Ražošanas shēmas biogāzes ražošanai. Pašražotā biogāze Biogāzes veidi

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 indekss) (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), ikdienas 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 pie fermentācijas temperatūras 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 un 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, būtiski 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 Dzīvojamo 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 zem reaktora pārsega atrasties gāzes flotācijas vietai, 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.

B tipa biogāzes reaktors: 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 dizaina iezīmes 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:

Biodegviela jeb biogāze ir dažādu gāzu maisījums, ko iegūst īpašu mikroorganismu (baktēriju un arheju) darbības rezultātā, kas barojas ar dažādām organiskām vielām, tajā skaitā kūtsmēsliem.

Pēc tā saņemšanas kūtsmēsli vai pakaiši tiek pārveidoti par augstas kvalitātes mēslojumu, kas satur kāliju, slāpekli, fosforu un augsni veidojošas skābes.

Kūtsmēslu pārstrādes biodegvielā priekšrocības ir acīmredzamas, tās ir:

• siltumnīcefekta gāzu emisiju samazināšana;
• samazinot neatjaunojamo degvielu patēriņu;
• ekskrementu attīrīšana no helmintiem, kā arī dažādiem patogēniem;
• iespēja pārstrādāt virtuves atkritumus.

Mēs jau rakstā runājām par citiem kūtsmēslu pārstrādes un pārstrādes veidiem.

• par biogāzes iegūšanas tehnoloģiju no kūtsmēsliem;
• par to, kas paātrina vai palēnina šos procesus, kā arī ietekmē kopējo degvielas daudzumu;
• kādi drošības pasākumi jāveic;
• Kā tiek izmantota rafinētā degviela?
• Cik izdevīga ir biogāzes ražošana?

Kūtsmēsli, tāpat kā pakaiši, ir ne tikai dzīvnieku ekskrementi, bet arī ļoti sarežģīta viela.

Tas pilns ar dažādiem mikroorganismiem, kas ir iesaistīti daudzos ķīmiskos un fizikālos procesos.

Atrodoties zarnās, tie apstrādā pārtiku, iznīcina sarežģītas organiskās ķēdes, pārvēršot tās vienkāršās vielās, kas piemērotas uzsūkšanai caur zarnu sieniņām.

Tajā pašā laikā mikroorganismu skaitu un aktivitāti koriģē kuņģa sula un zarnu izdalītās vielas.

Pēc ieiešanas bioreaktorā daži no tiem sāk intensīvi absorbēt skābekli, dzīves laikā izdalot dažādas gāzes. Tieši viņi sadala sarežģītos organiskos savienojumus, pārvēršot tos par vielām, kas piemērotas metānu veidojošo mikroorganismu barošanai.

Šis procesu sauc par hidrolīzi vai fermentāciju. Skābekļa līmenim nokrītot līdz kritiskajai vērtībai, šie mikroorganismi iet bojā un pārstāj piedalīties notiekošajos procesos, un to darbu veic anaerobās arhejas, tas ir, skābeklis tiem nav vajadzīgs.

Lielākā daļa cilvēku domā metanogēnie mikroorganismi baktērijas, ar to saprotot to nelielo izmēru, taču zinātnieki nesen (1990. gadā) tās attiecināja uz metanogēniem, tas ir, arheobaktērijām (archaea), kas barojas ar ūdeņradi un oglekļa monoksīdu (oglekļa monoksīdu).

Tās atšķiras no baktērijām pēc savas struktūras, bet ir salīdzināmas ar tām pēc izmēra. Tāpēc daudzi mēslošanas līdzekļu ražotāji tos joprojām sauc par baktērijām, jo ​​vidusmēra biodegvielas ierīču lietotāja līmenī abi nosaukumi ir vienlīdz pareizi.

Metānu veidojošie mikroorganismi barojas ar šķelto organisko vielu, pārvēršot to sapropelī (grunts dūņas, kas sastāv no organisko un neorganisko vielu maisījuma, starp kurām ir arī humīnskābes, kas ir augsnes organiskais pamats) un ūdenī ar metāna izdalīšanos.

Tā kā sabrukšanas procesā ir iesaistīti ne tikai metānu veidojošie mikroorganismi, gāze, ko tie izdala, sastāv ne tikai no metāna, bet arī ietver:

• oglekļa dioksīds;
• Ūdeņraža sulfīds;
• slāpeklis;
• gaisa-ūdens dispersija.

dalīties katra gāze atkarīgs no attiecīgo mikroorganismu skaita un aktivitātes kuras ietekmē daudzi faktori.

Starp viņiem:

• bioreaktora satura cieto frakciju lielums;
• šķidro/cieto organisko frakciju procentuālais daudzums;
• materiāla sākotnējais sastāvs;
• temperatūra;
• šiem mikroorganismiem piemēroto uzturvielu līdzsvaru pašreizējā brīdī.

Metānu veidojošo mikroorganismu darbība

visu biodegvielas ražošanas procesā iesaistīto mikroorganismu darbība, tieši atkarīgs no apkārtējās vides temperatūras, tomēr pūšanas mikroorganismiem ir vismazākā atkarība.

Lai gan daži no tiem izdala arī metānu, kopējais šīs gāzes daudzums samazinās, temperatūrai samazinoties, bet citu gāzu daudzums palielinās.

5–25 grādu temperatūrā iedarbojas tikai psihofīlie metanogēni. ar minimālu veiktspēju. Arī citi procesi palēninās, bet pūšanas baktērijas ir diezgan aktīvas, tāpēc maisījums diezgan ātri sāk pūt, pēc kā tajā ir grūti uzsākt metāna ražošanas procesus.

Sildīšana līdz temperatūrai 30-42 grādi(mezofilais process) palielina mezofilo aktivitāti metanogēni, kuriem nav īpaši augsta veiktspēja, un to galvenie konkurenti - pūšanas baktērijas jūtas diezgan ērti.

Pie temperatūras 54-56 grādi(termofīlais process) sāk darboties termofīli mikroorganismi, kuriem ir maksimālā spēja ražot metānu, kas ne tikai palielina biogāzes iznākumu, bet arī palielina metāna īpatsvaru tajā.

Turklāt tiek krasi samazināta to galveno konkurentu, pūšanas mikroorganismu, aktivitāte, saistībā ar kuru tiek samazinātas šķelto organisko vielu izmaksas citu gāzu un dūņu ražošanai.

Jebkuri metanogēni papildus gāzei izdala arī siltumenerģiju, bet efektīvi tikai mezofīlās baktērijas spēj uzturēt komfortablu temperatūru. Termofīlie mikroorganismi izdala mazāk enerģijas, tāpēc to aktīvai pastāvēšanai substrāts ir jāuzsilda līdz optimālajai temperatūrai.

Kā palielināt izlaidi?

Tā kā metāna ražotāji ir metanogēni, lai palielinātu gāzes ieguvi, tas ir nepieciešams radīt šiem mikroorganismiem visērtākos apstākļus.

To var panākt tikai visaptverošā veidā, kas ietekmē visus posmus no kūtsmēslu savākšanas un sagatavošanas līdz atkritumu izvadīšanai un gāzu attīrīšanas metodēm.

Metanogēni nevar efektīvi sagremot cietos fragmentus, tāpēc kūtsmēslus / pakaišus, kā arī citas organiskas vielas, piemēram, pļautu zāli un citas ir jāsamazina, cik vien iespējams.

Jo mazāks ir lielo fragmentu izmērs, kā arī mazāks to procentuālais daudzums, jo vairāk materiāla var apstrādāt baktērijas. Turklāt ļoti svarīgs ir pietiekams ūdens daudzums, tāpēc kūtsmēsli vai pakaiši ir jāatšķaida ar ūdeni līdz noteiktai konsistencei.

Jāciena līdzsvars starp metanogēniem un baktērijām, sadalot organiskās vielas vienkāršās sastāvdaļās, īpaši sadalot taukus.

Ja ir metanogēnu pārpalikums, tie ātri izstrādās pieejamās barības vielas, pēc tam strauji kritīsies to produktivitāte, bet palielināsies pūšanas mikroorganismu aktivitāte, kas organiskās vielas pārstrādā humusā citādi.

Ja būs organisko vielu sadalošo baktēriju pārpalikums, tad ogļskābās gāzes īpatsvars biogāzē strauji palielināsies, tāpēc pēc gatavā produkta attīrīšanas to būs ievērojami mazāk.

Stacionārā stāvoklī bioreaktora saturs tiek noslāņots pēc blīvuma, kā dēļ tikai daļa metānu veidojošo mikroorganismu saņem pietiekamu daudzumu uztura, tāpēc laiku pa laikam jāapmaisa. pakaiši / kūtsmēsli bioreaktorā.

Iegūtajām dūņām ir lielāks blīvums nekā kūtsmēslu ūdens šķīdumam, tāpēc tās nosēžas apakšā, no kurienes tās ir jānoņem, lai atbrīvotu vietu jaunai ekskrementu partijai.

Gatavā produkta attīrīšana samazina biogāzes apjomu, bet strauji palielina siltumspēju. Lai nepazaudētu gatavu biogāzi, tai jābūt augšupielādēt iepriekš sagatavotās krātuvēs(gāzes turētāji), no kuriem tas pēc tam tiks piegādāts patērētājiem.

Ražošanas tehnoloģija un aprīkojums

Slēgts tehnoloģiskais cikls, kas nozīmē minimālu ārējās enerģijas izmantošanu, ietver:

• kūtsmēslu savākšana un sagatavošana;
• bioreaktora noslogošana un apkope;
• atkritumu izvešana un apglabāšana;
• gāzes attīrīšana;
• elektroenerģijas un siltumenerģijas ražošana.

Materiāla savākšana un sagatavošana

Kūtsmēslu uztvērējā savāktajos ekskrementos ir daudz lielu fragmentu, tāpēc tie sasmalcina ar jebkuru piemērotu dzirnaviņas. Bieži vien šo funkciju veic sūknis, kas iesūknē materiālu bioreaktorā.

Manuāli vai izmantojot automatizētas sistēmas, nosakiet produkta mitruma līmeni un, ja nepieciešams, pievienojiet tam tīru, nehlorētu ūdeni.

Ja izejvielai tiek pievienota zaļā masa (pļautā zāle u.c.), lai palielinātu biogāzes apjomu, tad to arī iepriekš sasmalcina, izmantojot.

Sasmalcina un, ja nepieciešams, pilda ar zaļo masu substrāts tiek filtrēts, pēc tam iesūknēts konteinerā, kas atrodas netālu no bioreaktora.

Tas satur lietošanai gatavu šķīdumu uzkarsē līdz vajadzīgajai temperatūrai(atkarībā no fermentācijas režīma) un pēc iepildīšanas lej bioreaktorā, kuru no visām pusēm ieskauj ūdens apvalks.

Šāda sildīšanas metode nodrošina vienādu temperatūru visos satura slāņos, un daļa saražotās gāzes tiek izmantota dzesēšanas šķidruma (ūdens) sildīšanai (pirmo slodžu laikā dzesēšanas šķidrums būs jāuzsilda uz trešās partiju enerģijas avoti). Tomēr ir iespējamas arī citas satura sildīšanas metodes.

1-3 reizes dienā saturu sajauc lai izvairītos no spēcīgas noslāņošanās un uzlabotu kūtsmēslu pārstrādes gāzē efektivitāti.

Baktēriju radītā gāze uzkrājas reaktora augšējā daļā, kas rada nelielu pozitīvu spiedienu. Atlase gāze ieejot gāzes tvertnē periodiski kad sasniegts noteikts spiediens vai nepārtraukti, tādā gadījumā izņemamās gāzes daudzumu regulē, lai uzturētu vajadzīgo spiedienu.

Drenāža un atkritumu izvešana

Pilnībā sadalījies materiāls, pateicoties lielākam blīvumam, nosēžas reaktora apakšā un starp to un aktīvāko slāni parādās atkritumu šķidruma slānis. Tāpēc pirms sajaukšanas to noņem kopā ar daļu no dūņām, kuras pēc tam tiek atdalītas.

Abu veidu atkritumi ir spēcīgi dabīgie mēslošanas līdzekļi- šķidrums paātrina augu attīstību, un dūņas uzlabo augsnes struktūru / kvalitāti un satur humusvielas.

Tāpēc abu veidu atkritumus var pārdot, kā arī izmantot savos laukos. Ja atkritumus nav plānots uzreiz sadalīt frakcijās, tad tie periodiski jāsamaisa, lai dūņas nesaslīdētu, pretējā gadījumā konteinera iztukšošanas laikā tās būs grūti izņemt.

Gāzes tīrīšana

Biogāzes attīrīšanai tiek izmantoti vairāki tehniskie risinājumi, no kuriem katrs ir vērsts uz noteiktas vielas izņemšanu no tās sastāva. Ūdens tiek noņemts ar kondensāta palīdzību, kam produkts vispirms tiek uzkarsēts, pēc tam izvadīts caur aukstu cauruli, uz kuras sieniņām nosēžas ūdens pilieni.

Ūdeņraža sulfīds un oglekļa dioksīds noņem ar sorbentiem pie augsta spiediena. Pareizi uzbūvēta attīrīšanas līnija paaugstina metāna saturu līdz 93-98%, kas pārvērš biogāzi par ļoti efektīvu degvielu, kas spēj konkurēt ar citām gāzveida degvielām.

Mājās nav iespējams izgatavot nopietnu tīrīšanas aprīkojumu, tomēr gatavo produktu var izlaist caur ūdeni ar augstu spiedienu, kā rezultātā oglekļa dioksīds tiks pārvērsts oglekļa dioksīdā.

Tajā pašā laikā ūdens ir pastāvīgi jāmaina, jo tā spēja absorbēt oglekļa dioksīdu ir ierobežota. Notekūdeņi ir jāuzsilda (izdalīsies oglekļa dioksīds), pēc tam tos atkal var izmantot tīrīšanai. Bet pat šādā veidā pieredzējušam ķīmiķim jātīra gatavais produkts, spēj izvēlēties vēlamo temperatūru un spiedienu.

Siltuma un elektroenerģijas ražošana

Pateicoties augstajai siltumspējai, attīrīta biogāze ir laba piemērots ģeneratoru un dažādu apkures ierīču darbināšanai.

Tas samazina gatavās gāzes iznākumu, bet novērš nepieciešamību pēc papildu enerģijas avotiem, izņemot pirmās dienas, līdz bioreaktors sasniedz pilnu jaudu.

Lai iekšdedzes dzinējus pārvērstu par metānu, ir nepieciešams iestatiet pareizo aizdedzes leņķi, jo šīs degvielas oktānskaitlis ir 105-110 vienības. To var izdarīt gan mehāniski (pagriežot sadalītāju), gan mainot elektroniskā vadības bloka programmu.

Ja dzinējs darbosies tikai ar metānu, neizmantojot benzīnu, tad tas jāpastiprina, palielinot kompresijas pakāpi.

Tas ne tikai palielinās motora efektivitāti, ļaujot rūpīgāk izmantot gāzi, bet arī lai dzinējs kalpotu ilgāk, jo jo zemāka ir kompresijas pakāpe, jo augstāka ir temperatūra sadegšanas kamerā, kas nozīmē, ka jo lielāka ir virzuļu vai vārstu sadedzināšanas iespējamība.

Apkures iekārtu pārveidošanai uz biogāzi, ieskaitot karstā ūdens katlus, jums ir jāizvēlas pareizā izmēra strūkla lai saražotā siltuma daudzums atbilstu darba režīmam. Tas ir īpaši svarīgi sistēmām ar automātisko vadību, kas darbojas saskaņā ar noteiktu programmu.

Bioreaktora tilpums

Bioreaktora tilpumu aprēķina, pamatojoties uz organisko vielu pilnīgas pārstrādes ciklu, kas paredzēts:

• mezofilais process 12-30 dienas;
• termofīlais process 3-10 dienas.

Reaktora tilpums definēts šādi- reiziniet ikdienas kūtsmēslu daudzumu, kas atšķaidīts līdz vajadzīgajam mitruma saturam (90%), ar maksimālo dienu skaitu, kas nepieciešams pilnīgai sabrukšanai, tad rezultāts tiek palielināts par 10–30%.

Šāds palielinājums nepieciešams, lai izveidotu pirmo gāzes tvertni, kurā uzkrāsies radītā gāze.

Performance

Neskatoties uz to, ka pie jebkura temperatūras režīma kopējais gāzes iznākums ir aptuveni vienāds, pastāv būtiska atšķirība - iegūt to 3-5 dienās pie maksimālās produktivitātes vai savākt mēneša laikā.

Tāpēc produktivitāti var palielināt tikai palielinot pārstrādātā materiāla apjomu, un līdz ar to lielāka bioreaktora izmantošana.

Pāreja uz termofīlo procesu ļauj palielināt produktivitāti pat ar reaktora tilpuma samazināšanos, taču šajā gadījumā ar maisījuma sildīšanu saistītās izmaksas strauji palielinās.

Aptuvenie parametri biogāzes produkciju no dažāda veida kūtsmēsliem / mēsliem, kā arī citiem materiāliem, mēs apsvērsim tālāk tabulās. Lai norādītās vērtības pārvērstu tonnās gatavā maisījuma ar mitruma saturu 90%, otrās kolonnas dati jāreizina ar 80–120.

Šī izplatība ir saistīta ar:

• dzīvnieku vai putnu barošanas īpatnības;
• gultasveļas materiāls un pieejamība;
• slīpēšanas efektivitāte.

Dzīvnieku un mājputnu atkritumi

Izejvielu veids	Gāzes izlaide (m 3 uz kg sausnas)	Metāna saturs (%)
Liellopu kūtsmēsli	0,250 — 0,340	65
Cūku kūtsmēsli	0,340 — 0,580	65-70
putnu mēsli	0,310-0,620	60
Zirgu mēsli	0,200 — 0,300	56-60
aitu kūtsmēsli	0,300 — 0,620	70

Sadzīves atkritumi

Veģetācija

Rentabilitātes novērtējums

Izvērtējot rentabilitāti, jāņem vērā visa veida ienākumi un izdevumi, arī netiešie.

Piemēram, elektroenerģijas ražošana savām vajadzībām ļauj atteikties no tā iegādes un atsevišķos gadījumos arī no ieguldījumiem komunikācijās, ko var attiecināt uz netiešajiem ienākumiem.

Viens no netiešo ienākumu veidiem ir nekādu pretenziju no blakus esošo zemju iedzīvotājiem, ko izraisa nepatīkama smaka, kas izdala kaudzēs izgāztus kūtsmēslus. Galu galā Krievijas Federācijas likumi garantē personai tiesības elpot tīru gaisu, tāpēc, vēršoties tiesā, šāds prasītājs var labi uzvarēt procesā un uzlikt par pienākumu kūtsmēslu ražotājam novērst nepatīkamo smaku par saviem līdzekļiem.

Kūtsmēslu vai mēslu izgāšana kaudzēs ne tikai sabojā gaisu, bet arī rada nopietnus draudus augsnei un gruntsūdeņiem. Dabiski trūdoša organisko vielu kaudze krasi palielina augsnes skābumu un izsūc no tās slāpekli, tāpēc pat pēc dažiem gadiem šajā vietā ir grūti kaut ko izaudzēt.

Jebkuri ekskrementi satur helmintus un dažādu slimību ierosinātājus, kas, nonākuši gruntsūdeņos, var iekļūt ūdensvadā vai akā, kas radīs draudus dzīvniekiem un cilvēkiem.

Līdz ar to iespēja bīstamos atkritumus pārstrādāt salīdzinoši drošā dūņā un rūpnieciskajā ūdenī ir attiecināma uz ļoti lieliem netiešajiem ienākumiem.

Netiešās izmaksas ietver gāzes patēriņš, lai ražotu elektroenerģiju un sildītu dzesēšanas šķidrumu. Turklāt rentabilitāti ietekmē iespēja pārdot pārstrādes atkritumus, tas ir, žāvētas vai mitras dūņas (dūņas) un attīrītu procesa ūdeni, kas piesātināts ar dažādiem mikroelementiem.

Daudz kas ir atkarīgs no kapitālieguldījumu lieluma, jo visu aprīkojumu var iegādāties no pazīstama uzņēmuma un par diezgan augstu cenu, vai arī daļu no tā var izdarīt pats.

Tikpat svarīgi ir automatizācijas līmenis, jo jo augstāks, jo mazāk vajag strādnieku, kas nozīmē, ka ir mazāki izdevumi algām un nodokļu nomaksai par tiem.

Ar pareizo iekārtu izvēli un kompetentu visa procesa organizēšanu, biogāzes ražošana atmaksājas dažu gadu laikā pat bez attīrītas biogāzes pārdošanas.

Galu galā ienākumi var būt:

• ievērojams izmaksu samazinājums, kas saistīts ar ekskrementu iznīcināšanu;
• zemes auglības paaugstināšana, mēslojot ar tehnisko ūdeni un dūņām;
• enerģijas iegādes izmaksu samazināšana;
• samazināt mēslošanas līdzekļu iegādes izmaksas.

Drošības pasākumi

Biogāzes ražošana ir ļoti bīstams process, jo ir jāstrādā ar toksiskiem un sprādzienbīstamiem materiāliem. Tāpēc pastiprināti drošības pasākumi ir jāveic visos posmos – no iekārtas projekta izstrādes līdz attīrītas gāzes transportēšanai līdz gala patērētājiem un atkritumu apglabāšanai.

Šī iemesla dēļ bioreaktora projekta izstrādi un tā izgatavošanu labāk uzticēt profesionāļiem. Ja tas jādara pašam, tad par pamatu vēlams ņemt masveidā ražotas ierīces un rūpīgi pārbaudīt to blīvējumu.

Pat neliela sprauga vai plaisa reaktorā vai gāzes tvertnē izraisīs gaisa noplūdi un radīs lielu varbūtību, ka veidosies sprādzienbīstams metāna un skābekļa maisījums.

Turklāt, uzņemtais skābeklis negatīvi ietekmēs metanogēnu darbību, kā dēļ metāna ikdienas ražošana samazināsies, un ar pietiekamu skābekļa daudzumu tā pilnībā apstāsies. Metāna vai jēlgāzes noplūde telpā radīs saindēšanās risku un lielu sprādziena risku.

Visa procesa organizācijai un tehniskajai izpildei pilnībā jāatbilst šiem dokumentiem.:

Plusi un mīnusi salīdzinājumā ar citām degvielām

Lai salīdzinātu dažādus degvielas veidus un turklāt dažādus enerģijas veidus, ir jānosaka, kuri parametri ir jāsalīdzina. Tajā pašā laikā ir nekorekti salīdzināt pašizmaksu, jo parastā biogāzes cena tikai kļūs pēc atmaksāšanās perioda.

Tāpat nav pareizi salīdzināt pēc siltumspējas, jo degviela ar zemāku siltumspēju ne vienmēr ir sliktāka par augstāku siltumspēju.

Piemēram, malkai ir zemāka siltumspēja nekā dīzeļdegvielai, taču daudzos gadījumos tas ir piemērotāks degvielas veids.

Tāpēc Pēc šādiem parametriem varat salīdzināt dažādus degvielas un enerģijas veidus, kā:

1. Piemērots lietošanai automašīnās, elektroenerģijas ģeneratoros un apkures sistēmās (punktos, 1 punkts - piemērots visiem, 2 punkti - dažiem, 3 punkti - jebkuram).
2. Nepieciešamība izveidot īpašus apstākļus uzglabāšanai (1 punkts - iespējams jebkuros apstākļos, 2 punkti - nepieciešami īpaši konteineri, 3 punkti - papildus īpašajiem konteineriem nepieciešams papildu aprīkojums, 4 punkti - uzglabāšana nav iespējama).
3. Grūtības pārbūvēt aprīkojumu uz citu degvielu vai enerģiju (1 punkts - minimālas izmaiņas, ko var veikt pat cilvēks bez pieredzes; 2 - izmaiņas, kas pieejamas vairāk vai mazāk zinošam amatierim un kurām nav nepieciešams īpaši specializēts aprīkojums, 3 punkti - nepieciešamas būtiskas izmaiņas).
4. Negatīvā ietekme uz vidi (punktos, 1 - vismazāk, 2 punkti - vidēji, 3 punkti - maksimāli);
5. Vai degviela vai enerģija ir atjaunojama (punktos, 1 punkts - pilnībā (piemēram, vējš vai saules gaisma); 2 punkti - nosacīti, tas ir, noteiktos apstākļos vai pēc kādas darbības, 3 punkti - nē).
6. Vai tas ir atkarīgs no reljefa, gadalaika un laikapstākļiem (punktos, 1 punkts - nē, 2 punkti - daļēji, 3 punkti - atkarīgs no visa).

Degvielas vai enerģijas nosaukums	Parametri salīdzināšanai
	Lietošanas iespējas	Uzglabāšana	Aprīkojums	Ietekme uz vidi	Atjaunojamība	Atkarība no ārējiem faktoriem
Attīrīta biogāze (metāna saturs 95-99%)	1	3	1–2	1	1	1
Propāns	1	2–3	1–2	2	3	1
Benzīns	1	2	2	3	3	1
mazuts	3	2	3	3	3	1
dīzeļdegviela	2	2	3	3	3	1
Malka	3	1	3	2	1	2
Ogles	3	1	3	2	3	2
Elektrība	1	4	3	1	2	1
Vēja enerģija	2	4	3	1–2	1	3
Saules enerģija	2	4	3	1	1	3
Ūdens kustības enerģija (upes)	2	4	3	1–2	1	3

Atļaujas saņemšana

Neskatoties uz to, ka kūtsmēsli pieder trešajai bīstamības klasei, tas ir, vidēji bīstami atkritumi, kas paredzēti apglabāšanai jāsaņem licence.

Taču tas attiecas tikai uz tiem gadījumiem, kad tiks pārdota biogāze vai no tās iegūtā elektroenerģija.

Turklāt licence ir nepieciešama, ja bioreaktors darbosies ar iegādātajām izejvielām. Ja iegūtā biogāze tiks izmantota tikai tā ražotāja vajadzībām, tad licence nav jāsaņem.

Turklāt tas ir nepieciešams saņemt būvatļauju, kā arī saskaņot projektu aršādas nodaļas:

• Rostechnadzor;
• Ugunsdzēsības inspekcija;
• Gāzes serviss.

Dažkārt mazo un ne pārāk mazo saimniecību īpašnieki nevērīgi izturas pret saskaņojumiem un atļaujām, jo ​​visu būvē uz savas zemes un pārstrādāto produkciju nevienam nepārdod.

Šāda nostāja draud ar nopietnu naudas sodu, jo biogāzes stacijas ir klasificētas kā bīstamas nozares, tāpēc tās jāieraksta valsts reģistrā bīstamās Rostekhnadzor ražotnes.

Turklāt tādi objekti apdrošināties negadījuma gadījumā, un pirms palaišanas tie ir jāpārbauda attiecīgo departamentu speciālistiem.

Tomēr mazu māju iekārtu īpašnieki neievēro reģistrāciju, jo atļauju izmaksas liedz visas šīs kūtsmēslu iznīcināšanas metodes priekšrocības.

Taču viņi to dara, riskējot un riskējot, jo jebkuras avārijas gadījumā viņiem būs ne tikai jāmaksā soda nauda par informācijas trūkumu reģistrā, bet arī jāatbild par visām no tā izrietošajām sekām.

Forumi

Esam sagatavojušies interneta forumu saraksts, kurā lietotāji apspriež dažādus jautājumus, kas saistīti ar biogāzes ražošanu no kūtsmēsliem un tam nepieciešamajām iekārtām:

Saistītie video

Video redzami visi kūtsmēslu pārstrādes biogāzē procesa posmi:

Secinājums

Biogāze ir kūtsmēslu un kūtsmēslu pārstrādes produkts, kā arī laba alternatīva citiem kurināmajiem. Neskatoties uz nopietnu kapitālieguldījumu nepieciešamību, kā arī daudzu atļauju un saskaņojumu izsniegšanu, tā ražošana ļaus lietderīgi utilizēt dzīvnieku un putnu atkritumus.

Saskarsmē ar

Laba diena visiem! Šis ieraksts turpina jūsu tēmu par alternatīvo enerģiju. Tajā pastāstīšu par biogāzi un tās izmantošanu mājas apkurei un ēdiena gatavošanai. Šī tēma visvairāk interesē lauksaimniekus, kuriem ir pieejamas dažādas izejvielas šāda veida degvielas iegūšanai. Vispirms sapratīsim, kas ir biogāze un no kurienes tā nāk.

No kurienes nāk biogāze un no kā tā sastāv?

Biogāze ir degoša gāze, kas rodas kā mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes produkts uzturvielu vidē. Šī barotne var būt kūtsmēsli vai skābbarība, kas tiek ievietota īpašā bunkurā. Šajā bunkurā, ko sauc par reaktoru, veidojas biogāze. Reaktora iekšpusē tiks sakārtots šādi:

Lai paātrinātu biomasas fermentācijas procesu, ir nepieciešams to sildīt. Šim nolūkam var izmantot sildelementu vai siltummaini, kas savienots ar jebkuru apkures katlu. Nedrīkst aizmirst par labu siltumizolāciju, lai izvairītos no liekām enerģijas izmaksām apkurei. Papildus karsēšanai rūgstošā masa ir jāsajauc. Bez tā instalācijas efektivitāti var ievērojami samazināt. Maisīšana var būt manuāla vai mehāniska. Tas viss ir atkarīgs no budžeta vai pieejamajiem tehniskajiem līdzekļiem. Vissvarīgākais reaktorā ir tilpums! Neliels reaktors vienkārši fiziski nav spējīgs saražot lielu daudzumu gāzes.

Gāzes ķīmiskais sastāvs ir ļoti atkarīgs no tā, kādi procesi notiek reaktorā. Visbiežāk tur notiek metāna fermentācijas process, kā rezultātā veidojas gāze ar augstu metāna procentu. Bet metāna fermentācijas vietā var notikt process ar ūdeņraža veidošanos. Bet, manuprāt, parastam patērētājam ūdeņradis nav vajadzīgs un varbūt pat bīstams. Atcerieties vismaz dirižabļa Hindenburg nāvi. Tagad izdomāsim, no kā var iegūt biogāzi.

Kur var iegūt biogāzi?

Gāzi var iegūt no dažāda veida biomasas. Uzskaitīsim tos kā sarakstu:

• Pārtikas ražošanas atkritumi — tie var būt mājlopu vai piena produktu kaušanas atkritumi. Piemēroti saulespuķu vai kokvilnas sēklu eļļas ražošanas atkritumi. Šis nav pilnīgs saraksts, taču pietiek, lai nodotu būtību. Šāda veida izejvielas dod vislielāko metāna saturu gāzē (līdz 85%).
• Kultūraugi - dažos gadījumos audzē īpašus augu veidus, lai ražotu gāzi. Piemēram, tam ir piemērota skābbarības kukurūza vai jūraszāles. Metāna procentuālais daudzums gāzē tiek uzturēts aptuveni 70%.
• Kūtsmēsli - visbiežāk izmanto lielos lopkopības kompleksos. Metāna procentuālais daudzums gāzē, izmantojot kūtsmēslus kā izejvielu, parasti nepārsniedz 60%, bet pārējais būs oglekļa dioksīds un diezgan daudz sērūdeņraža un amonjaka.

Biogāzes stacijas blokshēma.

Lai labāk izprastu, kā darbojas biogāzes stacija, apskatīsim šādu attēlu:

Bioreaktora ierīce tika apspriesta iepriekš, tāpēc mēs par to nerunāsim. Apsveriet citus instalācijas komponentus:

• Atkritumu uztvērējs ir sava veida konteiners, kurā izejvielas nonāk pirmajā posmā. Tajā izejvielas var sajaukt ar ūdeni un sasmalcināt.
• Sūknis (pēc atkritumu uztvērēja) ir fekāliju sūknis, ar kura palīdzību biomasa tiek iesūknēta reaktorā.
• Katls - apkures katls, kas izmanto jebkuru kurināmo, paredzēts biomasas sildīšanai reaktora iekšpusē.
• Sūknis (blakus katlam) ir cirkulācijas sūknis.
• "Mēslojums" - konteiners, kurā nonāk raudzētās dūņas. Kā redzams no konteksta, to var izmantot kā mēslojumu.
• Filtrs ir ierīce, kurā tiek noregulēta biogāze. Filtrs noņem liekos gāzu un mitruma piemaisījumus.
• Kompresors - saspiež gāzi.
• Gāzes krātuve ir noslēgta tvertne, kurā patvaļīgi ilgu laiku var uzglabāt lietošanai gatavu gāzi.

Biogāze privātmājai.

Daudzi mazo saimniecību īpašnieki domā par biogāzes izmantošanu sadzīves vajadzībām. Bet, uzzinājuši sīkāk, kā tas viss darbojas, vairākums atstāj šo ideju. Tas ir saistīts ar faktu, ka kūtsmēslu vai skābbarības pārstrādes iekārtas maksā daudz naudas, un gāzes ieguve (atkarībā no izejmateriāla) var izrādīties maza. Tas savukārt padara iekārtu uzstādīšanu nerentablu. Parasti zemnieku privātmājām tiek uzstādītas primitīvas iekārtas, kas darbojas uz kūtsmēsliem. Viņi, visbiežāk, spēj nodrošināt gāzi tikai virtuvei un mazjaudas sienas gāzes katlam. Tajā pašā laikā daudz enerģijas būs jātērē pašam tehnoloģiskajam procesam - apkurei, sūknēšanai, kompresora darbībai. Nevar izslēgt arī dārgus filtrus.

Kopumā morāle šeit ir tāda - jo lielāka pati instalācija, jo izdevīgāk ir tās darbs. Un mājas apstākļos tas gandrīz vienmēr ir neiespējami. Bet tas nenozīmē, ka neviens neveic mājas instalācijas. Iesaku noskatīties šo video, lai redzētu, kā tas izskatās no improvizētiem materiāliem:

Kopsavilkums.

Biogāze ir lielisks veids, kā izdevīgā veidā pārstrādāt organiskos atkritumus. Iznākums ir degviela un noderīgs mēslojums raudzētu dūņu veidā. Šī tehnoloģija darbojas efektīvāk, jo vairāk izejvielu tiek apstrādāts. Mūsdienu tehnoloģijas ļauj nopietni palielināt gāzes ražošanu, izmantojot īpašus katalizatorus un mikroorganismus. Galvenais trūkums tam visam ir augstā viena kubikmetra cena. Parastiem cilvēkiem bieži vien būs daudz lētāk iegādāties gāzi pudelēs, nekā būvēt atkritumu pārstrādes iekārtu. Bet, protams, visiem noteikumiem ir izņēmumi, tāpēc, pirms pieņemt lēmumu par pāreju uz biogāzi, vajadzētu aprēķināt kubikmetra cenu un atmaksāšanās laiku. Pagaidām tas arī viss, jautājumus rakstiet komentāros

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 korekciju uz leju.

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 kādu no pakaišiem, 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 maksimāli samazinātu procesa organizēšanas izmaksas, ir lietderīgi biogāzes ražotni izvietot netālu no atkritumu rašanās vietas - pie 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 nepieciešamās 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 zem noteikta spiediena (ko uzstāda 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 šķiet, ka labāk sildītājus novietot no apakšas, taču prakse ir parādījusi, 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 iekštelpās, 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. .

Metāna iegūšanas jautājums interesē tos privāto saimniecību īpašniekus, kuri audzē mājputnus vai cūkas, kā arī tur liellopus. Parasti šādas saimniecības rada ievērojamu daudzumu organisko dzīvnieku atkritumu, un tieši tās var dot ievērojamu labumu, kļūstot par lētas degvielas avotu. Šī materiāla mērķis ir pastāstīt, kā mājās iegūt biogāzi, izmantojot tieši šos atkritumus.

Vispārīga informācija par biogāzi

Sadzīves biogāze, kas iegūta no dažādiem kūtsmēsliem un putnu mēsliem, lielākoties sastāv no metāna. Tur tas ir no 50 līdz 80%, atkarībā no tā, kura atkritumu produkti tika izmantoti ražošanā. Tas pats metāns, kas deg mūsu krāsnīs un katlos un par kuru mēs dažkārt maksājam lielu naudu pēc skaitītāju rādījumiem.

Lai sniegtu priekšstatu par degvielas daudzumu, ko teorētiski var iegūt, turot dzīvniekus mājās vai valstī, piedāvājam tabulu ar datiem par biogāzes iznākumu un tīrā metāna saturu tajā:

Kā redzams tabulā, efektīvai gāzes ražošanai no govju mēsliem un skābbarības atkritumiem būs nepieciešams diezgan liels daudzums izejvielu. Degvielu ir izdevīgāk iegūt no cūku kūtsmēsliem un tītaru mēsliem.

Pārējās vielas (25-45%), kas veido mājas biogāzi, ir oglekļa dioksīds (līdz 43%) un sērūdeņradis (1%). Arī degvielas sastāvā ir slāpeklis, amonjaks un skābeklis, bet nelielos daudzumos. Starp citu, pateicoties sērūdeņraža un amonjaka izdalīšanai, mēslu kalns izdala tik pazīstamu “patīkamu” smaržu. Runājot par enerģijas saturu, 1 m3 metāna sadegšanas laikā teorētiski var atbrīvot līdz 25 MJ (6,95 kW) siltumenerģijas. Biogāzes īpatnējais sadegšanas siltums ir atkarīgs no metāna proporcijas tās sastāvā.

Uzziņai. Praksē ir pārbaudīts, ka siltinātas mājas apkurei, kas atrodas vidējā joslā, apkures sezonā nepieciešams ap 45 m3 bioloģiskā kurināmā uz 1 m2 platības.

Pēc būtības tas ir iekārtots tā, ka biogāze no kūtsmēsliem veidojas spontāni un neatkarīgi no tā, vai mēs to gribam vai nē. Mēslu kaudze sapūt gada laikā - pusotra, tikai atrodoties brīvā dabā un pat mīnuss temperatūrā. Visu šo laiku tas izdala biogāzi, bet tikai nelielos daudzumos, jo process tiek pagarināts laikā. Iemesls ir simtiem mikroorganismu sugu, kas atrodamas dzīvnieku ekskrementos. Tas ir, nekas nav vajadzīgs, lai sāktu gāzēt, tas notiks pats no sevis. Bet, lai optimizētu procesu un paātrinātu to, būs nepieciešams īpašs aprīkojums, kas tiks apspriests vēlāk.

Biogāzes tehnoloģija

Efektīvas ražošanas būtība ir organisko izejvielu dabiskā sadalīšanās procesa paātrināšana. Lai to izdarītu, tajā esošajām baktērijām ir jārada vislabākie apstākļi atkritumu pavairošanai un pārstrādei. Un pirmais nosacījums ir ievietot izejvielu slēgtā traukā - reaktorā, pretējā gadījumā - biogāzes ģeneratorā. Atkritumus sasmalcina un sajauc reaktorā ar aprēķināto tīra ūdens daudzumu, līdz tiek iegūts sākotnējais substrāts.

Piezīme. Tīrs ūdens ir nepieciešams, lai substrātā nenokļūtu vielas, kas nelabvēlīgi ietekmē baktēriju vitālo darbību. Tā rezultātā fermentācijas process var ievērojami palēnināt.

Rūpnieciskā rūpnīca biogāzes ražošanai ir aprīkota ar substrāta sildīšanu, maisīšanas iekārtām un barotnes skābuma kontroli. Maisīšanu veic, lai noņemtu no virsmas cieto garozu, kas rodas fermentācijas laikā un traucē biogāzes izdalīšanos. Tehnoloģiskā procesa ilgums ir vismaz 15 dienas, kuru laikā sadalīšanās pakāpe sasniedz 25%. Tiek uzskatīts, ka maksimālā degvielas ieguve notiek līdz 33% no biomasas sadalīšanās.

Tehnoloģija nodrošina substrāta ikdienas atjaunošanu, tādējādi nodrošinot intensīvu gāzes ražošanu no kūtsmēsliem, rūpnieciskajās iekārtās tas sastāda simtiem kubikmetru dienā. Daļa izlietotās masas apmēram 5% apmērā no kopējā tilpuma tiek izņemta no reaktora, un tā vietā tiek ievietots tikpat daudz svaigu bioloģisko izejvielu. Atkritumu materiāls tiek izmantots kā organiskais mēslojums laukiem.

Biogāzes stacijas shēma

Iegūstot biogāzi mājas apstākļos, nav iespējams radīt tik labvēlīgus apstākļus mikroorganismiem kā rūpnieciskajā ražošanā. Un, pirmkārt, šis apgalvojums attiecas uz ģeneratora apkures organizēšanu. Kā zināms, tam ir nepieciešama enerģija, kas ievērojami sadārdzina degvielu. Ir pilnīgi iespējams kontrolēt atbilstību nedaudz sārmainai videi, kas raksturīga fermentācijas procesam. Bet kā to labot noviržu gadījumā? Atkal izmaksas.

Privāto mājsaimniecību īpašniekiem, kuri vēlas ražot biogāzi ar savām rokām, ieteicams no pieejamajiem materiāliem izgatavot vienkāršas konstrukcijas reaktoru un pēc tam to pēc iespējas uzlabot. Kas jādara:

• hermētiski noslēgts konteiners, kura tilpums ir vismaz 1 m3. Piemērotas ir arī dažādas maza izmēra tvertnes un mucas, taču no tām izdalīsies maz degvielas nepietiekama izejvielu daudzuma dēļ. Šādi ražošanas apjomi jums nebūs piemēroti;
• organizējot biogāzes ražošanu mājās, diez vai sāksiet tvertni sildīt, taču ir nepieciešams to izolēt. Vēl viena iespēja ir ierakt reaktoru zemē, termiski izolējot augšējo daļu;
• uzstādiet reaktorā jebkuras konstrukcijas manuālu maisītāju, izvelkot rokturi caur augšējo vāku. Roktura ejas mezglam jābūt hermētiskam;
• nodrošināt sprauslas substrāta padevei un izkraušanai, kā arī biogāzes paraugu ņemšanai.

Zemāk ir biogāzes stacijas diagramma, kas atrodas zem zemes līmeņa:

1 - degvielas ģenerators (tvertne izgatavota no metāla, plastmasas vai betona); 2 - bunkurs pamatnes ieliešanai; 3 - tehniskā lūka; 4 - trauks, kas spēlē ūdens blīvējuma lomu; 5 - atzarojuma caurule atkritumu izkraušanai; 6 – biogāzes paraugu ņemšanas caurule.

Kā iegūt biogāzi mājās?

Pirmā darbība ir atkritumu sasmalcināšana līdz frakcijai, kuras izmērs nepārsniedz 10 mm. Tātad substrātu ir daudz vieglāk sagatavot, un baktērijām būs vieglāk apstrādāt izejvielas. Iegūto masu kārtīgi samaisa ar ūdeni, tā daudzums ir aptuveni 0,7 l uz 1 kg organiskās vielas. Kā minēts iepriekš, jāizmanto tikai tīrs ūdens. Pēc tam substrātu piepilda ar pašizveidotu biogāzes iekārtu, pēc tam reaktoru hermētiski noslēdz.

Dienas laikā vairākas reizes jāapmeklē konteiners, lai sajauktu saturu. 5. dienā jūs varat pārbaudīt gāzes klātbūtni un, ja tā parādās, periodiski izsūknējiet to ar kompresoru cilindrā. Ja tas netiek darīts laikus, spiediens reaktora iekšienē palielināsies un fermentācija palēnināsies vai pat apstāsies pavisam. Pēc 15 dienām ir nepieciešams izkraut daļu substrāta un pievienot tādu pašu daudzumu jaunas. Sīkāku informāciju var atrast, noskatoties video:

Secinājums

Visticamāk, ka vienkārša biogāzes stacija neapmierinās visas jūsu vajadzības. Bet, ņemot vērā pašreizējās energoresursu izmaksas, tas jau būs ievērojams palīgs mājsaimniecībā, jo par izejvielām nav jāmaksā. Laika gaitā, cieši iesaistoties ražošanā, jūs varēsit uztvert visas funkcijas un veikt nepieciešamos instalācijas uzlabojumus.