Biogāzes ražošana un aprēķins. Biogāze. Ražošanas tehnoloģija Rūpnīcas, kas labāk izdala biogāzi

Viens no lauksaimniecībā risināmajiem uzdevumiem ir kūtsmēslu un augu atkritumu iznīcināšana. Un šī ir diezgan nopietna problēma, kurai nepieciešama pastāvīga uzmanība. Pārstrāde prasa ne tikai laiku un pūles, bet arī pienācīgu daudzumu. Mūsdienās ir vismaz viens veids, kā pārvērst šīs galvassāpes par ienākumu posteni: kūtsmēslu pārstrāde biogāzē. Tehnoloģijas pamatā ir dabisks kūtsmēslu un augu atlieku sadalīšanās process tajos esošo baktēriju dēļ. Viss uzdevums ir radīt īpašus apstākļus vispilnīgākajai sadalīšanai. Šie apstākļi ir skābekļa pieejamības trūkums un optimālā temperatūra (40-50 o C).

Visi zina, kā kūtsmēslus visbiežāk izmet: sakrauj kaudzēs, tad pēc raudzēšanas izved uz laukiem. Šajā gadījumā iegūtā gāze tiek izlaista atmosfērā, un tur aizlido arī 40% no sākotnējā vielā esošā slāpekļa un lielākā daļa fosfora. Iegūtais mēslojums nebūt nav ideāls.

Lai iegūtu biogāzi, nepieciešams, lai kūtsmēslu sadalīšanās process notiktu bez skābekļa pieejamības, slēgtā tilpumā. Šajā gadījumā gan slāpeklis, gan fosfors paliek atlikuma produktā, un gāze uzkrājas tvertnes augšējā daļā, no kurienes to var viegli izsūknēt. Tiek iegūti divi peļņas avoti: tieša gāze un efektīvais mēslojums. Turklāt mēslojums ir augstākās kvalitātes un 99% drošs: lielākā daļa patogēnu un helmintu oliņu iet bojā, kūtsmēslos esošās nezāļu sēklas zaudē dīgtspēju. Ir pat līnijas šo atlikumu iepakošanai.

Otrs priekšnoteikums kūtsmēslu pārstrādes procesam biogāzē ir optimālas temperatūras uzturēšana. Biomasā esošās baktērijas zemā temperatūrā ir neaktīvas. Tie sāk darboties pie apkārtējās vides temperatūras +30 o C. Turklāt kūtsmēslos ir divu veidu baktērijas:

Visefektīvākās ir termofīlās iekārtas ar temperatūru no +43 o C līdz +52 o C: tajos kūtsmēslus apstrādā 3 dienas, no 1 litra bioreaktora lietderīgās platības iegūst līdz 4,5 litriem biogāzes (tā ir maksimālā jauda) . Bet +50 o C temperatūras uzturēšana prasa ievērojamas enerģijas izmaksas, kas nav izdevīgi katrā klimatā. Tāpēc biežāk biogāzes stacijas darbojas mezofilā temperatūrā. Šajā gadījumā apstrādes laiks var būt 12-30 dienas, iznākums ir aptuveni 2 litri biogāzes uz 1 litru bioreaktora tilpuma.

Gāzes sastāvs mainās atkarībā no izejvielas un apstrādes apstākļiem, bet aptuveni tas ir šāds: metāns - 50-70%, oglekļa dioksīds - 30-50%, kā arī satur nelielu daudzumu sērūdeņraža (mazāk par 1%). ) un ļoti neliels daudzums amonjaka, ūdeņraža un slāpekļa savienojumu. Atkarībā no iekārtas konstrukcijas, biogāze var saturēt ievērojamu daudzumu ūdens tvaiku, kam būs nepieciešama dehidratācija (pretējā gadījumā tā vienkārši nedeg). Kā izskatās rūpnieciskā instalācija, parādīts video.

Var teikt, vesela gāzes ražotne. Bet privātam pagalmam vai nelielai saimniecībai šādi apjomi ir bezjēdzīgi. Vienkāršāko biogāzes iekārtu ir viegli izdarīt ar savām rokām. Bet jautājums ir: "Kur tālāk sūtīt biogāzi?" Iegūtās gāzes siltumspēja ir no 5340 kcal / m3 līdz 6230 kcal / m3 (6,21 - 7,24 kWh / m3). Tāpēc to var piegādāt gāzes katlam siltuma (apkures un karstā ūdens) ģenerēšanai, vai elektroenerģijas ražošanas stacijai, gāzes plītij u.c. Tā biogāzes stacijas projektētājs Vladimirs Rašins izmanto kūtsmēslus no savas paipalu audzētavas.

Izrādās, ka, turot vismaz nedaudz vairāk vai mazāk pieklājīgu mājlopu un mājputnu daudzumu, jūs varat pilnībā apmierināt savas mājsaimniecības vajadzības pēc siltuma, gāzes un elektrības. Un, ja automašīnās uzstādāt gāzes iekārtas, tad degvielu autoparkam. Ņemot vērā, ka enerģijas daļa ražošanas izmaksās ir 70–80%, jūs varat ietaupīt tikai uz bioreaktoru un pēc tam nopelnīt daudz naudas. Zemāk redzams biogāzes stacijas rentabilitātes ekonomiskā aprēķina ekrānuzņēmums mazai saimniecībai (uz 2014. gada septembri). Ekonomiku nevar saukt par mazu, bet tā noteikti nav arī liela. Atvainojamies par terminoloģiju – tāds ir autora stils.

Tas ir aptuvens nepieciešamo izmaksu un iespējamo ienākumu sadalījums Paštaisīto biogāzes staciju shēmas

Paštaisīto biogāzes staciju shēmas

Vienkāršākā biogāzes stacijas shēma ir noslēgts konteiners - bioreaktors, kurā ielej sagatavoto vircu. Attiecīgi ir lūka kūtsmēslu iekraušanai un lūka apstrādāto izejvielu izkraušanai.

Vienkāršākā biogāzes stacijas shēma bez "zvaniņiem un svilpieniem"

Tvertne nav pilnībā piepildīta ar substrātu: 10-15% no tilpuma jāpaliek brīvai, lai savāktu gāzi. Tvertnes vākā ir iebūvēta gāzes caurule. Tā kā iegūtā gāze satur diezgan lielu ūdens tvaiku daudzumu, tā šādā formā nedeg. Tāpēc ir nepieciešams to izlaist caur ūdens blīvējumu drenāžai. Šajā vienkāršajā ierīcē lielākā daļa ūdens tvaiku kondensēsies, un gāze jau labi sadegs. Pēc tam gāzi vēlams attīrīt no nedegoša sērūdeņraža, un tikai tad to var ievadīt gāzes turētājā - tvertnē gāzes savākšanai. Un no turienes jau ir iespējams audzēt līdz patērētājiem: barot to katlā vai gāzes plītī. Kā ar savām rokām izgatavot filtrus biogāzes stacijai, skatiet videoklipu.

Uz virsmas tiek novietotas lielas rūpnieciskās iekārtas. Un tas principā ir saprotams - zemes darbu apjoms ir pārāk liels. Bet mazajās saimniecībās bunkura bļoda tiek aprakta zemē. Tas, pirmkārt, ļauj samazināt nepieciešamās temperatūras uzturēšanas izmaksas, un, otrkārt, privātā pagalmā ierīču jau ir pietiekami daudz.

Tvertni var ņemt gatavu, vai arī izraktā bedrē izgatavot no ķieģeļiem, betona utt. Bet šajā gadījumā būs jārūpējas par gaisa necaurlaidību un šķēršļiem: process ir anaerobs - bez gaisa piekļuves, tāpēc nepieciešams izveidot skābekli necaurlaidīgu slāni. Konstrukcija izrādās daudzslāņu, un šāda bunkura izgatavošana ir ilgs un dārgs process. Tāpēc gatavo konteineru ir lētāk un vieglāk aprakt. Iepriekš tās noteikti bija metāla mucas, bieži vien no nerūsējošā tērauda. Šodien, kad tirgū parādījās PVC konteineri, jūs varat tos izmantot. Tie ir ķīmiski neitrāli, tiem ir zema siltumvadītspēja, ilgs kalpošanas laiks, un tie ir vairākas reizes lētāki nekā nerūsējošais tērauds.

Bet iepriekš aprakstītajai biogāzes stacijai būs zema produktivitāte. Lai aktivizētu apstrādes procesu, ir nepieciešama aktīva masas sajaukšana tvertnē. Pretējā gadījumā uz virsmas vai pamatnes biezumā veidojas garoza, kas palēnina sadalīšanās procesu, un izejā tiek iegūts mazāk gāzes. Sajaukšana tiek veikta jebkurā pieejamā veidā. Piemēram, kā parādīts video. Šajā gadījumā var izgatavot jebkuru disku.

Ir vēl viens slāņu sajaukšanas veids, bet nemehānisks - barbitācija: zem spiediena saražotā gāze tiek ievadīta kūtsmēslu tvertnes apakšējā daļā. Paceļoties augšā, gāzes burbuļi salauzīs garozu. Tā kā tiek piegādāta viena un tā pati biogāze, pārstrādes nosacījumi nemainīsies. Arī šo gāzi nevar uzskatīt par izdevumiem – tā atkal iekritīs gāzes tvertnē.

Kā minēts iepriekš, labas darbības nodrošināšanai ir nepieciešama augsta temperatūra. Lai netērētu pārāk daudz naudas šīs temperatūras uzturēšanai, ir jāparūpējas par izolāciju. Kādu siltumizolatoru izvēlēties, protams, ir jūsu bizness, taču šodien optimālākais ir putupolistirols. Tas nebaidās no ūdens, to neietekmē sēnītes un grauzēji, tam ir ilgs kalpošanas laiks un izcilas siltumizolācijas īpašības.

Bioreaktora forma var būt dažāda, bet visizplatītākā ir cilindriska. Pamatnes sajaukšanas sarežģītības ziņā tas nav ideāls, bet tiek izmantots biežāk, jo cilvēkiem ir uzkrāta liela pieredze šādu konteineru būvniecībā. Un, ja šāds cilindrs ir sadalīts ar starpsienu, tad tos var izmantot kā divas atsevišķas tvertnes, kurās process tiek nobīdīts laikā. Tajā pašā laikā starpsienā var iebūvēt sildelementu, tādējādi atrisinot problēmu ar temperatūras uzturēšanu uzreiz divās kamerās.

Vienkāršākajā variantā paštaisītas biogāzes stacijas ir taisnstūrveida bedre, kuras sienas ir betonētas un hermētiskuma labad apstrādātas ar stikla šķiedras un poliestera sveķu slāni. Šim konteineram ir vāks. Tas ir ārkārtīgi neērti darbībā: ir grūti īstenot sildīšanu, sajaukšanu un raudzētās masas noņemšanu, nav iespējams panākt pilnīgu apstrādi un augstu efektivitāti.

Nedaudz labāka situācija ir ar tranšeju biogāzes kūtsmēslu pārstrādes rūpnīcām. Tiem ir slīpas malas, kas atvieglo svaigu kūtsmēslu iekraušanu. Ja dibenu taisīsi slīpu, tad uzrūgusī masa gravitācijas ietekmē kustēsies vienā virzienā un to būs vieglāk atlasīt. Šādās instalācijās ir nepieciešams nodrošināt siltumizolāciju ne tikai sienām, bet arī pārsegumiem. Šādu biogāzes iekārtu ar savām rokām ir viegli ieviest. Bet pilnīgu apstrādi un maksimālo gāzes daudzumu tajā nevar sasniegt. Pat sildot.

Galvenās tehniskās problēmas ir atrisinātas, un tagad jūs zināt vairākus veidus, kā uzbūvēt kūtsmēslu biogāzes iekārtu. Palikušas tehnoloģiskās nianses.

Ko var pārstrādāt un kā sasniegt labus rezultātus

Jebkura dzīvnieka kūtsmēslos ir to pārstrādei nepieciešami organismi. Ir konstatēts, ka gremošanas procesā un gāzes veidošanā ir iesaistīti vairāk nekā tūkstotis dažādu mikroorganismu. Vissvarīgāko lomu spēlē metāna veidotāji. Tāpat tiek uzskatīts, ka visi šie mikroorganismi optimālās proporcijās ir atrodami liellopu kūtsmēslos. Jebkurā gadījumā, pārstrādājot šāda veida atkritumus kombinācijā ar augu masu, izdalās lielākais biogāzes daudzums. Tabulā parādīti vidējie dati par izplatītākajiem lauksaimniecības atkritumu veidiem. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šādu gāzes daudzumu var iegūt ideālos apstākļos.

Lai nodrošinātu labu produktivitāti, ir nepieciešams uzturēt noteiktu substrāta mitrumu: 85-90%. Bet ir jāizmanto ūdens, kas nesatur svešas ķīmiskas vielas. Šķīdinātāji, antibiotikas, mazgāšanas līdzekļi u.c. negatīvi ietekmē procesus. Tāpat normālai procesa gaitai vircai nevajadzētu saturēt lielus fragmentus. Maksimālais fragmentu izmērs: 1 * 2 cm, labāki ir mazāki. Tāpēc, ja plānojat pievienot augu sastāvdaļas, tad tās ir jāsasmalcina.

Normālai apstrādei substrātā ir svarīgi uzturēt optimālu pH līmeni: 6,7-7,6 robežās. Parasti barotnei ir normāls skābums, un tikai reizēm skābi veidojošās baktērijas attīstās ātrāk nekā metānu veidojošās. Tad vide kļūst skāba, samazinās gāzes veidošanās. Lai sasniegtu optimālo vērtību, substrātam pievieno parasto kaļķi vai soda.

Tagad nedaudz par laiku, kas nepieciešams kūtsmēslu apstrādei. Kopumā laiks ir atkarīgs no radītajiem apstākļiem, bet pirmās gāzes var sākt plūst jau trešajā dienā pēc fermentācijas sākuma. Visaktīvākā gāzes veidošanās notiek kūtsmēslu sadalīšanās laikā par 30-33%. Lai varētu orientēties laikā, pieņemsim, ka pēc divām nedēļām substrāts sadalās par 20-25%. Tas ir, optimālai apstrādei vajadzētu ilgt mēnesi. Šajā gadījumā mēslojums ir visaugstākās kvalitātes.

Bunkura tilpuma aprēķins apstrādei

Mazām saimniecībām optimālais iestatījums ir pastāvīga darbība – tas ir tad, kad katru dienu mazās porcijās tiek piegādāti svaigi kūtsmēsli un izņemti tajās pašās porcijās. Lai process netiktu traucēts, ikdienas slodzes daļa nedrīkst pārsniegt 5% no apstrādātā apjoma.

Paštaisītas iekārtas kūtsmēslu pārstrādei biogāzē nav pilnības virsotne, taču tās ir diezgan efektīvas

Pamatojoties uz to, jūs varat viegli noteikt nepieciešamo tvertnes tilpumu paštaisītai biogāzes stacijai. Jums ir jāreizina ikdienas kūtsmēslu daudzums no savas saimniecības (jau atšķaidīts ar mitruma saturu 85–90%) ar 20 (tas attiecas uz mezofilām temperatūrām, termofīlām temperatūrām jums būs jāreizina ar 30). Iegūtajam skaitlim jāpieskaita vēl 15-20% - brīva vieta biogāzes savākšanai zem kupola. Jūs zināt galveno parametru. Visas turpmākās sistēmas izmaksas un parametri ir atkarīgi no tā, kura biogāzes stacijas shēma ir izvēlēta realizācijai un kā visu izdarīsiet. Pilnīgi iespējams iztikt ar improvizētiem materiāliem, vai arī varat pasūtīt pabeigtu uzstādīšanu. Rūpnīcu izstrāde izmaksās no 1,5 miljoniem eiro, instalācijas no Kuļibiņiem būs lētākas.

Juridiskā reģistrācija

Uzstādīšana būs jāsaskaņo ar VVD, gāzes inspekciju un ugunsdzēsējiem. Jums būs nepieciešams:

• Instalācijas tehnoloģiskā shēma.
• Iekārtu un komponentu izkārtojuma plāns, atsaucoties uz pašu instalāciju, siltummezgla uzstādīšanas vietu, cauruļvadu un elektropārvades līniju izvietojumu un sūkņa pieslēgumu. Zibensnovedējs un piebraucamie ceļi ir jāatzīmē diagrammā.
• Ja iekārta tiks izvietota telpās, būs nepieciešams arī ventilācijas plāns, kas nodrošinās vismaz astoņas kopējā gaisa apmaiņas telpā.

Kā redzat, birokrātija šeit ir neaizstājama.

Visbeidzot, nedaudz par instalācijas veiktspēju. Vidēji biogāzes stacija dienā saražo gāzes daudzumu, kas divas reizes pārsniedz rezervuāra lietderīgo tilpumu. Tas ir, 40 m 3 vircas dienā dos 80 m 3 gāzes. Aptuveni 30% tiks tērēti paša procesa nodrošināšanai (galvenā izdevumu pozīcija ir apkure). Tie. pie izejas saņemsiet 56 m 3 biogāzes dienā. Trīs cilvēku ģimenes vajadzību segšanai un vidējas mājas apsildīšanai, pēc statistikas, nepieciešami 10 m 3. Neto bilancē jums ir 46 m 3 dienā. Un tas ir ar nelielu instalāciju.

Rezultāti

Ieguldot nedaudz naudas biogāzes stacijas celtniecībā (dari pats vai noslēdzot), Jūs ne tikai nodrošināsiet savas vajadzības un vajadzības pēc siltuma un gāzes, bet arī varēsiet pārdot gāzi, kā arī augstu - kvalitatīvi mēslošanas līdzekļi, kas iegūti pārstrādes rezultātā.

jauni iestatījumi. Alemaņi, kas apdzīvoja Elbas baseina mitrājus, iztēlojās pūķus purvā. Viņi uzskatīja, ka degošā gāze, kas uzkrājas purvu bedrēs, ir Pūķa nepatīkamā elpa. Lai nomierinātu Pūķi, upuri un pāri palikušie ēdieni tika iemesti purvā. Cilvēki ticēja, ka Pūķis nāk naktī un viņa elpa paliek bedrēs. Alemaņi izdomāja no ādas uzšūt nojumes, ar tām nosegt purvu, novadīt gāzi pa ādas caurulēm uz savu mājokli un sadedzināt ēdiena gatavošanai. Tas ir saprotams, jo bija grūti atrast sausu malku, un purva gāze (biogāze) lieliski atrisināja problēmu.Cilvēce jau ilgu laiku ir iemācījusies izmantot biogāzi. Ķīnā tās vēsture sniedzas 5 tūkstošus gadu senā pagātnē, Indijā - 2 tūkstošus gadu.

Bioloģiskā organisko vielu sadalīšanās procesa būtība, veidojoties metānam, pēdējo gadu tūkstošu laikā nav mainījusies. Taču mūsdienu zinātne un tehnoloģijas ir radījušas iekārtas un sistēmas, lai padarītu šīs "senās" tehnoloģijas rentablas un ar plašu pielietojumu klāstu.

Biogāze- gāze, kas iegūta biomasas metāna fermentācijas rezultātā. Biomasas sadalīšanās notiek trīs veidu baktēriju ietekmē.

biogāzes stacija– iekārta biogāzes un citu vērtīgu blakusproduktu ražošanai, pārstrādājot lauksaimnieciskās ražošanas, pārtikas rūpniecības un komunālo pakalpojumu atkritumus.

Biogāzes iegūšanai no organiskajiem atkritumiem ir šādas pozitīvas īpašības:

• tiek veikta notekūdeņu (īpaši mājlopu un sadzīves notekūdeņu) sanitārija, organisko vielu saturs tiek samazināts līdz 10 reizēm;
• lopkopības atkritumu, augkopības un aktīvo dūņu anaerobā apstrāde ļauj iegūt lietošanai gatavus minerālmēslus ar augstu slāpekļa un fosfora komponentu saturu (atšķirībā no tradicionālajām organiskā mēslojuma sagatavošanas metodēm ar kompostēšanas metodēm, kurās līdz pat tiek zaudēti 30–40% slāpekļa);
• ar metāna fermentāciju, augsta (80-90%) efektivitāte organisko vielu enerģijas pārvēršanā biogāzē;
• biogāzi ar augstu efektivitāti var izmantot siltumenerģijas un elektroenerģijas ražošanai, kā arī degvielai iekšdedzes dzinējiem;
• biogāzes stacijas var atrasties jebkurā valsts reģionā un nav nepieciešama dārgu gāzes vadu un sarežģītas infrastruktūras izbūve;
• biogāzes stacijas var daļēji vai pilnībā aizstāt novecojušas reģionālās katlu mājas un nodrošināt elektrību un siltumu tuvējos ciematos, pilsētās un mazpilsētās.

Pabalsti biogāzes stacijas īpašniekam

Tieša

• biogāzes (metāna) ražošana
• elektroenerģijas un siltuma ražošana
• videi draudzīgu mēslošanas līdzekļu ražošana

Netiešs

• neatkarība no centralizētiem tīkliem, dabisko monopolu tarifi, pilnīga elektroenerģijas un siltumenerģijas pašpietiekamība
• visu uzņēmuma vides problēmu risinājums
• ievērojams izmaksu samazinājums par apglabāšanu, izvešanu, atkritumu izvešanu
• Iespēja pašam ražot degvielu
• personāla izmaksu samazināšana

Biogāzes ražošana palīdz novērst metāna emisijas atmosfērā. Metānam ir 21 reizi lielāks siltumnīcas efekts nekā CO2, un tas saglabājas atmosfērā 12 gadus. Metāna uztveršana ir labākais īstermiņa veids, kā novērst globālo sasilšanu.

Pārstrādātus kūtsmēslus, kūtsmēslus un citus atkritumus izmanto kā mēslojumu lauksaimniecībā. Tas samazina ķīmiskā mēslojuma izmantošanu, samazina gruntsūdeņu slodzi.

Biogāzi izmanto kā degvielu elektrības, siltuma vai tvaika ražošanai, vai kā degvielu transportlīdzekļiem.

Biogāzes iekārtas var uzstādīt kā attīrīšanas iekārtas fermās, putnu fermās, spirta rūpnīcās, cukurfabrikās, gaļas pārstrādes rūpnīcās. Biogāzes rūpnīca var aizstāt veterināro un sanitāro iekārtu, t.i., gaļas un kaulu miltu ražošanas vietā var izmest ķermeņus biogāzē.

Rūpnieciski attīstīto valstu vidū vadošā vieta biogāzes ražošanā un izmantošanā pēc relatīvajiem rādītājiem ir Dānijai - biogāze tās kopējā enerģijas bilancē aizņem līdz 18%. Absolūtos skaitļos vidējo un lielo instalāciju skaita ziņā Vācija ieņem līderpozīciju - 8000 tūkstoši vienību. Rietumeiropā vismaz puse putnu fermu tiek apsildītas ar biogāzi.

Indijā, Vjetnamā, Nepālā un citās valstīs tiek būvētas mazas (vienas ģimenes) biogāzes stacijas. To ražotā gāze tiek izmantota ēdiena gatavošanai.

Lielākā daļa mazo biogāzes staciju atrodas Ķīnā – vairāk nekā 10 miljoni (90. gadu beigās). Tie saražo aptuveni 7 miljardus m³ biogāzes gadā, kas nodrošina degvielu aptuveni 60 miljoniem lauksaimnieku. 2006. gada beigās Ķīnā darbojās aptuveni 18 miljoni biogāzes staciju. To izmantošana ļauj nomainīt 10,9 miljonus tonnu etalondegvielas.

Volvo un Scania ražo autobusus ar biogāzes dzinējiem. Šādi autobusi tiek aktīvi izmantoti Šveices pilsētās: Bernē, Bāzelē, Ženēvā, Lucernā un Lozannā. Saskaņā ar Šveices gāzes nozares asociācijas prognozēm līdz 2010. gadam 10% transportlīdzekļu Šveicē darbosies ar biogāzi.

Oslo pašvaldība 80 pilsētas autobusus pārveidoja par biogāzi 2009. gada sākumā. Biogāzes izmaksas ir 0,4–0,5 eiro par litru benzīna ekvivalentā. Sekmīgi pabeidzot testus, 400 autobusi tiks pārveidoti par biogāzi.

Potenciāls

Krievija ik gadu uzkrāj līdz 300 miljoniem tonnu organisko atkritumu sausā ekvivalenta: 250 miljonus tonnu lauksaimnieciskajā ražošanā, 50 miljonus tonnu sadzīves atkritumu veidā. Šie atkritumi var būt izejvielas biogāzes ražošanai. Potenciālais saražotās biogāzes apjoms gadā var sasniegt 90 miljardus m³.

ASV audzē aptuveni 8,5 miljonus govju. Ar biogāzi, kas saražota no viņu kūtsmēsliem, pietiks, lai darbinātu 1 miljonu automašīnu.

Vācijas biogāzes nozares potenciāls līdz 2030. gadam tiek lēsts 100 miljardu kWh enerģijas apmērā, kas būs aptuveni 10% no valsts enerģijas patēriņa.

Uz 2009. gada 1. februāri Ukrainā darbojas un tiek nodotas ekspluatācijā 8 agroindustriālā kompleksa iekārtas biogāzes ražošanai. Vēl 15 biogāzes staciju projekti ir izstrādes stadijā. Jo īpaši 2009.-2010. 10 spirta rūpnīcās plānots ieviest biogāzes ražošanu, kas ļaus uzņēmumiem samazināt dabasgāzes patēriņu par 40%.

Pamatojoties uz materiāliem

Energoresursu cenu kāpums liek domāt par pašpietiekamības iespēju. Viena iespēja ir biogāzes stacija. Ar tās palīdzību no kūtsmēsliem, pakaišiem un augu atliekām tiek iegūta biogāze, kuru pēc tīrīšanas var izmantot gāzes iekārtām (plīts, katls), iesūknēt balonos un izmantot kā degvielu automašīnām vai elektroģeneratoriem. Kopumā kūtsmēslu pārstrāde biogāzē var nodrošināt visas mājas vai saimniecības enerģijas vajadzības.

Biogāzes stacijas celtniecība ir veids, kā patstāvīgi nodrošināt energoresursus

Visparīgie principi

Biogāze ir produkts, ko iegūst, sadaloties organiskām vielām. Sabrukšanas/rūgšanas procesā izdalās gāzes, kuras savācot var apmierināt savas mājsaimniecības vajadzības. Iekārtas, kurās notiek šis process, sauc par “biogāzes staciju”.

Biogāzes veidošanās process notiek dažādu baktēriju, kas atrodas pašos atkritumos, dzīvībai svarīgas aktivitātes dēļ. Bet, lai viņi aktīvi “strādātu”, viņiem ir jārada noteikti apstākļi: mitrums un temperatūra. Lai tos izveidotu, tiek būvēta biogāzes stacija. Šis ir ierīču komplekss, kura pamatā ir bioreaktors, kurā notiek atkritumu sadalīšanās, ko pavada gāzes veidošanās.

Kūtsmēslu pārstrādei biogāzē ir trīs veidi:

• Psihofiliskais režīms. Temperatūra biogāzes stacijā ir no +5°C līdz +20°C. Šādos apstākļos sadalīšanās process ir lēns, veidojas daudz gāzes, tās kvalitāte ir zema.
• Mezofils. Ierīce ieslēdzas šajā režīmā temperatūrā no +30°C līdz +40°C. Šajā gadījumā mezofīlās baktērijas aktīvi vairojas. Šajā gadījumā veidojas vairāk gāzes, apstrādes process aizņem mazāk laika - no 10 līdz 20 dienām.
• Termofīls. Šīs baktērijas vairojas temperatūrā virs +50°C. Process ir ātrākais (3-5 dienas), gāzes iznākums ir vislielākais (ideālos apstākļos no 1 kg piegādes var iegūt līdz 4,5 litriem gāzes). Lielākā daļa atsauces tabulu par gāzes ieguvi no apstrādes ir norādītas tieši šim režīmam, tāpēc, izmantojot citus režīmus, ir vērts veikt lejupejošu korekciju.

Visgrūtākais biogāzes stacijās ir termofīlais režīms. Tam nepieciešama kvalitatīva biogāzes stacijas siltumizolācija, apkure un temperatūras kontroles sistēma. Bet izejā mēs iegūstam maksimālo biogāzes daudzumu. Vēl viena termofīlās apstrādes iezīme ir pārkraušanas neiespējamība. Atlikušie divi režīmi - psihofilais un mezofīlais - ļauj katru dienu pievienot svaigu sagatavoto izejvielu daļu. Bet termofīlajā režīmā īss apstrādes laiks ļauj sadalīt bioreaktoru zonās, kurās tiks apstrādāta tā izejvielu daļa ar dažādiem iekraušanas laikiem.

Biogāzes stacijas shēma

Biogāzes stacijas pamatā ir bioreaktors jeb bunkurs. Tajā notiek fermentācijas process, un tajā uzkrājas iegūtā gāze. Ir arī iekraušanas un izkraušanas bunkurs, radītā gāze tiek izvadīta pa cauruli, kas ievietota augšējā daļā. Tālāk seko gāzes attīrīšanas sistēma - tās tīrīšana un spiediena palielināšana gāzes vadā uz darba.

Mezofiliem un termofīliem režīmiem, lai sasniegtu nepieciešamos režīmus, ir nepieciešama arī bioreaktora apkures sistēma. Šim nolūkam parasti izmanto gāzes apkures katlus. No tā cauruļvadu sistēma nonāk bioreaktorā. Parasti tās ir polimēru caurules, jo tās vislabāk panes atrašanos agresīvā vidē.

Citai biogāzes stacijai nepieciešama vielas sajaukšanas sistēma. Fermentācijas laikā augšpusē veidojas cieta garoza, smagas daļiņas nogulsnējas. Tas viss kopā pasliktina gāzu veidošanās procesu. Lai saglabātu apstrādātās masas viendabīgu stāvokli, ir nepieciešami maisītāji. Tie var būt mehāniski vai pat manuāli. Var palaist ar taimeri vai manuāli. Tas viss ir atkarīgs no tā, kā tiek izgatavota biogāzes stacija. Automatizētas sistēmas uzstādīšana ir dārgāka, taču darbības laikā tai ir jāpievērš minimāla uzmanība.

Biogāzes stacija pēc atrašanās vietas veida var būt:

• Virs galvas.
• Daļēji iegremdēts.
• Apglabāts.

Dārgāk uzstādīt aprakti - nepieciešams liels zemes darbu apjoms. Bet, darbojoties mūsu apstākļos, tie ir labāki - vieglāk organizēt siltināšanu, mazākas apkures izmaksas.

Ko var pārstrādāt

Biogāzes stacija būtībā ir visēdāja – var pārstrādāt jebkuru organisko vielu. Ir piemēroti jebkuri kūtsmēsli un urīns, augu atliekas. Mazgāšanas līdzekļi, antibiotikas, ķīmiskās vielas negatīvi ietekmē procesu. Ir vēlams samazināt to uzņemšanu, jo tie nogalina floru, kas ir iesaistīta apstrādē.

Liellopu kūtsmēsli tiek uzskatīti par ideāliem, jo ​​tie satur mikroorganismus lielos daudzumos. Ja saimniecībā nav govju, noslogojot bioreaktoru, vēlams pievienot daļu pakaišu, lai substrātu apdzīvotu ar nepieciešamo mikrofloru. Augu atliekas iepriekš sasmalcina, atšķaida ar ūdeni. Bioreaktorā tiek sajauktas augu izejvielas un ekskrementi. Šādas “degvielas uzpildīšanas” process aizņem ilgāku laiku, bet pie izejas ar pareizo režīmu mums ir vislielākā produkta iznākums.

Vietas noteikšana

Lai samazinātu procesa organizēšanas izmaksas, ir lietderīgi biogāzes staciju izvietot netālu no atkritumu avota - netālu no ēkām, kurās tiek turēti putni vai dzīvnieki. Vēlams izstrādāt konstrukciju tā, lai slodze notiktu gravitācijas ietekmē. No govju kūts vai cūkkūts zem nogāzes var novietot cauruļvadu, pa kuru kūtsmēsli gravitācijas ietekmē ieplūdīs bunkurā. Tas ievērojami vienkāršo reaktora apkopi un arī kūtsmēslu attīrīšanu.

Biogāzes staciju vēlams izvietot tā, lai atkritumi no saimniecības varētu plūst ar gravitācijas spēku

Parasti ēkas ar dzīvniekiem atrodas zināmā attālumā no dzīvojamās ēkas. Tāpēc saražotā gāze būs jānodod patērētājiem. Bet vienas gāzes caurules stiepšana ir lētāka un vienkāršāka nekā kūtsmēslu transportēšanas un iekraušanas līnijas organizēšana.

Bioreaktors

Kūtsmēslu pārstrādes tvertnei tiek izvirzītas diezgan stingras prasības:

Visas šīs prasības biogāzes stacijas būvniecībai ir jāievēro, jo tās nodrošina drošību un rada normālus apstākļus kūtsmēslu pārstrādei biogāzē.

Kādus materiālus var izgatavot

Izturība pret agresīvu vidi ir galvenā prasība materiāliem, no kuriem var izgatavot konteinerus. Substrāts bioreaktorā var būt skābs vai sārmains. Attiecīgi materiāls, no kura izgatavots konteiners, ir labi jāpacieš dažādiem līdzekļiem.

Ne daudzi materiāli atbild uz šiem pieprasījumiem. Pirmā lieta, kas nāk prātā, ir metāls. Tas ir izturīgs, no tā var izgatavot jebkuras formas trauku. Labi ir tas, ka var izmantot jau gatavu konteineru – kaut kādu vecu tvertni. Šajā gadījumā biogāzes stacijas būvniecība prasīs ļoti maz laika. Metāla trūkums ir tāds, ka tas reaģē ar ķīmiski aktīvām vielām un sāk sadalīties. Lai neitralizētu šo mīnusu, metāls ir pārklāts ar aizsargpārklājumu.

Lielisks variants ir polimēru bioreaktora jauda. Plastmasa ir ķīmiski neitrāla, nepūst, nerūsē. Tikai jāizvēlas no tādiem materiāliem, kas iztur sasalšanu un karsēšanu līdz pietiekami augstām temperatūrām. Reaktora sienām jābūt biezām, vēlams armētām ar stiklšķiedru. Šādi konteineri nav lēti, taču tie kalpo ilgu laiku.

Lētāks variants ir biogāzes stacija ar tvertni no ķieģeļiem, betona blokiem, akmens. Lai mūris izturētu lielas slodzes, nepieciešams armēt mūri (katrā 3-5 rindā atkarībā no sienas biezuma un materiāla). Pēc sienas montāžas procesa pabeigšanas ir nepieciešama sienu daudzslāņu apstrāde gan iekšpusē, gan ārpusē, lai nodrošinātu ūdens un gāzes necaurlaidību. Sienas apmestas ar cementa-smilšu sastāvu ar piedevām (piedevām), kas nodrošina vajadzīgās īpašības.

Reaktora izmēra noteikšana

Reaktora tilpums ir atkarīgs no izvēlētās temperatūras kūtsmēslu pārstrādei biogāzē. Visbiežāk tiek izvēlēts mezofīlais - to ir vieglāk uzturēt un tas nozīmē iespēju katru dienu papildus noslogot reaktoru. Biogāzes ražošana pēc normālā režīma sasniegšanas (apmēram 2 dienas) ir stabila, bez pārrāvumiem un kritumiem (kad tiek radīti normāli apstākļi). Šajā gadījumā ir jēga aprēķināt biogāzes stacijas tilpumu atkarībā no kūtsmēslu daudzuma, kas saimniecībā rodas dienā. Viss ir viegli aprēķināts, pamatojoties uz vidējiem datiem.

Kūtsmēslu sadalīšanās mezofilā temperatūrā ilgst no 10 līdz 20 dienām. Attiecīgi tilpumu aprēķina, reizinot ar 10 vai 20. Aprēķinot ir jāņem vērā ūdens daudzums, kas nepieciešams, lai substrāts nonāktu ideālā stāvoklī - tā mitrumam jābūt 85-90%. Atrastais tilpums tiek palielināts par 50%, jo maksimālā slodze nedrīkst pārsniegt 2/3 no tvertnes tilpuma - gāzei jāuzkrājas zem griestiem.

Piemēram, saimniecībā ir 5 govis, 10 cūkas un 40 vistas. Faktiski veidojas 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Lai panāktu vistas kūtsmēslu mitruma saturu līdz 85%, jums jāpievieno nedaudz vairāk par 5 litriem ūdens (tas ir vēl 5 kg). Kopējā masa ir 331,8 kg. Apstrādei 20 dienu laikā nepieciešams: 331,8 kg * 20 \u003d 6636 kg - apmēram 7 kubi tikai substrātam. Atrasto skaitli reizinām ar 1,5 (pieaugums par 50%), iegūstam 10,5 kubikmetrus. Tā būs aprēķinātā biogāzes stacijas reaktora tilpuma vērtība.

Iekraušanas un izkraušanas lūkas ved tieši uz bioreaktora tvertni. Lai substrāts būtu vienmērīgi sadalīts pa visu laukumu, tie ir izgatavoti konteinera pretējos galos.

Izmantojot biogāzes stacijas ierakšanas metodi, iekraušanas un izkraušanas caurules tuvojas korpusam akūtā leņķī. Turklāt caurules apakšējam galam jābūt zem šķidruma līmeņa reaktorā. Tas novērš gaisa iekļūšanu tvertnē. Tāpat uz caurulēm ir uzstādīti rotējošie vai slēgvārsti, kas ir aizvērti normālā stāvoklī. Tie ir atvērti tikai iekraušanai vai izkraušanai.

Tā kā kūtsmēsli var saturēt lielus fragmentus (pagulas elementi, zāles stiebri utt.), Maza diametra caurules bieži aizsērēsies. Tāpēc iekraušanai un izkraušanai tiem jābūt 20-30 cm diametrā, tie jāuzstāda pirms biogāzes stacijas siltināšanas darbu uzsākšanas, bet pēc konteinera uzstādīšanas vietā.

Ērtākais biogāzes stacijas darbības režīms ir ar regulāru substrāta iekraušanu un izkraušanu. Šo operāciju var veikt reizi dienā vai reizi divās dienās. Kūtsmēsli un citas sastāvdaļas tiek iepriekš savāktas uzglabāšanas tvertnē, kur tos nogādā vajadzīgajā stāvoklī - sasmalcina, ja nepieciešams, samitrina un sajauc. Ērtības labad šim konteineram var būt mehānisks maisītājs. Sagatavoto substrātu ielej uztveršanas lūkā. Novietojot uztveršanas konteineru saulē, substrāts tiks iepriekš uzsildīts, kas samazinās nepieciešamās temperatūras uzturēšanas izmaksas.

Uztvērējpiltuves uzstādīšanas dziļumu vēlams aprēķināt tā, lai atkritumi tajā ieplūstu gravitācijas ietekmē. Tas pats attiecas uz izkraušanu bioreaktorā. Labākais gadījums ir tad, ja sagatavotais substrāts kustas gravitācijas ietekmē. Un sagatavošanas laikā to nobloķēs slāpētājs.

Lai nodrošinātu biogāzes stacijas hermētiskumu, lūkām uz pieņemšanas tvertnes un izkraušanas zonā jābūt ar blīvgumijas blīvējumu. Jo mazāk gaisa ir tvertnē, jo tīrāka būs gāze pie izejas.

Biogāzes savākšana un noglabāšana

Biogāzes izvadīšana no reaktora notiek caur cauruli, kuras viens gals atrodas zem jumta, otrs parasti tiek nolaists ūdens blīvē. Tas ir konteiners ar ūdeni, kurā tiek novadīta iegūtā biogāze. Ūdens blīvē ir otra caurule - tā atrodas virs šķidruma līmeņa. Tajā izdalās vairāk tīras biogāzes. Viņu bioreaktora izejā ir uzstādīts gāzes slēgvārsts. Labākais variants ir bumba.

Kādus materiālus var izmantot gāzes pārvades sistēmai? Cinkota metāla caurules un gāzes caurules no HDPE vai PPR. Tiem jānodrošina hermētiskumu, šuves un savienojumus pārbauda ar ziepju putām. Viss cauruļvads ir samontēts no tāda paša diametra caurulēm un veidgabaliem. Nav kontrakciju vai izplešanās.

Piemaisījumu attīrīšana

Iegūtās biogāzes aptuvenais sastāvs ir šāds:

• metāns - līdz 60%;
• oglekļa dioksīds - 35%;
• citas gāzveida vielas (tai skaitā sērūdeņradis, kas gāzei rada nepatīkamu smaku) - 5%.

Lai biogāze nesmirtu un labi degtu, no tās nepieciešams atdalīt ogļskābo gāzi, sērūdeņradi, ūdens tvaikus. Oglekļa dioksīds tiek noņemts ūdens blīvē, ja iekārtas apakšā ir pievienots dzēstais kaļķis. Šāda grāmatzīme būs periodiski jāmaina (tā kā gāze sāk degt sliktāk, ir pienācis laiks to mainīt).

Gāzes dehidratāciju var veikt divos veidos - izgatavojot gāzes vada hidrauliskās blīves - zem hidrauliskajām blīvēm caurulē ievietojot izliektus posmus, kuros uzkrāsies kondensāts. Šīs metodes trūkums ir nepieciešamība regulāri iztukšot ūdens blīvējumu - ar lielu savāktā ūdens daudzumu tas var bloķēt gāzes pāreju.

Otrs veids ir ievietot filtru ar silikagelu. Princips ir tāds pats kā ūdens blīvē - gāzi ievada silikagelā, izžāvē no vāka apakšas. Izmantojot šo biogāzes žāvēšanas metodi, silikagels ir periodiski jāžāvē. Lai to izdarītu, tas kādu laiku jāuzsilda mikroviļņu krāsnī. Tas uzsilst, mitrums iztvaiko. Jūs varat aizmigt un lietot vēlreiz.

Lai noņemtu sērūdeņradi, tiek izmantots filtrs, kas piekrauts ar metāla skaidām. Tvertnē varat ievietot vecas metāla veļas lupatas. Attīrīšana notiek tieši tādā pašā veidā: gāze tiek piegādāta tvertnes apakšējai daļai, kas piepildīta ar metālu. Pārejot, tas tiek attīrīts no sērūdeņraža, uzkrājas filtra augšējā brīvajā daļā, no kurienes tas tiek izvadīts caur citu cauruli / šļūteni.

Gāzes tvertne un kompresors

Attīrītā biogāze nonāk uzglabāšanas tvertnē – gāzes tvertnē. Tas var būt aizzīmogots plastmasas maisiņš, plastmasas trauks. Galvenais nosacījums ir gāzes necaurlaidība, formai un materiālam nav nozīmes. Biogāze tiek uzglabāta gāzes tvertnē. No tā ar kompresora palīdzību gāze ar noteiktu spiedienu (ko nosaka kompresors) jau tiek piegādāta patērētājam - uz gāzes plīti vai katlu. Šo gāzi var izmantot arī elektroenerģijas ražošanai, izmantojot ģeneratoru.

Lai izveidotu stabilu spiedienu sistēmā pēc kompresora, vēlams uzstādīt uztvērēju - nelielu ierīci spiediena pārspriegumu izlīdzināšanai.

Maisīšanas ierīces

Lai biogāzes stacija normāli darbotos, nepieciešams regulāri maisīt šķidrumu bioreaktorā. Šis vienkāršais process atrisina daudzas problēmas:

• sajauc svaigu slodzes daļu ar baktēriju koloniju;
• veicina saražotās gāzes izdalīšanos;
• izlīdzina šķidruma temperatūru, izslēdzot siltākas un aukstākas zonas;
• saglabā substrāta viendabīgumu, novēršot dažu sastāvdaļu nogulsnēšanos vai virskārtu.

Parasti mazai pašdarinātai biogāzes stacijai ir mehāniski maisītāji, kurus darbina muskuļu spēks. Sistēmās ar lielu tilpumu maisītājus var darbināt ar dzinējiem, kurus ieslēdz taimeris.

Otrs veids ir sajaukt šķidrumu, izlaižot caur to daļu no radītās gāzes. Lai to izdarītu, pēc metatankas atstāšanas tiek novietota tēja un daļa gāzes tiek ielejama reaktora apakšējā daļā, kur tā iziet caur cauruli ar caurumiem. Šo gāzes daļu nevar uzskatīt par patēriņu, jo tā tomēr atkal nonāk sistēmā un rezultātā nonāk gāzes tvertnē.

Trešā sajaukšanas metode ir ar fekāliju sūkņu palīdzību izsūknēt substrātu no apakšējās daļas, izliet to augšpusē. Šīs metodes trūkums ir atkarība no elektroenerģijas pieejamības.

Apkures sistēma un siltumizolācija

Nesildot apstrādāto vircu, vairosies psihofīlās baktērijas. Apstrādes process šajā gadījumā prasīs no 30 dienām, un gāzes ieguve būs maza. Vasarā siltumizolācijas un slodzes priekšsildīšanas klātbūtnē ir iespējams sasniegt temperatūru līdz 40 grādiem, kad sākas mezofilo baktēriju attīstība, bet ziemā šāda iekārta praktiski nedarbojas - procesi norit ļoti gausi. Pie temperatūras zem +5°C tie praktiski sasalst.

Ko sildīt un kur novietot

Lai iegūtu labākos rezultātus, tiek izmantots siltums. Visracionālākā ir ūdens sildīšana no katla. Katls var darboties ar elektrību, cieto vai šķidro kurināmo, to var darbināt arī ar saražoto biogāzi. Maksimālā temperatūra, līdz kurai ūdens jāuzsilda, ir +60°C. Karstākas caurules var izraisīt daļiņu pielipšanu virsmai, kā rezultātā samazinās apkures efektivitāte.

Var izmantot arī tiešo apkuri - ievietojiet sildelementus, taču, pirmkārt, ir grūti organizēt sajaukšanu, otrkārt, substrāts pielips pie virsmas, samazinot siltuma pārnesi, sildelementi ātri izdegs

Biogāzes staciju var apsildīt ar standarta apkures radiatoriem, tikai spolē savītām caurulēm, metinātiem reģistriem. Labāk ir izmantot polimēru caurules - metāla plastmasas vai polipropilēna. Piemērotas ir arī gofrētās nerūsējošā tērauda caurules, tās ir vieglāk ieguldāmas, īpaši cilindriskos vertikālos bioreaktoros, bet gofrētā virsma provocē nogulumu uzkrāšanos, kas nav īpaši laba siltuma pārnesei.

Lai samazinātu daļiņu nogulsnēšanās iespējamību uz sildelementiem, tie tiek novietoti maisītāja zonā. Tikai šajā gadījumā viss ir jāprojektē tā, lai maisītājs nevarētu pieskarties caurulēm. Bieži vien šķiet, ka labāk sildītājus novietot no apakšas, taču prakse rāda, ka apakšā esošo nosēdumu dēļ šāda apkure ir neefektīva. Tāpēc racionālāk ir sildītājus novietot uz biogāzes stacijas metatvertnes sienām.

Ūdens sildīšanas metodes

Atkarībā no cauruļu izvietojuma apkure var būt ārēja vai iekšēja. Atrodoties telpās, apkure ir efektīva, bet sildītāju remonts un apkope nav iespējama bez sistēmas izslēgšanas un atsūknēšanas. Tāpēc īpaša uzmanība tiek pievērsta materiālu izvēlei un savienojumu kvalitātei.

Apkure palielina biogāzes stacijas produktivitāti un samazina izejvielu apstrādes laiku

Ja sildītāji atrodas ārā, nepieciešams vairāk siltuma (biogāzes stacijas satura apkures izmaksas ir daudz lielākas), jo daudz siltuma tiek tērēts sienu apsildīšanai. Bet sistēma vienmēr ir pieejama remontam, un apkure ir vienmērīgāka, jo barotne tiek uzkarsēta no sienām. Vēl viens šī risinājuma pluss ir tas, ka maisītāji nevar sabojāt apkures sistēmu.

Kā izolēt

Bedres apakšā vispirms ielej izlīdzinošo smilšu slāni, pēc tam siltumizolācijas slāni. Tas var būt māls, kas sajaukts ar salmiem un keramzīts, izdedži. Visas šīs sastāvdaļas var sajaukt, var liet atsevišķos slāņos. Tie ir nolīdzināti horizontā, uzstādīta biogāzes stacijas jauda.

Bioreaktora malas var izolēt ar moderniem materiāliem vai klasiskām vecmodīgām metodēm. No vecmodīgām metodēm - pārklāšana ar māliem un salmiem. To uzklāj vairākos slāņos.

No mūsdienu materiāliem var izmantot augsta blīvuma ekstrudēta putupolistirola, zema blīvuma gāzbetona blokus,. Tehnoloģiski vismodernākais šajā gadījumā ir poliuretāna putas (PPU), taču pakalpojumi to pielietošanai nav lēti. Bet izrādās bezšuvju siltumizolācija, kas samazina apkures izmaksas. Ir vēl viens siltumizolācijas materiāls - putu stikls. Plāksnēs tas ir ļoti dārgs, bet tā kaujas vai drupatas maksā diezgan dārgi, un pēc īpašībām tas ir gandrīz ideāls: tas neuzsūc mitrumu, nebaidās no sasalšanas, labi panes statiskās slodzes un ar zemu siltumvadītspēju. .

Biogāze ir gāze, kas iegūta organisko vielu (piemēram, salmu, nezāļu, dzīvnieku un cilvēku fekāliju, atkritumu, sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu organisko atkritumu uc) fermentācijas (fermentācijas) rezultātā anaerobos apstākļos. Biogāzes ražošanā tiek iesaistīti dažāda veida mikroorganismi ar dažādu katabolisko funkciju skaitu.

Biogāzes sastāvs.

Biogāze sastāv no vairāk nekā puses metāna (CH 4). Metāns veido aptuveni 60% no biogāzes. Turklāt biogāze satur aptuveni 35% oglekļa dioksīda (CO 2), kā arī citas gāzes, piemēram, ūdens tvaikus, sērūdeņradi, oglekļa monoksīdu, slāpekli un citas. Dažādos apstākļos iegūtā biogāze atšķiras pēc sastāva. Tātad biogāze no cilvēku ekskrementiem, kūtsmēsliem, kaušanas atkritumiem satur līdz 70% metāna un no augu atliekām, kā likums, aptuveni 55% metāna.

Biogāzes mikrobioloģija.

Biogāzes fermentāciju atkarībā no iesaistīto baktēriju mikrobu sugām var iedalīt trīs posmos:

Pirmo sauc par baktēriju fermentācijas sākumu. Dažādas organiskās baktērijas, vairojoties, izdala ārpusšūnu enzīmus, kuru galvenā loma ir sarežģītu organisko savienojumu iznīcināšana ar vienkāršu vielu hidrolīzes veidošanos. Piemēram, no polisaharīdiem līdz monosaharīdiem; olbaltumvielas peptīdos vai aminoskābēs; tauki glicerīnā un taukskābēs.

Otro posmu sauc par ūdeņradi. Ūdeņradis veidojas etiķskābes baktēriju darbības rezultātā. To galvenā loma ir etiķskābes baktēriju sadalīšana, veidojot oglekļa dioksīdu un ūdeņradi.

Trešo posmu sauc par metanogēno. Tas ietver baktēriju veidu, kas pazīstams kā metanogēni. Viņu uzdevums ir izmantot etiķskābi, ūdeņradi un oglekļa dioksīdu, veidojot metānu.

Biogāzes fermentācijas izejvielu klasifikācija un raksturojums.

Gandrīz visus dabiskos organiskos materiālus var izmantot kā izejvielu biogāzes fermentācijai. Galvenās izejvielas biogāzes ražošanai ir notekūdeņi: kanalizācija; pārtikas, farmācijas un ķīmiskā rūpniecība. Laukos tie ir ražas novākšanas laikā radušies atkritumi. Izcelsmes atšķirību dēļ atšķiras arī biogāzes veidošanās process, ķīmiskais sastāvs un struktūra.

Biogāzes izejvielu avoti atkarībā no izcelsmes:

1. Lauksaimniecības izejvielas.

Šīs izejvielas var iedalīt ar slāpekli bagātās izejvielās un ar oglekli bagātās izejvielās.

Izejvielas ar augstu slāpekļa saturu:

cilvēku izkārnījumi, kūtsmēsli, putnu mēsli. Oglekļa un slāpekļa attiecība ir 25:1 vai mazāka. Šādas izejvielas ir pilnībā sagremotas cilvēka vai dzīvnieka kuņģa-zarnu traktā. Parasti tas satur lielu daudzumu zemas molekulmasas savienojumu. Ūdens šādās izejvielās tika daļēji pārveidots un kļuva par zemas molekulmasas savienojumu sastāvdaļu. Šai izejvielai ir raksturīga viegla un ātra anaerobā sadalīšanās biogāzē. Kā arī bagātīga metāna raža.

Izejvielas ar augstu oglekļa saturu:

salmi un miziņa. Oglekļa un slāpekļa attiecība ir 40:1. Tajā ir augsts makromolekulāro savienojumu saturs: celuloze, hemiceluloze, pektīns, lignīns, augu vaski. Anaerobā sadalīšanās notiek diezgan lēni. Lai palielinātu gāzes ražošanas ātrumu, šādiem materiāliem pirms fermentācijas parasti ir nepieciešama pirmapstrāde.

2. Pilsētas organiskie ūdens atkritumi.

Ietver cilvēku radītos atkritumus, notekūdeņus, organiskos atkritumus, organiskos rūpnieciskos notekūdeņus, dūņas.

3. Ūdensaugi.

Ietver ūdens hiacintes, citus ūdensaugus un aļģes. Ražošanas jaudu paredzamo plānoto noslodzi raksturo liela atkarība no saules enerģijas. Viņiem ir augsta atdeve. Tehnoloģiskā organizācija prasa rūpīgāku pieeju. Anaerobā sadalīšanās ir vienkārša. Metāna cikls ir īss. Šādu izejvielu īpatnība ir tāda, ka bez iepriekšējas apstrādes tās peld reaktorā. Lai to novērstu, izejviela 2 dienu laikā ir nedaudz jāizžāvē vai iepriekš jākompostē.

Biogāzes izejvielu avoti atkarībā no mitruma:

1. Cietā izejviela:

salmi, organiskie atkritumi ar salīdzinoši augstu sausnas saturu. To apstrāde notiek saskaņā ar sausās fermentācijas metodi. Grūtības rodas, no reaktora noņemot lielu daudzumu cieto nogulšņu. Kopējo izmantoto izejvielu daudzumu var izteikt kā cietvielu satura (TS) un gaistošo vielu (VS) summu. Gaistošās vielas var pārvērst metānā. Gaistošo vielu aprēķināšanai izejmateriāla paraugu ievieto mufeļkrāsnī 530-570°C temperatūrā.

2. Šķidrā izejviela:

svaigi izkārnījumi, kūtsmēsli, mēsli. Tie satur apmēram 20% sausnas. Turklāt tiem ir nepieciešams pievienot ūdeni 10% apmērā, lai sausās fermentācijas laikā sajauktos ar cietām izejvielām.

3. Vidēja mitruma organiskie atkritumi:

spirta ražošanas bardi, celulozes rūpnīcu notekūdeņi uc Šādas izejvielas satur dažādu daudzumu olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu un ir laba izejviela biogāzes ražošanai. Šim izejmateriālam tiek izmantotas UASB tipa ierīces (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - augšupejošs anaerobs process).

1. tabula. Informācija par biogāzes debetu (veidošanās ātrumu) šādiem apstākļiem: 1) fermentācijas temperatūra 30°C; 2) periodiska fermentācija

Raudzēto atkritumu nosaukums	Vidējais biogāzes plūsmas ātrums normālas gāzes ražošanas laikā (m 3 /m 3 /d)	Biogāzes izlaide, m 3 /Kg/TS	Biogāzes plūsmas ātrums (% no kopējās biogāzes ražošanas)
			0-15d	25-45d	45-75d	75-135d
sausie kūtsmēsli	0,20	0,12	11	33,8	20,9	34,3
Ķīmiskās rūpniecības ūdens	0,40	0,16	83	17	0	0
Rogulnik (čilim, ūdens kastanis)	0,38	0,20	23	45	32	0
ūdens salāti	0,40	0,20	23	62	15	0
Cūku kūtsmēsli	0,30	0,22	20	31,8	26	22,2
Sausa zāle	0,20	0,21	13	11	43	33
Salmi	0,35	0,23	9	50	16	25
cilvēka ekskrementi	0,53	0,31	45	22	27,3	5,7

Metāna fermentācijas (fermentācijas) procesa aprēķins.

Fermentācijas inženiertehnisko aprēķinu vispārīgie principi ir balstīti uz organisko izejvielu slodzes palielināšanu un metāna cikla ilguma samazināšanu.

Izejvielu aprēķins ciklā.

Izejvielu iekraušanu raksturo: Masas daļa TS (%), masas daļa VS (%), koncentrācija ĶSP (ĶSP - ķīmiskais skābekļa patēriņš, kas nozīmē ĶSP - skābekļa ķīmiskais indikators) (Kg / m 3). Koncentrācija ir atkarīga no fermentācijas ierīču veida. Piemēram, modernie rūpnieciskie notekūdeņu reaktori ir UASB (augšupējie anaerobie procesi). Cietajām izejvielām izmanto AF (anaerobos filtrus) - parasti mazāk nekā 1%. Rūpnieciskie atkritumi kā biogāzes izejviela visbiežāk ir ļoti koncentrēti un ir jāatšķaida.

Lejupielādēt ātruma aprēķinu.

Reaktora ikdienas noslogojuma daudzuma noteikšanai: koncentrācija ĶSP (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Šie rādītāji ir svarīgi rādītāji biogāzes efektivitātes izvērtēšanai. Ir jācenšas ierobežot slodzi un tajā pašā laikā nodrošināt augstu gāzes ražošanas līmeni.

Reaktoru tilpuma attiecības pret gāzes izvadi aprēķins.

Šis rādītājs ir svarīgs rādītājs reaktora efektivitātes novērtēšanai. Mērīts Kg/m 3 d.

Biogāzes izlaide uz fermentācijas masas vienību.

Šis rādītājs raksturo pašreizējo stāvokli biogāzes ražošanā. Piemēram, gāzes kolektora tilpums ir 3 m 3 . Katru dienu tiek pasniegts 10 kg/TS. Biogāzes iznākums ir 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Atkarībā no situācijas var izmantot teorētisko gāzes izvadi vai faktisko gāzes izvadi.

Teorētisko biogāzes iznākumu nosaka pēc formulām:

Metāna ražošana (E):

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

Oglekļa dioksīda ražošana (D):

D = 0,37 A + 0,49 B + 0,36 C. Kur A ir ogļhidrātu saturs vienā gramā fermentētā materiāla, B ir olbaltumvielas, C ir tauku saturs

hidrauliskais tilpums.

Lai palielinātu efektivitāti, nepieciešams samazināt fermentācijas laiku. Zināmā mērā pastāv saistība ar fermentējošo mikroorganismu zudumu. Pašlaik dažu efektīvu reaktoru fermentācijas laiks ir 12 dienas vai pat mazāk. Hidraulisko tilpumu aprēķina, skaitot ikdienas izejvielu iekraušanas apjomu no dienas, kad sākās izejvielu iekraušana, un tas ir atkarīgs no uzturēšanās laika reaktorā. Piemēram, tiek plānota fermentācija 35°C temperatūrā, barības koncentrācija 8% (kopējā TS), dienas barības apjoms 50 m 3, reaktora fermentācijas periods 20 dienas. Hidrauliskais tilpums būs: 50 20 \u003d 100 m 3.

Organisko piesārņotāju noņemšana.

Biogāzes ražošanā, tāpat kā jebkurā bioķīmiskajā ražošanā, ir atkritumi. Bioķīmiskās ražošanas atkritumi var kaitēt videi nekontrolētas atkritumu likvidēšanas gadījumā. Piemēram, iekrītot blakus esošā upē. Mūsdienu lielās biogāzes stacijas dienā saražo tūkstošiem un pat desmitiem tūkstošu kilogramu atkritumu. Lielo biogāzes staciju kvalitatīvo sastāvu un atkritumu apglabāšanas veidus kontrolē uzņēmumu laboratorijas un valsts vides dienests. Mazajās saimniecībās ražotajām biogāzes stacijām šādas kontroles nav divu iemeslu dēļ: 1) tā kā atkritumu ir maz, kaitējums videi būs mazs. 2) Lai veiktu atkritumu kvalitatīvu analīzi, ir nepieciešams specifisks laboratorijas aprīkojums un augsti specializēts personāls. Mazajiem lauksaimniekiem tādas nav, un valsts aģentūras pamatoti uzskata, ka šāda kontrole nav piemērota.

Biogāzes reaktoru atkritumu piesārņojuma līmeņa rādītājs ir ĶSP (skābekļa ķīmiskais indekss).

Tiek izmantota šāda matemātiskā sakarība: ĶSP organiskās slodzes ātrums Kg/m 3 ·d= ĶSP slodzes koncentrācija (Kg/m 3) / hidrauliskās uzglabāšanas laiks (d).

Gāzes plūsmas ātrums reaktora tilpumā (kg/(m 3 d)) = biogāzes izlaide (m 3 /kg) / ĶSP organiskās slodzes ātrums kg/(m 3 d).

Biogāzes spēkstaciju priekšrocības:

cietajiem un šķidrajiem atkritumiem ir specifiska smaka, kas atbaida mušas un grauzējus;

spēja ražot noderīgu galaproduktu - metānu, kas ir tīra un ērta degviela;

fermentācijas procesā iet bojā nezāļu sēklas un daži patogēni;

fermentācijas procesā gandrīz pilnībā saglabājas slāpeklis, fosfors, kālijs un citas mēslošanas līdzekļa sastāvdaļas, daļa organiskā slāpekļa tiek pārveidota par amonjaka slāpekli, un tas palielina tā vērtību;

fermentācijas atlikumu var izmantot kā dzīvnieku barību;

biogāzes fermentācijai nav nepieciešams izmantot skābekli no gaisa;

anaerobās dūņas var uzglabāt vairākus mēnešus bez barības vielu pievienošanas, un tad, kad izejviela ir iekrauta, fermentācija var ātri atsākties.

Biogāzes spēkstaciju trūkumi:

sarežģīta iekārta un prasa salīdzinoši lielus ieguldījumus būvniecībā;

nepieciešams augsts būvniecības, vadības un uzturēšanas līmenis;

fermentācijas sākotnējā anaerobā izplatīšanās ir lēna.

Metāna fermentācijas procesa un procesa kontroles iezīmes:

1. Biogāzes ražošanas temperatūra.

Biogāzes ražošanas temperatūra var būt salīdzinoši plašā temperatūras diapazonā no 4 līdz 65°C. Paaugstinoties temperatūrai, biogāzes ražošanas ātrums palielinās, bet ne lineāri. Temperatūra 40–55°C ir pārejas zona dažādu mikroorganismu – termofilo un mezofilo baktēriju – dzīvībai svarīgai darbībai. Vislielākais anaerobās fermentācijas ātrums notiek šaurā temperatūras diapazonā no 50 līdz 55 °C. Pie fermentācijas temperatūras 10°C 90 dienas gāzes plūsmas ātrums ir 59%, bet tāds pats plūsmas ātrums fermentācijas temperatūrā 30°C notiek 27 dienās.

Pēkšņas temperatūras izmaiņas būtiski ietekmēs biogāzes ražošanu. Biogāzes stacijas projektā obligāti jāparedz tāda parametra kā temperatūras kontrole. Temperatūras izmaiņas, kas pārsniedz 5°C, būtiski samazina biogāzes reaktora veiktspēju. Piemēram, ja temperatūra biogāzes reaktorā ilgstoši būtu 35°C, bet pēc tam negaidīti pazeminātos līdz 20°C, tad biogāzes reaktora ražošana gandrīz pilnībā apstātos.

2. Potēšanas materiāls.

Lai pabeigtu metāna fermentāciju, parasti ir nepieciešams noteikts daudzums un noteikta veida mikroorganisms. Ar metāna mikrobiem bagātos nogulumus sauc par transplantāta nogulumiem. Dabā ir plaši izplatīta biogāzes fermentācija, plaši izplatītas ir arī vietas ar inokulācijas materiālu. Tās ir: notekūdeņu dūņas, dūņas, kūtsmēslu bedru grunts nogulsnes, dažādas notekūdeņu dūņas, gremošanas atliekas u.c. Pateicoties organisko vielu daudzumam un labiem anaerobiem apstākļiem, tie veido bagātīgas mikrobu kopienas.

Jaunam biogāzes reaktoram pirmo reizi pievienota sēšana var ievērojami samazināt stagnācijas periodu. Jaunā biogāzes reaktorā ir nepieciešams manuāli barot ar inokulātu. Izmantojot rūpnieciskos atkritumus kā izejvielu, tam tiek pievērsta īpaša uzmanība.

3. Anaerobā vide.

Anaerobo vidi nosaka anaerobuma pakāpe. Parasti redokspotenciālu parasti apzīmē ar Eh vērtību. Anaerobos apstākļos Eh ir negatīva vērtība. Anaerobām metāna baktērijām Eh ir robežās no -300 līdz -350 mV. Dažas baktērijas, kas ražo fakultatīvās skābes, spēj dzīvot normālu dzīvi pie Eh -100 ~ + 100 mV.

Lai nodrošinātu anaerobos apstākļus, biogāzes reaktori jābūvē cieši noslēgti, lai nodrošinātu ūdens necaurlaidību un bez noplūdes. Lielajiem rūpnieciskajiem biogāzes reaktoriem Eh vērtība vienmēr tiek kontrolēta. Mazo saimniecību biogāzes reaktoriem ir problēmas kontrolēt šo vērtību, jo ir jāiegādājas dārgas un sarežģītas iekārtas.

4. Barotnes skābuma (pH) kontrole biogāzes reaktorā.

Metanogēniem ir nepieciešams pH diapazons ļoti šaurā diapazonā. Vidējais pH=7. Fermentācija notiek pH diapazonā no 6,8 līdz 7,5. Maza mēroga biogāzes reaktoriem ir pieejama pH kontrole. Lai to izdarītu, daudzi lauksaimnieki izmanto vienreizējās lietošanas lakmusa indikatora papīra sloksnes. Lielos uzņēmumos bieži izmanto elektroniskas pH kontroles ierīces. Normālos apstākļos metāna fermentācijas līdzsvars ir dabisks process, parasti bez pH pielāgošanas. Tikai dažos nepareizas pārvaldības gadījumos parādās masveida gaistošo skābju uzkrāšanās, pH pazemināšanās.

Pasākumi paaugstināta pH skābuma ietekmes mazināšanai ir:

(1) Nomainiet daļu barotnes biogāzes reaktorā un tādējādi atšķaidiet gaistošo skābju saturu. Tas palielinās pH.

(2) Pievienojiet pelnus vai amonjaku, lai paaugstinātu pH.

(3) Noregulējiet pH ar kaļķi. Šis pasākums ir īpaši efektīvs gadījumos, kad ir īpaši augsts skābes līmenis.

5. Barotnes sajaukšana biogāzes reaktorā.

Parastā fermentācijas tvertnē fermentācija parasti sadala barotni četros slāņos: augšējā garoza, supernatants, aktīvais slānis un dūņu slānis.

Sajaukšanas mērķis:

1) aktīvo baktēriju pārvietošana uz jaunu primāro izejvielu porciju, palielinot mikrobu un izejvielu saskares virsmu, lai paātrinātu biogāzes ražošanas tempu, palielinot izejvielu izmantošanas efektivitāti.

2) izvairoties no biezas garozas slāņa veidošanās, kas rada pretestību biogāzes izdalīšanai. Sajaukšana ir īpaši prasīga tādām izejvielām kā: salmi, nezāles, lapas utt. Biezā garozas slānī tiek radīti apstākļi skābes uzkrāšanai, kas ir nepieņemami.

Sajaukšanas metodes:

1) mehāniska sajaukšana ar dažāda veida riteņiem, kas uzstādīti biogāzes reaktora darba telpā.

2) sajaukšana ar biogāzi, kas ņemta no bioreaktora augšējās daļas un ar pārspiedienu tiek padota uz apakšējo daļu.

3) maisīšana ar cirkulācijas hidraulisko sūkni.

6. Oglekļa un slāpekļa attiecība.

Efektīvu rūgšanu veicina tikai optimāla uzturvielu attiecība. Galvenais rādītājs ir oglekļa un slāpekļa attiecība (C:N). Optimālā attiecība ir 25:1. Daudzi pētījumi ir parādījuši, ka optimālās attiecības robežas ir 20-30:1, un biogāzes ražošana tiek ievērojami samazināta attiecībās 35:1. Eksperimentālie pētījumi ir parādījuši, ka biogāzes fermentācija ir iespējama pie oglekļa un slāpekļa attiecības 6:1.

7. Spiediens.

Metāna baktērijas var pielāgoties augstam hidrostatiskajam spiedienam (apmēram 40 metri vai vairāk). Bet tie ir ļoti jutīgi pret spiediena izmaiņām, un tāpēc ir nepieciešams stabils spiediens (nav pēkšņu spiediena kritumu). Būtiskas spiediena izmaiņas var rasties gadījumos, kad: būtiski palielinās biogāzes patēriņš, salīdzinoši ātri un lielā mērā tiek noslogots bioreaktors ar primārajām izejvielām vai līdzīga reaktora izkraušana no nogulsnēm (attīrīšana).

Veidi, kā stabilizēt spiedienu:

2) svaigu primāro izejvielu piegāde un tīrīšana jāveic vienlaicīgi un ar tādu pašu izplūdes ātrumu;

3) peldošo vāku uzstādīšana uz biogāzes reaktora ļauj uzturēt samērā stabilu spiedienu.

8. Aktivatori un inhibitori.

Dažas vielas pēc neliela daudzuma pievienošanas uzlabo biogāzes reaktora darbību, tādas vielas sauc par aktivatoriem. Ja citas vielas, kas pievienotas nelielos daudzumos, ievērojami kavē procesus biogāzes reaktorā, šādas vielas sauc par inhibitoriem.

Ir zināmi daudzi aktivatoru veidi, tostarp daži fermenti, neorganiskie sāļi, organiskās un neorganiskās vielas. Piemēram, pievienojot noteiktu daudzumu celulāzes enzīma, ievērojami atvieglo biogāzes ražošanu. Augstāku oksīdu (R 2 O 5) pievienošana 5 mg/kg var palielināt gāzes ražošanu par 17%. Biogāzes plūsmas ātrumu primārajām izejvielām no salmiem un tamlīdzīgiem materiāliem var ievērojami palielināt, pievienojot amonija bikarbonātu (NH 4 HCO 3). Aktivatori ir arī aktīvā ogle vai kūdra. Ūdeņraža ievadīšana bioreaktorā var ievērojami palielināt metāna ražošanu.

Inhibitori galvenokārt attiecas uz dažiem metālu jonu savienojumiem, sāļiem, fungicīdiem.

Fermentācijas procesu klasifikācija.

Metāna fermentācija ir stingri anaerobā fermentācija. Fermentācijas procesus iedala šādos veidos:

Klasifikācija pēc fermentācijas temperatūras.

Var iedalīt "dabiskā" temperatūras fermentācijā (mainīgas temperatūras fermentācija), šajā gadījumā fermentācijas temperatūra ir aptuveni 35 ° C un augstas temperatūras fermentācijas procesā (apmēram 53 ° C).

Klasifikācija pēc diferenciācijas.

Saskaņā ar diferenciālo fermentāciju var iedalīt vienpakāpes fermentācijā, divpakāpju fermentācijā un daudzpakāpju fermentācijā.

1) Vienpakāpes fermentācija.

Attiecas uz visizplatītāko fermentācijas veidu. Tas attiecas uz ierīcēm, kurās skābju un metāna ražošana notiek vienlaikus. Vienpakāpes fermentācija var būt mazāk efektīva BSP (Biological Oxygen Demand) ziņā nekā divpakāpju un daudzpakāpju fermentācija.

2) Divpakāpju fermentācija.

Pamatojoties uz atsevišķu skābju un metanogēno mikroorganismu fermentāciju. Šiem divu veidu mikrobiem ir atšķirīgas fizioloģijas un uztura prasības, ir būtiskas atšķirības augšanā, vielmaiņas īpašībās un citos aspektos. Divpakāpju fermentācija var ievērojami uzlabot biogāzes ražu un gaistošo taukskābju sadalīšanos, saīsināt fermentācijas ciklu, ievērojami ietaupīt darbības izmaksas, efektīvi noņemt organisko piesārņojumu no atkritumiem.

3) Daudzpakāpju fermentācija.

To izmanto primārajām izejvielām, kas bagātas ar celulozi šādā secībā:

(1) Veicināt celulozes materiāla hidrolīzi skābju un sārmu klātbūtnē. Tiek ražota glikoze.

(2) Uzklājiet inokulātu. Parasti tās ir aktīvās dūņas vai notekūdeņi no biogāzes reaktora.

(3) Radīt piemērotus apstākļus skābo baktēriju ražošanai (ražo gaistošās skābes): pH=5,7 (bet ne vairāk kā 6,0), Eh=-240mV, temperatūra 22°C. Šajā posmā veidojas šādas gaistošās skābes: etiķskābe, propionskābe, sviestskābe, izosviestskābe.

(4) Radīt piemērotus apstākļus metāna baktēriju ražošanai: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, temperatūra 36-37°C

Klasifikācija pēc periodiskuma.

Fermentācijas tehnoloģija tiek klasificēta sērijveida fermentācijā, nepārtrauktā fermentācijā un daļēji nepārtrauktā fermentācijā.

1) Periodiskā fermentācija.

Izejvielas un potēšanas materiālus vienlaikus iekrauj biogāzes reaktorā un pakļauj fermentācijai. Šo metodi izmanto, ja rodas grūtības un neērtības primāro izejvielu iekraušanā, kā arī atkritumu izkraušanā. Piemēram, nevis sasmalcinātus salmus vai liela izmēra organisko atkritumu briketes.

2) Nepārtraukta fermentācija.

Tas ietver gadījumus, kad vairākas reizes dienā bioreaktorā tiek iekrautas izejvielas un izvadīti fermentācijas notekūdeņi.

3) Daļēji nepārtraukta fermentācija.

Tas attiecas uz biogāzes reaktoriem, kuriem tiek uzskatīts par normālu ik pa laikam pievienot dažādas izejvielas nevienādos daudzumos. Šādu tehnoloģisko shēmu visbiežāk izmanto Ķīnas mazās saimniecības, un tā ir saistīta ar lauksaimniecības saimniekošanas īpatnībām. darbojas. Biogāzes reaktoriem daļēji nepārtrauktai fermentācijai var būt dažādas konstrukcijas atšķirības. Šīs struktūras ir aplūkotas turpmāk.

Shēma Nr.1. Biogāzes reaktors ar fiksētu vāku.

Konstrukcijas īpatnības: fermentācijas kameras un biogāzes krātuves apvienojums vienā ēkā: izejvielas rūgst apakšējā daļā; biogāze tiek uzglabāta augšējā daļā.

Darbības princips:

Biogāze izplūst no šķidruma un tiek savākta zem biogāzes reaktora pārsega tā kupolā. Biogāzes spiedienu līdzsvaro šķidruma svars. Jo lielāks gāzes spiediens, jo vairāk šķidruma iziet no fermentācijas kameras. Jo zemāks gāzes spiediens, jo vairāk šķidruma nonāk fermentācijas kamerā. Biogāzes reaktora darbības laikā tajā vienmēr atrodas šķidrums un gāze. Bet dažādās proporcijās.

Shēma Nr.2. Biogāzes reaktors ar peldošu vāku.

Shēma Nr.3. Biogāzes reaktors ar fiksētu vāku un ārējo gāzes tvertni.

Dizaina īpatnības: 1) peldošā vāka vietā ir atsevišķi izbūvēta gāzes tvertne; 2) biogāzes izplūdes spiediens ir nemainīgs.

Shēmas Nr. 3 priekšrocības: 1) ideāli piemērots biogāzes degļu darbībai, kam stingri nepieciešams noteikts spiediena rādītājs; 2) ar zemu fermentācijas aktivitāti biogāzes reaktorā ir iespējams nodrošināt stabilu un augstu biogāzes spiedienu patērētājam.

Sadzīves biogāzes reaktora būvniecības vadlīnijas.

GB/T 4750-2002 Sadzīves biogāzes reaktori.

GB/T 4751-2002 Sadzīves biogāzes reaktoru kvalitātes nodrošināšana.

GB/T 4752-2002 Sadzīves biogāzes reaktoru būvniecības noteikumi.

GB 175 -1999 Portlandcements, parasts portlandcements.

GB 134-1999 Portlendas izdedžu cements, vulkāniskā tufa cements un vieglie pelnu cements.

GB 50203-1998 Mūra celtniecība un pieņemšana.

JGJ52-1992 Kvalitātes standarts parastam smilšu betonam. Pārbaudes metodes.

JGJ53-1992 Parasta šķembu vai grants betona kvalitātes standarts. Pārbaudes metodes.

JGJ81 -1985 Parasta betona mehāniskie parametri. Pārbaudes metode.

JGJ/T 23-1992 Tehniskā specifikācija betona atsitiena spiedes stiprības pārbaudei.

JGJ70 -90 java. Pamatīpašību pārbaudes metode.

GB 5101-1998 Ķieģeļi.

GB 50164-92 Betona kvalitātes kontrole.

Hermētisks.

Biogāzes reaktora konstrukcija nodrošina iekšējo spiedienu 8000 (vai 4000 Pa). Noplūdes pakāpe pēc 24 stundām ir mazāka par 3%.

Biogāzes ražošanas vienība uz reaktora tilpumu.

Apmierinošiem biogāzes ražošanas apstākļiem tiek uzskatīts par normālu, ja uz kubikmetru reaktora tilpuma tiek saražots 0,20-0,40 m 3 biogāzes.

Parastais gāzes uzglabāšanas apjoms ir 50% no ikdienas biogāzes ražošanas apjoma.

Drošības koeficients ne mazāks par K=2,65.

Parastais kalpošanas laiks ir vismaz 20 gadi.

Tiešā slodze 2 kN/m 2.

Pamatu konstrukcijas nestspējas vērtība ir vismaz 50 kPa.

Gāzes tvertnes ir paredzētas spiedienam, kas nepārsniedz 8000 Pa, un ar peldošu vāku spiedienam ne vairāk kā 4000 Pa.

Maksimālais spiediena ierobežojums baseinam nav lielāks par 12000 Pa.

Minimālais reaktora arkas arkas biezums nav mazāks par 250 mm.

Reaktora maksimālā slodze ir 90% no tā tilpuma.

Reaktora konstrukcija paredz vietu zem reaktora pārsega gāzes flotācijai, kas ir 50% no ikdienas biogāzes saražotās produkcijas.

Reaktora tilpums ir 6 m 3, gāzes plūsmas ātrums ir 0,20 m 3 /m 3 /d.

Pēc šiem rasējumiem iespējams uzbūvēt reaktorus ar tilpumu 4 m 3, 8 m 3, 10 m 3. Šim nolūkam ir jāizmanto korekcijas izmēru vērtības, kas norādītas zīmējumu tabulā.

Sagatavošanās biogāzes reaktora būvniecībai.

Biogāzes reaktora veida izvēle ir atkarīga no raudzētās izejvielas daudzuma un īpašībām. Turklāt izvēle ir atkarīga no vietējiem hidroģeoloģiskajiem un klimatiskajiem apstākļiem un būvniecības tehnoloģijas līmeņa.

Sadzīves biogāzes reaktors jāatrodas pie tualetēm un lopkopības telpām ne tālāk kā 25 metru attālumā. Biogāzes reaktora atrašanās vietai jābūt pa vējam un saulainai uz cietas zemes ar zemu gruntsūdeņu līmeni.

Lai izvēlētos biogāzes reaktora konstrukciju, izmantojiet zemāk esošās būvmateriālu patēriņa tabulas.

3. tabula. Saliekamā betona paneļu biogāzes reaktora materiālu skala

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,828	2,148	2,508	2,956
	Cements, kg	523	614	717	845
	Smiltis, m 3	0,725	0,852	0,995	1,172
	Grants, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553
	Tilpums, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cements, kg	158	197	222	265
	Smiltis, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
cementa pasta	Cements, kg	78	93	103	120
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	759	904	1042	1230
	Smiltis, m 3	1,096	1,313	1,514	1,792
	Grants, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553

4. tabula. Saliekamā betona biogāzes reaktora materiālu skala

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,540	1,840	2,104	2,384
	Cements, kg	471	561	691	789
	Smiltis, m 3	0,863	0,990	1,120	1,260
	Grants, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Saliekamās korpusa apmetums	Tilpums, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cements, kg	158	197	222	265
	Smiltis, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
cementa pasta	Cements, kg	78	93	103	120
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	707	851	1016	1174
	Smiltis, m 3	1,234	1,451	1,639	1,880
	Grants, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Tērauda materiāli	Tērauda stieņa diametrs 12 mm, kg	14	18,98	20,98	23,00
	Tērauda stiegrojuma diametrs 6,5 mm, kg	10	13,55	14,00	15,00

5. tabula. Materiālu skala biogāzes reaktoram no lieta betona

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,257	1,635	2,017	2,239
	Cements, kg	350	455	561	623
	Smiltis, m 3	0,622	0,809	0,997	1,107
	Grants, m 3	0,959	1,250	1,510	1,710
Saliekamās korpusa apmetums	Tilpums, m 3	0,277	0,347	0,400	0,508
	Cements, kg	113	142	163	208
	Smiltis, m 3	0,259	0,324	0,374	0,475
cementa pasta	Cements, kg	6	7	9	11
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	469	604	733	842
	Smiltis, m 3	0,881	1,133	1,371	1,582
	Grants, m 3	0,959	1,250	1,540	1,710

6. tabula. Simboli uz zīmējumiem.

Apraksts	Apzīmējums uz rasējumiem
Materiāli:
Shtruba (tranšeja zemē)
Simboli:
Saite uz daļas zīmējumu. Augšējais cipars norāda daļas numuru. Apakšējais cipars norāda rasējuma numuru ar detalizētu detaļas aprakstu. Ja apakšējā skaitļa vietā ir norādīta zīme “-”, tas norāda, ka šajā zīmējumā ir sniegts detalizēts detaļas apraksts.
Detaļu griezums. Treknās līnijas norāda griezuma plakni un skata virzienu, un cipari norāda griezuma identifikācijas numuru.
Bultiņa norāda rādiusu. Cipari aiz burta R norāda rādiusa vērtību.
Bieži:
Attiecīgi elipsoīda daļēji galvenā ass un īsā ass
Garums

Biogāzes reaktoru konstrukcijas.

Īpatnības:

Galvenā baseina dizaina iezīmes veids.

Apakšā ir slīpums no ieplūdes loga līdz izplūdes logam. Tas nodrošina pastāvīgas kustīgas plūsmas veidošanos. Zīmējumos Nr.1-9 redzamas trīs veidu biogāzes reaktoru konstrukcijas: A tips, B tips, C tips.

A tipa biogāzes reaktors: visvienkāršākais risinājums. Šķidrās vielas izvadīšanu nodrošina tikai caur izplūdes logu ar biogāzes spiediena spēku fermentācijas kamerā.

Biogāzes reaktors B tips: Galvenais baseins ir aprīkots ar vertikālu cauruli centrā, pa kuru ekspluatācijas laikā var veikt šķidrās vielas padevi vai izvadīšanu atkarībā no nepieciešamības. Turklāt, lai veidotu vielas plūsmu caur vertikālu cauruli, šāda veida biogāzes reaktoram galvenā baseina apakšā ir atstarojošs (deflektors) deflektors.

C tipa biogāzes reaktors: tā uzbūve ir līdzīga B tipa reaktoram, taču tas ir aprīkots ar vienkāršu virzuļa rokas sūkni, kas uzstādīts centrālajā vertikālajā caurulē, kā arī citiem deflektoriem galvenā baseina apakšā. Šīs konstrukcijas īpašības ļauj efektīvi kontrolēt galveno tehnoloģisko procesu parametrus galvenajā baseinā, pateicoties eksprestestu vienkāršībai. Un arī izmantot biogāzes reaktoru kā biogāzes baktēriju donoru. Šāda veida reaktorā substrāta difūzija (maisīšanās) notiek pilnīgāk, kas savukārt palielina biogāzes iznākumu.

Fermentācijas īpašības:

Process sastāv no potēšanas materiāla izvēles; primāro izejvielu sagatavošana (blīvuma regulēšana ar ūdeni, skābuma regulēšana, potēšanas materiāla ievadīšana); fermentācija (substrātu sajaukšanas un temperatūras kontrole).

Kā fermentācijas materiāls tiek izmantoti cilvēku izkārnījumi, kūtsmēsli, putnu mēsli. Ar nepārtrauktu fermentācijas procesu tiek radīti salīdzinoši stabili apstākļi efektīvai biogāzes reaktora darbībai.

Dizaina principi.

Atbilstība "trīsvienības" sistēmai (biogāze, tualete, šķūnis). Biogāzes reaktors ir vertikāla cilindriska tvertne. Cilindriskās daļas augstums ir H=1 m. Tvertnes augšdaļai ir izliekta velve. Velves augstuma attiecība pret cilindriskās daļas diametru f 1 /D=1/5. Apakšā ir slīpums no ieplūdes loga uz izplūdes logu. Slīpuma leņķis 5 grādi.

Tvertnes konstrukcija nodrošina apmierinošus fermentācijas apstākļus. Substrāta kustība notiek gravitācijas ietekmē. Sistēma darbojas ar pilnu tvertnes jaudu un kontrolē sevi pēc izejvielu uzturēšanās laika, palielinot biogāzes ražošanu. B un C tipa biogāzes reaktoriem ir papildu ierīces substrāta apstrādei.

Tvertnes iekraušana ar izejvielām var nebūt pabeigta. Tas samazina gāzes jaudu, nezaudējot efektivitāti.

Zemas izmaksas, vienkārša darbība, plaša izplatīšana.

Būvmateriālu apraksts.

Biogāzes reaktora sienu, dibena, arkas materiāls ir betons.

Kvadrātveida sekcijas, piemēram, padeves kanālu, var izgatavot no ķieģeļiem. Betona konstrukcijas var izgatavot, lejot betona maisījumu, bet var izgatavot no saliekamiem betona elementiem (piemēram: ieplūdes loga pārsegs, baktēriju būris, centrālā caurule). Baktēriju tvertnei ir apaļš šķērsgriezums, un tā sastāv no saplīsušas olu čaumalas, kas ievietota bizē.

Būvniecības darbību secība.

Veidņu liešanas metode ir šāda. Uz zemes tiek iezīmētas topošā biogāzes reaktora kontūras. Augsne tiek noņemta. Vispirms ielej apakšā. Apakšā ir uzstādīts veidnis betona liešanai ap gredzenu. Sienas tiek izlietas, izmantojot veidņus un pēc tam arkveida velvi. Veidņi var būt tērauda, ​​koka vai ķieģeļu. Uzpildīšana tiek veikta simetriski un stiprībai tiek izmantotas blietēšanas ierīces. Pārmērīgs plūstošais betons tiek noņemts ar lāpstiņu.

Konstrukciju rasējumi.

Būvniecība tiek veikta pēc rasējumiem Nr.1-9.

Zīmējums 1. Biogāzes reaktors 6 m 3 . A tips:

Zīmējums 2. Biogāzes reaktors 6 m 3 . A tips:

Biogāzes reaktoru būvniecība no saliekamām betona plātnēm ir progresīvāka būvniecības tehnoloģija. Šī tehnoloģija ir ideālāka, jo ir viegli ieviest izmēru precizitāti, samazinot būvniecības laiku un izmaksas. Konstrukcijas galvenā iezīme ir tāda, ka reaktora galvenie elementi (arkveida jumts, sienas, kanāli, vāki) tiek ražoti tālu no uzstādīšanas vietas, pēc tam tiek transportēti uz uzstādīšanas vietu un samontēti uz vietas lielā bedrē. Saliekot šādu reaktoru, galvenā uzmanība tiek pievērsta uzstādīšanas precizitātes saskaņošanai horizontāli un vertikāli, kā arī sadursavienojumu blīvuma saskaņošanai.

Zīmējums 13. Biogāzes reaktors 6 m 3 . Sīkāka informācija par biogāzes reaktoru no dzelzsbetona plātnēm:

Zīmējums 14. Biogāzes reaktors 6 m 3 . Biogāzes reaktora montāžas elementi:

Zīmējums 15. Biogāzes reaktors 6 m 3 . Dzelzsbetona reaktora montāžas elementi:

Saimniecības katru gadu saskaras ar kūtsmēslu iznīcināšanas problēmu. Tiek izšķiesti ievērojami līdzekļi, kas nepieciešami tā izvešanas un apbedīšanas organizēšanai. Bet ir veids, kas ļauj ne tikai ietaupīt naudu, bet arī likt šim dabīgajam produktam kalpot jums par labu.

Apdomīgi saimnieki jau sen praksē izmanto ekotehnoloģijas, kas ļauj iegūt biogāzi no kūtsmēsliem un iegūto izmantot kā degvielu.

Tāpēc mūsu materiālā runāsim par biogāzes ražošanas tehnoloģiju, runāsim arī par to, kā uzbūvēt bioenerģijas staciju.

Nepieciešamā tilpuma noteikšana

Reaktora tilpumu nosaka, pamatojoties uz saimniecībā saražoto kūtsmēslu daudzumu dienā. Jāņem vērā arī izejvielu veids, temperatūra un fermentācijas laiks. Lai iekārta darbotos pilnībā, tvertne ir piepildīta līdz 85-90% no tilpuma, vismaz 10% jāpaliek brīvam, lai gāze varētu izplūst.

Organisko vielu sadalīšanās process mezofilā iekārtā pie vidējās temperatūras 35 grādi ilgst no 12 dienām, pēc tam tiek izvadīti fermentētie atlikumi un reaktors tiek piepildīts ar jaunu substrāta porciju. Tā kā atkritumi pirms nosūtīšanas uz reaktoru tiek atšķaidīti ar ūdeni līdz 90%, tad, nosakot dienas slodzi, jāņem vērā arī šķidruma daudzums.

Pamatojoties uz dotajiem rādītājiem, reaktora tilpums būs vienāds ar sagatavotā substrāta (kūtsmēslu ar ūdeni) dienas daudzumu, kas reizināts ar 12 (laiks, kas nepieciešams biomasas sadalīšanai) un palielināts par 10% (konteinera brīvais tilpums).

Pazemes būves celtniecība

Tagad parunāsim par vienkāršāko instalāciju, kas ļauj iegūt par viszemākajām izmaksām. Apsveriet iespēju izveidot pazemes sistēmu. Lai to izgatavotu, jāizrok bedre, tās pamatne un sienas tiek izlietas ar armētu keramzītbetonu.

No kameras pretējām pusēm ir redzamas ieplūdes un izplūdes atveres, kurās tiek montētas slīpas caurules substrāta padevei un atkritumu masas izsūknēšanai.

Izplūdes caurulei ar diametru aptuveni 7 cm jāatrodas gandrīz pašā bunkura apakšā, tās otrs gals ir uzstādīts taisnstūrveida kompensācijas konteinerā, kurā tiks izsūknēti atkritumi. Cauruļvads pamatnes padevei atrodas aptuveni 50 cm attālumā no apakšas un tā diametrs ir 25-35 cm. Caurules augšdaļa nonāk nodalījumā izejvielu saņemšanai.

Reaktoram jābūt pilnībā noslēgtam. Lai izslēgtu gaisa iekļūšanas iespēju, tvertne jāpārklāj ar bitumena hidroizolācijas slāni.

Bunkura augšējā daļa ir gāzes turētājs ar kupola vai konusa formu. Tas ir izgatavots no metāla loksnēm vai jumta dzelzs. Ir iespējams arī pabeigt konstrukciju ar ķieģeļu mūri, kas pēc tam tiek apšūta ar tērauda sietu un apmesta. Gāzes tvertnes augšpusē ir jāizveido noslēgta lūka, jānoņem gāzes caurule, kas iet caur ūdens blīvējumu, un jāuzstāda vārsts, lai atbrīvotu gāzes spiedienu.

Pamatnes sajaukšanai iekārtu var aprīkot ar drenāžas sistēmu, kas darbojas pēc burbuļošanas principa. Lai to izdarītu, vertikāli nostipriniet plastmasas caurules konstrukcijas iekšpusē tā, lai to augšējā mala būtu virs pamatnes slāņa. Iedur tajos daudz caurumu. Gāze zem spiediena samazināsies, un, paceļoties uz augšu, gāzes burbuļi sajauc tvertnē esošo biomasu.

Ja nevēlaties būvēt betona bunkuru, varat iegādāties gatavu PVC konteineru. Lai saglabātu siltumu, tas jāpārklāj ar siltumizolācijas slāni - putupolistirolu. Bedres dibens ir piepildīts ar dzelzsbetonu ar slāni 10 cm.Polivinilhlorīda tvertnes var izmantot, ja reaktora tilpums nepārsniedz 3 m3.

Secinājumi un noderīgs video par tēmu

Kā veikt vienkāršāko uzstādīšanu no parastas mucas, jūs uzzināsit, noskatoties videoklipu:

Vienkāršāko reaktoru var izgatavot dažu dienu laikā ar savām rokām, izmantojot pieejamos rīkus. Ja saimniecība ir liela, tad vislabāk ir iegādāties gatavu instalāciju vai sazināties ar speciālistiem.