se procesan. Las tecnologías modernas permiten aumentar considerablemente la producción de gas mediante el uso de catalizadores y microorganismos especiales. La principal desventaja de todo esto es el alto precio de un metro cúbico. A menudo será mucho más barato para la gente corriente comprar gas embotellado que construir una planta de tratamiento de residuos. Pero, por supuesto, hay excepciones a todas las reglas, por lo que antes de decidir cambiar a biogás, debe calcular el precio por metro cúbico y el período de recuperación. Eso es todo por ahora, escribe preguntas en los comentarios.

El aumento de los precios de la energía nos hace pensar en la posibilidad del autoabastecimiento. Una opción es una planta de biogás. Con su ayuda, se obtiene biogás del estiércol, la basura y los residuos vegetales que, después de la limpieza, se pueden usar para aparatos de gas (estufa, caldera), se bombean a cilindros y se usan como combustible para automóviles o generadores eléctricos. En general, el procesamiento del estiércol en biogás puede satisfacer todas las necesidades energéticas de una casa o granja.

Construir una planta de biogás es una forma de proporcionar recursos energéticos de forma independiente

Principios generales

El biogás es un producto que se obtiene de la descomposición de la materia orgánica. En el proceso de descomposición / fermentación, se liberan gases, al recolectarlos, puede satisfacer las necesidades de su propio hogar. El equipo en el que se lleva a cabo este proceso se denomina “planta de biogás”.

El proceso de formación de biogás ocurre debido a la actividad vital de varios tipos de bacterias que están contenidas en los desechos mismos. Pero para que "trabajen" activamente, necesitan crear ciertas condiciones: humedad y temperatura. Para crearlos, se está construyendo una planta de biogás. Este es un complejo de dispositivos, cuya base es un biorreactor, en el que se produce la descomposición de los desechos, que se acompaña de la formación de gas.

Hay tres modos de procesar el estiércol en biogás:

• Modo psicofílico. La temperatura en la planta de biogás es de +5°C a +20°C. En tales condiciones, el proceso de descomposición es lento, se forma mucho gas, su calidad es baja.
• mesofílico. La unidad entra en este modo a temperaturas de +30°C a +40°C. En este caso, las bacterias mesófilas se multiplican activamente. En este caso, se forma más gas, el proceso de procesamiento lleva menos tiempo, de 10 a 20 días.
• Termofílico. Estas bacterias se multiplican a temperaturas superiores a +50°C. El proceso es el más rápido (3-5 días), el rendimiento de gas es el mayor (en condiciones ideales, se pueden obtener hasta 4,5 litros de gas de 1 kg de entrega). La mayoría de las tablas de referencia para el rendimiento de gas del procesamiento se dan específicamente para este modo, por lo que cuando se usan otros modos, vale la pena hacer un ajuste hacia abajo.

Lo más difícil en las plantas de biogás es el régimen termofílico. Esto requiere un aislamiento térmico de alta calidad de una planta de biogás, calefacción y un sistema de control de temperatura. Pero a la salida obtenemos la máxima cantidad de biogás. Otra característica del procesamiento termofílico es la imposibilidad de recarga. Los dos modos restantes, psicofílico y mesófilo, le permiten agregar diariamente una porción fresca de materias primas preparadas. Pero, en el modo termofílico, un tiempo de procesamiento corto permite dividir el biorreactor en zonas en las que se procesará su parte de materias primas con diferentes tiempos de carga.

Esquema de una planta de biogás

La base de una planta de biogás es un biorreactor o búnker. El proceso de fermentación tiene lugar en él y el gas resultante se acumula en él. También hay un búnker de carga y descarga, el gas generado se descarga a través de una tubería insertada en la parte superior. Luego viene el sistema de refinación de gas: su limpieza y aumento de la presión en la tubería de gas al trabajo.

Para los regímenes mesófilos y termófilos, también se requiere un sistema de calentamiento del biorreactor para alcanzar los regímenes requeridos. Para ello se suelen utilizar calderas de gas. Desde allí, el sistema de tuberías va al biorreactor. Por lo general, se trata de tuberías de polímero, ya que toleran mejor estar en un entorno agresivo.

Otra planta de biogás necesita un sistema para mezclar la sustancia. Durante la fermentación, se forma una costra dura en la parte superior, las partículas pesadas se depositan. Todo esto en conjunto empeora el proceso de formación de gases. Para mantener un estado homogéneo de la masa procesada, son necesarios agitadores. Pueden ser mecánicos o incluso manuales. Se puede iniciar por temporizador o manualmente. Todo depende de cómo se haga la planta de biogás. Un sistema automatizado es más costoso de instalar, pero requiere un mínimo de atención durante la operación.

La planta de biogás por tipo de ubicación puede ser:

• Gastos generales.
• Semi-sumergido.
• Enterrado.

Más costoso de instalar enterrado: se requiere una gran cantidad de trabajo en tierra. Pero cuando operan en nuestras condiciones, son mejores: es más fácil organizar el aislamiento, menos costos de calefacción.

que se puede reciclar

Una planta de biogás es esencialmente omnívora: se puede procesar cualquier materia orgánica. Cualquier estiércol y orina, residuos de plantas son adecuados. Detergentes, antibióticos, productos químicos afectan negativamente el proceso. Es deseable minimizar su ingesta, ya que matan la flora que interviene en el procesamiento.

El estiércol de ganado se considera ideal, ya que contiene microorganismos en grandes cantidades. Si no hay vacas en la granja, al momento de cargar el biorreactor, es conveniente agregar algo de la yacija para poblar el sustrato con la microflora requerida. Los residuos vegetales se trituran previamente, se diluyen con agua. En el biorreactor se mezclan materias primas vegetales y excrementos. Tal "reabastecimiento" tarda más en procesarse, pero a la salida, con el modo correcto, tenemos el mayor rendimiento del producto.

Determinación de ubicación

Para minimizar el costo de organizar el proceso, tiene sentido ubicar una planta de biogás cerca de la fuente de desechos, cerca de edificios donde se crían aves o animales. Es deseable desarrollar un diseño para que la carga ocurra por gravedad. Desde un establo o pocilga, se puede colocar una tubería debajo de una pendiente, a través de la cual el estiércol fluirá por gravedad hacia el búnker. Esto simplifica enormemente la tarea de mantenimiento del reactor y también la limpieza del estiércol.

Lo más recomendable es ubicar la planta de biogás de manera que los residuos de la granja puedan fluir por gravedad

Por lo general, los edificios con animales se encuentran a cierta distancia de un edificio residencial. Por lo tanto, el gas generado deberá transferirse a los consumidores. Pero estirar una tubería de gas es más barato y más fácil que organizar una línea para transportar y cargar estiércol.

biorreactor

Se imponen requisitos bastante estrictos en el tanque de procesamiento de estiércol:

Se deben cumplir todos estos requisitos para la construcción de una planta de biogás, ya que garantizan la seguridad y crean condiciones normales para el procesamiento del estiércol en biogás.

Que materiales se pueden hacer

La resistencia a ambientes agresivos es el principal requisito para los materiales con los que se pueden fabricar los contenedores. El sustrato en el biorreactor puede ser ácido o alcalino. En consecuencia, el material del que está hecho el recipiente debe ser bien tolerado por varios medios.

No hay muchos materiales que respondan a estas solicitudes. Lo primero que viene a la mente es el metal. Es duradero, se puede usar para hacer un recipiente de cualquier forma. Lo bueno es que puedes usar un contenedor ya hecho, una especie de tanque viejo. En este caso, la construcción de una planta de biogás llevará muy poco tiempo. La falta de metal es que reacciona con sustancias químicamente activas y comienza a descomponerse. Para neutralizar este inconveniente, el metal se cubre con una capa protectora.

Una excelente opción es la capacidad de un biorreactor polimérico. El plástico es químicamente neutro, no se pudre, no se oxida. Solo es necesario elegir entre materiales que resistan la congelación y el calentamiento a temperaturas suficientemente altas. Las paredes del reactor deben ser gruesas, preferiblemente reforzadas con fibra de vidrio. Dichos contenedores no son baratos, pero duran mucho tiempo.

Una opción más económica es una planta de biogás con un tanque hecho de ladrillos, bloques de hormigón, piedra. Para que la mampostería soporte cargas elevadas, es necesario reforzar la mampostería (cada 3-5 filas, según el grosor de la pared y el material). Una vez finalizado el proceso de montaje de los muros, es necesario un posterior tratamiento multicapa de los muros, tanto en el interior como en el exterior, para garantizar la impermeabilidad al agua y al gas. Las paredes están enlucidas con una composición de cemento y arena con aditivos (aditivos) que brindan las propiedades requeridas.

Dimensionamiento de reactores

El volumen del reactor depende de la temperatura seleccionada para procesar el estiércol en biogás. En la mayoría de los casos, se elige mesófilo: es más fácil de mantener e implica la posibilidad de una carga adicional diaria del reactor. La producción de biogás después de alcanzar el modo normal (alrededor de 2 días) es estable, sin ráfagas ni caídas (cuando se crean las condiciones normales). En este caso, tiene sentido calcular el volumen de la planta de biogás en función de la cantidad de estiércol generada en la granja por día. Todo se calcula fácilmente en función de los datos promedio.

La descomposición del estiércol a temperaturas mesófilas toma de 10 a 20 días. En consecuencia, el volumen se calcula multiplicando por 10 o 20. Al calcular, es necesario tener en cuenta la cantidad de agua necesaria para llevar el sustrato a un estado ideal; su humedad debe ser del 85-90%. El volumen encontrado aumenta en un 50%, ya que la carga máxima no debe exceder los 2/3 del volumen del tanque; el gas debe acumularse debajo del techo.

Por ejemplo, la finca tiene 5 vacas, 10 cerdos y 40 gallinas. De hecho, se forman 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Para llevar el estiércol de pollo a un contenido de humedad del 85%, debe agregar un poco más de 5 litros de agua (otros 5 kg). La masa total es de 331,8 kg. Para procesar en 20 días es necesario: 331,8 kg * 20 \u003d 6636 kg, aproximadamente 7 cubos solo para el sustrato. Multiplicamos la cifra encontrada por 1,5 (aumento del 50%), obtenemos 10,5 metros cúbicos. Este será el valor calculado del volumen del reactor de la planta de biogás.

Las escotillas de carga y descarga conducen directamente al tanque del biorreactor. Para que el sustrato se distribuya uniformemente en toda el área, se hacen en los extremos opuestos del contenedor.

Con el método de instalación enterrada de la planta de biogás, las tuberías de carga y descarga se acercan al cuerpo en un ángulo agudo. Además, el extremo inferior de la tubería debe estar por debajo del nivel del líquido en el reactor. Esto evita que entre aire en el contenedor. Además, se instalan válvulas rotativas o de cierre en las tuberías, que están cerradas en la posición normal. Sólo están abiertas para carga o descarga.

Dado que el estiércol puede contener fragmentos grandes (elementos de cama, tallos de hierba, etc.), las tuberías de pequeño diámetro a menudo se obstruyen. Por lo tanto, para la carga y descarga, deben tener un diámetro de 20-30 cm y deben instalarse antes del inicio de los trabajos en el aislamiento de la planta de biogás, pero después de que se instale el contenedor.

El modo de operación más conveniente de una planta de biogás es con la carga y descarga regular del sustrato. Esta operación se puede realizar una vez al día o una vez cada dos días. El estiércol y otros componentes se recogen previamente en un tanque de almacenamiento, donde se llevan al estado requerido: triturados, si es necesario, humedecidos y mezclados. Por conveniencia, este recipiente puede tener un agitador mecánico. El sustrato preparado se vierte en la trampilla receptora. Si coloca el contenedor receptor al sol, el sustrato se precalentará, lo que reducirá el costo de mantener la temperatura requerida.

Es conveniente calcular la profundidad de instalación de la tolva receptora para que los residuos fluyan hacia ella por gravedad. Lo mismo se aplica a la descarga en el biorreactor. El mejor caso es si el sustrato preparado se mueve por gravedad. Y un amortiguador lo bloqueará durante la preparación.

Para garantizar la estanqueidad de la planta de biogás, las trampillas de la tolva de recepción y de la zona de descarga deben tener una junta de goma de estanqueidad. Cuanto menos aire haya en el tanque, más limpio estará el gas en la salida.

Recolección y eliminación de biogás

La eliminación de biogás del reactor se produce a través de una tubería, un extremo del cual está bajo el techo, el otro generalmente se baja a un sello de agua. Se trata de un recipiente con agua en el que se vierte el biogás resultante. Hay una segunda tubería en el sello de agua: está ubicada sobre el nivel del líquido. Sale más biogás puro. Se instala una válvula de cierre de gas a la salida de su biorreactor. La mejor opción es la pelota.

¿Qué materiales se pueden utilizar para el sistema de transmisión de gas? Tuberías de metal galvanizado y tuberías de gas de HDPE o PPR. Deben comprobar la estanqueidad, las costuras y las uniones con agua jabonosa. Toda la tubería se ensambla a partir de tuberías y accesorios del mismo diámetro. Sin contracciones ni expansiones.

Purificación de impurezas

La composición aproximada del biogás resultante es la siguiente:

• metano - hasta 60%;
• dióxido de carbono - 35%;
• otras sustancias gaseosas (incluido el sulfuro de hidrógeno, que le da al gas un olor desagradable): 5%.

Para que el biogás no tenga olor y se queme bien, es necesario eliminar el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno y el vapor de agua. El dióxido de carbono se elimina en un sello de agua si se agrega cal apagada al fondo de la instalación. Dicho marcador deberá cambiarse periódicamente (a medida que el gas comienza a arder peor, es hora de cambiarlo).

La deshidratación de gas se puede hacer de dos maneras: haciendo sellos hidráulicos en la tubería de gas, insertando secciones curvas debajo de los sellos hidráulicos en la tubería, en la que se acumulará el condensado. La desventaja de este método es la necesidad de vaciar regularmente el sello de agua; con una gran cantidad de agua recolectada, puede bloquear el paso del gas.

La segunda forma es poner un filtro con gel de sílice. El principio es el mismo que en el sello de agua: el gas se introduce en el gel de sílice y se seca debajo de la cubierta. Con este método de secado de biogás, el gel de sílice debe secarse periódicamente. Para hacer esto, debe calentarse durante un tiempo en el microondas. Se calienta, la humedad se evapora. Puedes quedarte dormido y volver a usarlo.

Para eliminar el sulfuro de hidrógeno, se utiliza un filtro cargado con virutas de metal. Puede cargar paños viejos de metal en el contenedor. La purificación ocurre exactamente de la misma manera: el gas se suministra a la parte inferior del recipiente lleno de metal. Al pasar, se limpia de sulfuro de hidrógeno, se recoge en la parte superior libre del filtro, desde donde se descarga a través de otro tubo/manguera.

Soporte de gas y compresor

El biogás purificado ingresa al tanque de almacenamiento - tanque de gas. Puede ser una bolsa de plástico sellada, un recipiente de plástico. La condición principal es la estanqueidad al gas, la forma y el material no importan. El biogás se almacena en el tanque de gas. Desde allí, con la ayuda de un compresor, el gas a una cierta presión (establecida por el compresor) ya se suministra al consumidor, a una estufa o caldera de gas. Este gas también se puede utilizar para generar electricidad mediante un generador.

Para crear una presión estable en el sistema después del compresor, es deseable instalar un receptor, un pequeño dispositivo para nivelar los picos de presión.

dispositivos de mezcla

Para que la planta de biogás funcione normalmente, es necesario mezclar regularmente el líquido en el biorreactor. Este sencillo proceso resuelve muchos problemas:

• mezcla una porción fresca de la carga con una colonia de bacterias;
• promueve la liberación del gas generado;
• iguala la temperatura del líquido, excluyendo las zonas más cálidas y más frías;
• mantiene la homogeneidad del sustrato, evitando el asentamiento o afloramiento de algunos constituyentes.

Por lo general, una pequeña planta de biogás casera tiene agitadores mecánicos que son impulsados ​​por la fuerza de los músculos. En sistemas con un gran volumen, los agitadores pueden ser accionados por motores que se encienden mediante un temporizador.

La segunda forma es mezclar el líquido haciéndolo pasar parte del gas generado. Para ello, tras salir del metatanque, se coloca una te y parte del gas se vierte en la parte inferior del reactor, de donde sale por un tubo con agujeros. Esta parte del gas no se puede considerar un consumo, ya que todavía vuelve a entrar en el sistema y, como consecuencia, acaba en el depósito de gasolina.

El tercer método de mezcla es bombear el sustrato desde la parte inferior con la ayuda de bombas fecales, verterlo en la parte superior. La desventaja de este método es la dependencia de la disponibilidad de electricidad.

Sistema de calefacción y aislamiento térmico.

Sin calentar la suspensión procesada, las bacterias psicofílicas se multiplicarán. El proceso de procesamiento en este caso tomará de 30 días y el rendimiento de gas será pequeño. En verano, en presencia de aislamiento térmico y precalentamiento de la carga, es posible alcanzar temperaturas de hasta 40 grados, cuando comienza el desarrollo de bacterias mesófilas, pero en invierno dicha instalación es prácticamente inoperable: los procesos son muy lentos. A temperaturas inferiores a +5°C, prácticamente se congelan.

Qué calentar y dónde colocar

El calor se utiliza para obtener mejores resultados. El más racional es el calentamiento de agua de la caldera. La caldera puede funcionar con electricidad, combustible sólido o líquido, también puede funcionar con el biogás generado. La temperatura máxima a la que se debe calentar el agua es de +60°C. Las tuberías más calientes pueden hacer que las partículas se adhieran a la superficie, lo que reduce la eficiencia del calentamiento.

También puede usar calentamiento directo: inserte elementos calefactores, pero en primer lugar, es difícil organizar la mezcla y, en segundo lugar, el sustrato se adherirá a la superficie, lo que reducirá la transferencia de calor y los elementos calefactores se quemarán rápidamente.

Una planta de biogás se puede calentar usando radiadores de calefacción estándar, simplemente tuberías retorcidas en una bobina, registros soldados. Es mejor usar tuberías de polímero: metal-plástico o polipropileno. Las tuberías de acero inoxidable corrugado también son adecuadas, son más fáciles de colocar, especialmente en biorreactores verticales cilíndricos, pero la superficie corrugada provoca la acumulación de sedimentos, lo que no es muy bueno para la transferencia de calor.

Para reducir la posibilidad de depósito de partículas en los elementos calefactores, se colocan en la zona de agitación. Solo en este caso es necesario diseñar todo para que el mezclador no pueda tocar las tuberías. A menudo parece que es mejor colocar los calentadores desde abajo, pero la práctica ha demostrado que, debido a los sedimentos en el fondo, dicho calentamiento es ineficiente. Por lo tanto, es más racional colocar los calentadores en las paredes del metatanque de la planta de biogás.

Métodos de calentamiento de agua

Según la ubicación de las tuberías, la calefacción puede ser externa o interna. Cuando se encuentra en el interior, la calefacción es eficiente, pero la reparación y el mantenimiento de los calentadores es imposible sin apagar y bombear el sistema. Por ello, se presta especial atención a la selección de materiales y la calidad de las conexiones.

La calefacción aumenta la productividad de la planta de biogás y reduce el tiempo de procesamiento de las materias primas

Cuando los calentadores están ubicados al aire libre, se requiere más calor (el costo de calentar el contenido de una planta de biogás es mucho mayor), ya que se gasta mucho calor en calentar las paredes. Pero el sistema siempre está disponible para su reparación y el calentamiento es más uniforme, ya que el medio se calienta desde las paredes. Otra ventaja de esta solución es que los agitadores no pueden dañar el sistema de calefacción.

como aislar

En el fondo del pozo, primero, se vierte una capa de nivelación de arena, luego una capa de aislamiento térmico. Puede ser arcilla mezclada con paja y arcilla expandida, escoria. Todos estos componentes se pueden mezclar, se pueden verter en capas separadas. Se nivelan en el horizonte, se instala la capacidad de la planta de biogás.

Los lados del biorreactor se pueden aislar con materiales modernos o con métodos clásicos a la antigua. De los métodos antiguos: recubrimiento con arcilla y paja. Se aplica en varias capas.

De los materiales modernos, puede utilizar espuma de poliestireno extruido de alta densidad, bloques de hormigón celular de baja densidad. La más avanzada tecnológicamente en este caso es la espuma de poliuretano (PPU), pero los servicios para su aplicación no son baratos. Pero resulta un aislamiento térmico sin costuras, lo que minimiza los costos de calefacción. Hay otro material aislante del calor: vidrio espumado. En placas es muy caro, pero su batalla o miga cuesta bastante, y en cuanto a características es casi perfecto: no absorbe humedad, no teme congelarse, tolera bien las cargas estáticas y tiene baja conductividad térmica .

El tema de la obtención de metano es de interés para aquellos propietarios de fincas privadas que crían aves o cerdos, y también crían ganado vacuno. Como regla general, tales granjas producen una cantidad significativa de desechos animales orgánicos, y son ellos quienes pueden generar beneficios considerables, convirtiéndose en una fuente de combustible barato. El propósito de este material es decirle cómo obtener biogás en el hogar utilizando estos mismos desechos.

Información general sobre el biogás

Derivado de diversos estiércol y excrementos de pájaros, el biogás doméstico consiste principalmente en metano. Allí es del 50 al 80%, dependiendo de qué productos de desecho se usaron para la producción. El mismo metano que se quema en nuestras estufas y calderas, y por el que a veces pagamos mucho dinero según las lecturas del medidor.

Para dar una idea de la cantidad de combustible que teóricamente se puede obtener manteniendo animales en casa o en el campo, presentamos una tabla con datos sobre el rendimiento del biogás y el contenido de metano puro en él:

Como puede verse en la tabla, para la producción eficiente de gas a partir de estiércol de vaca y residuos de ensilaje, se necesitará una gran cantidad de materias primas. Es más rentable extraer combustible del estiércol de cerdo y excrementos de pavo.

El resto de sustancias (25-45%) que componen el biogás doméstico son dióxido de carbono (hasta un 43%) y sulfuro de hidrógeno (1%). También en la composición del combustible hay nitrógeno, amoníaco y oxígeno, pero en pequeñas cantidades. Por cierto, es gracias a la liberación de sulfuro de hidrógeno y amoníaco que el estercolero emite un olor "agradable" tan familiar. En cuanto al contenido energético, 1 m3 de metano teóricamente puede liberar hasta 25 MJ (6,95 kW) de energía térmica durante la combustión. El calor específico de combustión del biogás depende de la proporción de metano en su composición.

Para referencia. En la práctica, se ha comprobado que para calentar una casa aislada ubicada en el carril central, se requieren alrededor de 45 m3 de combustible biológico por 1 m2 de área por temporada de calefacción.

Por naturaleza, está dispuesto de tal manera que el biogás del estiércol se forma de forma espontánea e independientemente de si queremos recibirlo o no. El montón de estiércol se pudre en un año, un año y medio, simplemente estando al aire libre e incluso a temperaturas bajo cero. Todo este tiempo emite biogás, pero solo en pequeñas cantidades, ya que el proceso se alarga en el tiempo. La razón son cientos de especies de microorganismos que se encuentran en los excrementos de los animales. Es decir, no se necesita nada para comenzar a gasear, ocurrirá por sí solo. Pero para optimizar el proceso y acelerarlo, se requerirá un equipo especial, que se discutirá más adelante.

Tecnología de biogás

La esencia de la producción eficiente es la aceleración del proceso natural de descomposición de las materias primas orgánicas. Para hacer esto, las bacterias que contiene necesitan crear las mejores condiciones para la reproducción y el procesamiento de los desechos. Y la primera condición es colocar la materia prima en un recipiente cerrado, un reactor, de lo contrario, un generador de biogás. El residuo se tritura y se mezcla en el reactor con la cantidad calculada de agua pura hasta obtener el sustrato inicial.

Nota. El agua limpia es necesaria para que las sustancias que afectan negativamente la actividad vital de las bacterias no entren en el sustrato. Como resultado, el proceso de fermentación puede ralentizarse considerablemente.

La planta industrial para la producción de biogás está equipada con calefacción de sustrato, instalaciones de mezcla y control de la acidez del medio. La agitación se realiza para eliminar la costra dura de la superficie, que se produce durante la fermentación e interfiere con la liberación de biogás. La duración del proceso tecnológico es de al menos 15 días, tiempo durante el cual el grado de descomposición alcanza el 25%. Se cree que el máximo rendimiento de combustible se produce hasta un 33% de descomposición de la biomasa.

La tecnología prevé la renovación diaria del sustrato, asegurando así una producción intensiva de gas a partir del estiércol, en instalaciones industriales asciende a cientos de metros cúbicos por día. Parte de la masa gastada en una cantidad de aproximadamente el 5% del volumen total se retira del reactor, y en su lugar se carga la misma cantidad de materias primas biológicas frescas. El material de desecho se utiliza como abono orgánico para los campos.

Esquema de una planta de biogás

Al obtener biogás en el hogar, es imposible crear condiciones tan favorables para los microorganismos como en la producción industrial. Y antes que nada, esta declaración se refiere a la organización del calentamiento del generador. Como saben, esto requiere energía, lo que conduce a un aumento significativo en el costo del combustible. Es bastante posible controlar el cumplimiento del ambiente ligeramente alcalino inherente al proceso de fermentación. Pero, ¿cómo corregirlo en caso de desviaciones? De nuevo cuesta.

Se recomienda a los propietarios de hogares privados que deseen producir biogás con sus propias manos que fabriquen un reactor de diseño simple con los materiales disponibles y luego lo actualicen lo mejor que puedan. Lo que hay que hacer:

• un recipiente herméticamente cerrado con un volumen de al menos 1 m3. También son adecuados diferentes tanques y barriles de tamaños pequeños, pero se liberará poco combustible debido a la cantidad insuficiente de materias primas. Tales volúmenes de producción no le convienen;
• Al organizar la producción de biogás en el hogar, es poco probable que comience a calentar el tanque, pero es necesario aislarlo. Otra opción es enterrar el reactor en el suelo aislando térmicamente la parte superior;
• instale un agitador manual de cualquier diseño en el reactor, tirando de la manija a través de la tapa superior. El conjunto de pasaje de la manija debe ser hermético;
• proporcionar boquillas para el suministro y descarga del sustrato, así como para el muestreo de biogás.

A continuación se muestra un diagrama de una planta de biogás ubicada debajo del nivel del suelo:

1 - generador de combustible (tanque de metal, plástico u hormigón); 2 - búnker para verter el sustrato; 3 - escotilla técnica; 4 - un recipiente que desempeña el papel de un sello de agua; 5 - tubería de derivación para descargar desechos; 6 – tubería de muestreo de biogás.

¿Cómo conseguir biogás en casa?

La primera operación es la trituración de los residuos a una fracción cuyo tamaño no supere los 10 mm. Por lo tanto, es mucho más fácil preparar el sustrato y será más fácil para las bacterias procesar las materias primas. La masa resultante se mezcla completamente con agua, su cantidad es de aproximadamente 0,7 l por 1 kg de materia orgánica. Como se mencionó anteriormente, solo se debe usar agua limpia. Luego, el sustrato se llena con una planta de biogás de bricolaje, después de lo cual el reactor se sella herméticamente.

Varias veces durante el día, debe visitar el recipiente para mezclar el contenido. El quinto día, puede verificar la presencia de gas y, si aparece, bombearlo periódicamente con un compresor en un cilindro. Si esto no se hace a tiempo, la presión dentro del reactor aumentará y la fermentación se ralentizará o incluso se detendrá por completo. A los 15 días es necesario descargar parte del sustrato y añadir la misma cantidad de nuevo. Los detalles se pueden encontrar viendo el video:

Conclusión

Es probable que una simple planta de biogás no satisfaga todas sus necesidades. Pero, dado el costo actual de los recursos energéticos, esto ya será una ayuda considerable en el hogar, porque no tiene que pagar por las materias primas. Con el tiempo, estrechamente involucrado en la producción, podrá captar todas las funciones y realizar las mejoras necesarias en la instalación.