Com produir biogàs a partir de fems: una visió general dels principis bàsics i el disseny d'una planta de producció

Els agricultors s'enfronten anualment al problema de l'eliminació de fems.Es malgasten els considerables fons necessaris per organitzar-ne la retirada i l'enterrament. Però hi ha una manera que us permet no només estalviar diners, sinó també fer que aquest producte natural us serveixi per al vostre benefici.

Els propietaris Thrifty fa temps que posen en pràctica l'ecotecnologia que permet obtenir biogàs a partir de fems i utilitzar el resultat com a combustible.

Per això, en el nostre material parlarem de la tecnologia per produir biogàs, i també parlarem de com construir una planta de bioenergia.

Avantatges de l'ús de la biotecnologia

Tecnologia obtenció de biocombustible de diverses fonts naturals no és nou. La recerca en aquest àmbit es va iniciar a finals del segle XVIII i es va desenvolupar amb èxit al segle XIX. A la Unió Soviètica, la primera planta de bioenergia es va crear als anys quaranta del segle passat.

Les biotecnologies s'han utilitzat durant molt de temps a molts països, però avui estan adquirint una importància especial. A causa del deteriorament de la situació ambiental del planeta i l'alt cost de l'energia, molts estan dirigint la seva atenció a fonts alternatives d'energia i calor.

La tecnologia de processament de fems en biogàs permet reduir la quantitat d'emissions nocives de metà a l'atmosfera i obtenir una font addicional d'energia tèrmica

Per descomptat, el fem és un adob molt valuós, i si hi ha dues vaques a la granja, no hi ha problemes amb el seu ús. Una altra cosa és quan es tracta de granges amb ramaderia gran i mitjana, on es generen tones de material biològic malolorós i podrit a l'any.

Perquè els fems es converteixin en fertilitzants d'alta qualitat, calen zones amb un determinat règim de temperatura, i això suposa una despesa addicional. Per tant, molts pagesos l'emmagatzemen allà on poden i després la porten al camp.

En funció del volum de matèries primeres generades per dia, s'han de seleccionar les dimensions de la instal·lació i el grau d'automatització.

Si no es compleixen les condicions d'emmagatzematge, fins a un 40% del nitrogen i la major part del fòsfor s'evapora dels fems, la qual cosa empitjora significativament els seus indicadors de qualitat. A més, s'allibera gas metà a l'atmosfera, la qual cosa té un impacte negatiu en la situació ambiental del planeta.

Les biotecnologies modernes permeten no només neutralitzar els efectes nocius del metà sobre el medi ambient, sinó també fer-lo servir en benefici de les persones, tot obtenint beneficis econòmics considerables. Com a resultat processant fems produeix biogàs, de la qual es poden obtenir milers de kW d'energia, i els residus de producció representen un adob anaeròbic molt valuós.

Mecanisme de formació de gas a partir de matèries primeres orgàniques

El biogàs és una substància volàtil sense color ni cap olor, que conté fins a un 70% de metà. Pel que fa als seus indicadors de qualitat, s'acosta al tipus de combustible tradicional: el gas natural. Té un bon poder calorífic, 1m³ El biogàs produeix tanta calor com la que es produeix cremant un quilo i mig de carbó.

Devem la formació de biogàs als bacteris anaeròbics, que treballen activament per descompondre les matèries primeres orgàniques, que inclouen fems d'animals de granja, excrements d'ocells i qualsevol residu vegetal.

En l'autoproducció de biogàs es poden utilitzar excrements d'aus i residus de bestiar petit i gran. Les matèries primeres es poden utilitzar en forma pura o en forma de barreja que inclou herba, fullatge, paper vell

Per activar el procés, cal crear condicions favorables per a la vida dels bacteris. Haurien de ser semblants a aquells en què els microorganismes es desenvolupen en un reservori natural: a l'estómac dels animals, on fa calor i no hi ha oxigen.

En realitat, aquestes són les dues condicions principals que contribueixen a la transformació miraculosa de fems podrits en combustible respectuós amb el medi ambient i fertilitzants valuosos.

Per produir biogàs, necessiteu un reactor segellat sense accés a l'aire, on es durà a terme el procés de fermentació dels fems i la seva descomposició en components:

• metà (fins a un 70%);
• diòxid de carboni (aproximadament un 30%);
• altres substàncies gasoses (1-2%).

Els gasos resultants pugen a la part superior del recipient, des d'on es bombegen, i el producte residual s'instal·la: fertilitzant orgànic d'alta qualitat, que, com a resultat del processament, ha retingut totes les substàncies valuoses presents al fem. - nitrogen i fòsfor, i ha perdut una part important de microorganismes patògens.

El reactor per produir biogàs ha de tenir un disseny completament segellat en el qual no hi hagi oxigen, en cas contrari el procés de descomposició dels fems serà extremadament lent.

La segona condició important per a la descomposició efectiva del fem i la formació de biogàs és el compliment del règim de temperatura. Els bacteris que participen en el procés s'activen a temperatures a partir de +30 graus.

A més, els fems conté dos tipus de bacteris:

• mesòfils. La seva activitat vital es produeix a una temperatura de +30 – +40 graus;
• termòfils. Per reproduir-los, cal mantenir un règim de temperatura de +50 (+60) graus.

El temps de processament de les matèries primeres a les instal·lacions del primer tipus depèn de la composició de la mescla i oscil·la entre 12 i 30 dies. Al mateix temps, 1 litre d'àrea útil del reactor produeix 2 litres de biocombustible. Quan s'utilitzen instal·lacions del segon tipus, el temps de producció del producte final es redueix a tres dies i la quantitat de biogàs augmenta a 4,5 litres.

L'eficiència de les plantes termòfiles és visible a simple vista, però el cost del seu manteniment és molt elevat, de manera que abans d'escollir un o un altre mètode de producció de biogàs, cal calcular-ho tot amb molta cura.

Tot i que l'eficiència de les plantes termòfiles és desenes de vegades superior, s'utilitzen amb molta menys freqüència, ja que mantenir altes temperatures al reactor s'associa a costos elevats.

El manteniment i manteniment de les plantes de tipus mesòfil és més econòmic, per la qual cosa la majoria de granges les utilitzen per produir biogàs.

Pel que fa al potencial energètic, el biogàs és lleugerament inferior al combustible de gas convencional. Tanmateix, conté fums d'àcid sulfúric, la presència dels quals s'ha de tenir en compte a l'hora d'escollir els materials per a la construcció de la instal·lació.

Càlculs de l'eficiència de l'ús del biogàs

Uns càlculs senzills us ajudaran a avaluar tots els beneficis de l'ús de biocombustibles alternatius. Una vaca amb un pes de 500 kg produeix aproximadament 35-40 kg de fem al dia. Aquesta quantitat és suficient per aconseguir uns 1,5 m³ biogàs, a partir del qual es poden generar 3 kW/h d'electricitat.

Amb les dades de la taula, és fàcil calcular quants m³ El biogàs es pot obtenir a la sortida d'acord amb el nombre de bestiar disponible a l'explotació

Per produir biocombustible, podeu utilitzar un tipus de matèria primera orgànica o barreges de diversos components amb una humitat del 85-90%. És important que no continguin impureses químiques estranyes que afectin negativament el procés de processament.

La recepta més senzilla de la barreja va ser inventada l'any 2000 per un rus de la regió de Lipetsk, que va construir amb les seves pròpies mans una instal·lació senzilla per produir biogàs.Va barrejar 1.500 kg de fem de vaca amb 3.500 kg de residus vegetals diversos, va afegir aigua (al voltant del 65% del pes de tots els ingredients) i va escalfar la mescla a 35 graus.

En dues setmanes, el combustible gratuït està llest. Aquesta petita instal·lació va produir 40 m³ gas per dia, que era suficient per escalfar la casa i les dependències durant sis mesos.

Opcions per a plantes de producció de biocombustibles

Després de fer els càlculs, cal decidir com fer la instal·lació per tal d'obtenir biogàs d'acord amb les necessitats de la seva explotació. Si el nombre de bestiar és petit, l'opció més senzilla és adequada, que és fàcil de fer amb les vostres pròpies mans amb els materials disponibles.

Per a les grans explotacions que disposen d'una font constant de grans quantitats de matèries primeres, s'aconsella construir un sistema de biogàs automatitzat industrial. En aquest cas, és poc probable que es pugui prescindir de la implicació d'especialistes que desenvoluparan el projecte i instal·laran la instal·lació a nivell professional.

El diagrama mostra clarament com funciona un complex industrial automatitzat per produir biogàs. La construcció d'aquesta escala es pot organitzar per a diverses granges situades a prop

Avui dia hi ha desenes d'empreses que poden oferir moltes opcions: des de solucions ja fetes fins al desenvolupament d'un projecte individual. Per reduir el cost de la construcció, podeu cooperar amb granges veïnes (si n'hi ha a prop) i construir una instal·lació per produir biogàs per a totes elles.

Cal tenir en compte que per construir fins i tot una petita instal·lació, cal elaborar els documents pertinents, fer un diagrama tecnològic, un pla per a la col·locació d'equips i ventilació (si l'equip està instal·lat a l'interior) i passar per procediments d'aprovació. amb el SES, inspecció de foc i gas.

Es pot fer una miniplanta per a la producció de gas per cobrir les necessitats d'una petita llar privada amb les seves pròpies mans, centrant-se en el disseny i disseny específic d'instal·lacions produïdes a escala industrial.

Els dissenys d'instal·lacions per processar fems i matèria orgànica vegetal en biogàs no són complicats. L'original produït per la indústria és molt adequat com a plantilla per construir la vostra pròpia mini-fàbrica

Els artesans independents que decideixen construir la seva pròpia instal·lació han d'aprovisionar-se d'un recipient d'aigua, canonades de plàstic de subministrament d'aigua o clavegueram, corbes de cantonada, segells i una bombona per emmagatzemar el gas produït a la instal·lació.

Característiques del sistema de biogàs

Una planta de biogàs completa és un sistema complex que consta de:

1. Bioreactor, on té lloc el procés de descomposició dels fems;
2. Sistema automatitzat de subministrament de residus orgànics;
3. Dispositius de mescla de biomassa;
4. Equips per mantenir condicions òptimes de temperatura;
5. Dipòsits de gas: dipòsits d'emmagatzematge de gas;
6. Receptor de residus sòlids.

Tots els elements anteriors estan instal·lats en instal·lacions industrials que funcionen en mode automàtic. Els reactors domèstics, per regla general, tenen un disseny més simplificat.

El diagrama mostra els components principals d'un sistema automatitzat de biogàs.El volum del reactor depèn de la ingesta diària de matèries primeres orgàniques. Perquè la instal·lació funcioni completament, el reactor s'ha d'omplir fins a dos terços del seu volum.

Principi de funcionament de la instal·lació

L'element principal del sistema és el bioreactor. Hi ha diverses opcions per a la seva implementació, el principal és garantir l'estanquitat de l'estructura i evitar l'entrada d'oxigen. Es pot fer en forma d'un recipient metàl·lic de diverses formes (generalment cilíndric), situat a la superfície. Sovint s'utilitzen dipòsits de combustible buits de 50 cc per a aquests propòsits.

Podeu comprar contenidors plegables ja fets. El seu avantatge és la capacitat de desmuntar ràpidament i, si cal, transportar-lo a un altre lloc. S'aconsella utilitzar instal·lacions industrials de superfície en grans explotacions on hi ha una afluència constant de grans quantitats de matèries primeres orgàniques.

Per a finques petites, l'opció de col·locació subterrània del dipòsit és més adequada. Un búnquer subterrani està construït amb maó o formigó. Podeu enterrar contenidors preparats a terra, per exemple, barrils de metall, acer inoxidable o PVC. També és possible col·locar-los superficialment al carrer o en una habitació especialment habilitada amb bona ventilació.

Per fabricar una planta de producció de biogàs, podeu comprar contenidors de PVC ja fets i instal·lar-los en una habitació equipada amb un sistema de ventilació.

Independentment d'on i com estigui situat el reactor, està equipat amb un búnquer per carregar fems. Abans de carregar la matèria primera, s'ha de sotmetre a una preparació preliminar: es tritura en fraccions no superiors a 0,7 mm i es dilueix amb aigua. L'ideal és que la humitat del substrat sigui d'un 90%.

Les instal·lacions automatitzades de tipus industrial estan equipades amb un sistema de subministrament de matèries primeres, que inclou un receptor en el qual la mescla arriba al nivell d'humitat requerit, una canonada de subministrament d'aigua i una unitat de bombeig per bombejar la massa al bioreactor.

A les instal·lacions domèstiques per a la preparació del substrat s'utilitzen contenidors separats on els residus es trituren i es barregen amb aigua. A continuació, la massa es carrega al compartiment receptor. En els reactors situats sota terra, es treu la tremuja per rebre el substrat i la mescla preparada flueix per gravetat a través d'una canonada cap a la cambra de fermentació.

Si el reactor es troba a terra o a l'interior, la canonada d'entrada amb el dispositiu receptor es pot situar a la part inferior del dipòsit. També és possible portar la canonada a la part superior i posar-li una presa al coll. En aquest cas, la biomassa s'haurà de subministrar mitjançant una bomba.

També cal proporcionar un forat de sortida al bioreactor, que es fa gairebé a la part inferior del contenidor al costat oposat de la tremuja d'entrada. Quan es col·loca sota terra, la canonada de sortida s'instal·la obliquament cap amunt i condueix a un recipient de residus, amb forma de caixa rectangular. La seva vora superior ha d'estar per sota del nivell de l'entrada.

Les canonades d'entrada i sortida es troben obliquament cap amunt a diferents costats del dipòsit, mentre que el dipòsit de compensació al qual entren els residus ha d'estar per sota de la tremuja receptora.

El procés es desenvolupa de la següent manera: la tremuja d'entrada rep un nou lot de substrat, que flueix al reactor, alhora que la mateixa quantitat de massa de residus s'eleva a través d'una canonada cap al receptor de residus, des d'on s'extreu i s'utilitza posteriorment. com a biofertilitzant d'alta qualitat.

El biogàs s'emmagatzema en un dipòsit de gas. Molt sovint es troba directament al sostre del reactor i té la forma d'una cúpula o un con. Està fet de ferro de sostres, i després, per evitar processos de corrosió, es pinta amb diverses capes de pintura a l'oli.

En instal·lacions industrials dissenyades per produir grans quantitats de gas, el dipòsit de gas sovint es construeix en forma d'un dipòsit separat connectat al reactor per una canonada.

El gas produït per fermentació no és adequat per al seu ús perquè conté una gran quantitat de vapor d'aigua i no es cremarà en aquesta forma. Per purificar-lo de les fraccions d'aigua, el gas es fa passar per un segell d'aigua. Per fer-ho, s'elimina una canonada del dipòsit de gas, a través de la qual el biogàs entra a un recipient amb aigua, i des d'allà es subministra als consumidors a través d'una canonada de plàstic o metàl·lica.

Esquema d'instal·lació situada sota terra. Les obertures d'entrada i sortida s'han de situar als costats oposats del contenidor. Hi ha un segell d'aigua a sobre del reactor a través del qual el gas resultant passa a assecar-se.

En alguns casos, s'utilitzen bosses especials per a gasos fetes de clorur de polivinil per emmagatzemar gas. Les bosses es col·loquen al costat de la instal·lació i s'omplen gradualment de gas.A mesura que s'omplen, el material elàstic s'infla i el volum de les bosses augmenta, la qual cosa permet emmagatzemar temporalment més producte final si cal.

Condicions per al funcionament eficient d'un bioreactor

Per al funcionament eficient de la instal·lació i l'alliberament intensiu de biogàs, és necessària una fermentació uniforme del substrat orgànic. La mescla ha d'estar en moviment constant. En cas contrari, s'hi forma una escorça, el procés de descomposició s'alenteix i, com a resultat, es produeix menys gas del que es calculava inicialment.

Per garantir la mescla activa de la biomassa, s'instal·len mescladors submergibles o inclinats equipats amb accionament elèctric a la part superior o lateral d'un reactor típic. A les instal·lacions casolanes, la barreja es fa mecànicament mitjançant un dispositiu semblant a una batedora domèstica. Es pot controlar manualment o equipar-se amb accionament elèctric.

Quan el reactor es col·loca verticalment, la nansa de l'agitador es troba a la part superior de la instal·lació. Si el contenidor s'instal·la horitzontalment, la barrena també es troba en un pla horitzontal i la nansa es troba al costat del bioreactor.

Una de les condicions més importants per produir biogàs és mantenir la temperatura requerida al reactor. La calefacció es pot fer de diverses maneres. A les instal·lacions estacionàries s'utilitzen sistemes de calefacció automatitzats, que s'encenen quan la temperatura baixa per sota d'un nivell predeterminat, i s'apaguen quan s'arriba a la temperatura requerida.

Es pot utilitzar per a la calefacció calderes de gas, realitzeu un escalfament directe amb dispositius de calefacció elèctrics o instal·leu un element calefactor a la base del recipient.

Per reduir la pèrdua de calor, es recomana construir un petit marc al voltant del reactor amb una capa de llana de vidre o cobrir la instal·lació amb aïllament tèrmic. Té bones propietats d'aïllament tèrmic poliestirè expandit i les seves altres varietats.

Per configurar un sistema de calefacció de biomassa, podeu executar una canonada des del sistema de calefacció de la llar, que és alimentat pel reactor.

Determinació del volum necessari

El volum del reactor es determina en funció de la quantitat diària de fems produïda a la granja. També cal tenir en compte el tipus de matèria primera, la temperatura i el temps de fermentació. Perquè la instal·lació funcioni completament, el contenidor s'omple al 85-90% del volum, almenys un 10% ha de romandre lliure perquè el gas s'escapi.

El procés de descomposició de la matèria orgànica en una instal·lació mesòfila a una temperatura mitjana de 35 graus dura a partir de 12 dies, després dels quals s'eliminen els residus fermentats i s'omple el reactor amb una nova porció del substrat. Com que els residus es dilueixen amb aigua fins a un 90% abans de ser enviats al reactor, també s'ha de tenir en compte la quantitat de líquid a l'hora de determinar la càrrega diària.

D'acord amb els indicadors donats, el volum del reactor serà igual a la quantitat diària de substrat preparat (fems amb aigua) multiplicada per 12 (el temps necessari per a la descomposició de la biomassa) i augmentada en un 10% (volum lliure del contenidor).

Construcció d'una estructura subterrània

Ara parlem de la instal·lació més senzilla que us permet obtenir biogàs a casa al menor cost. Penseu en la construcció d'un sistema subterrani. Per fer-ho, cal cavar un forat, la seva base i les parets s'omplen de formigó d'argila expandida armada.

Les obertures d'entrada i sortida es troben als costats oposats de la cambra, on es munten tubs inclinats per subministrar el substrat i bombejar la massa residual.

La canonada de sortida amb un diàmetre d'aproximadament 7 cm s'ha d'ubicar gairebé a la part inferior del búnquer, l'altre extrem està muntat en un dipòsit de compensació rectangular al qual es bombaran els residus. La canonada per subministrar el substrat es troba a uns 50 cm de la part inferior i té un diàmetre de 25-35 cm La part superior de la canonada entra al compartiment per rebre matèries primeres.

El reactor ha d'estar completament segellat. Per excloure la possibilitat d'entrada d'aire, el recipient s'ha de cobrir amb una capa d'impermeabilització de betum

La part superior del búnquer és un suport de gas, que té forma de cúpula o con. Està fet de làmines metàl·liques o ferro de coberta. També podeu completar l'estructura amb maó, que després es cobreix amb malla d'acer i arrebossat. Heu de fer una escotilla segellada a la part superior del dipòsit de gas, treure la canonada de gas que passa pel segell d'aigua i instal·lar una vàlvula per alleujar la pressió del gas.

Per barrejar el substrat, podeu equipar la instal·lació amb un sistema de drenatge que funcioni segons el principi de bombolleig. Per fer-ho, fixeu verticalment les canonades de plàstic a l'interior de l'estructura de manera que la seva vora superior estigui per sobre de la capa de substrat. Feu-hi molts forats. El gas a pressió caurà cap avall i, pujant, les bombolles de gas barrejaran la biomassa al contenidor.

Si no voleu construir un búnquer de formigó, podeu comprar un contenidor de PVC ja fet. Per conservar la calor, ha d'estar envoltat d'una capa d'aïllament tèrmic: escuma de poliestirè. El fons de la fossa s'omple amb una capa de formigó armat de 10 cm.Es poden utilitzar tancs de clorur de polivinil si el volum del reactor no supera els 3 m3.

Conclusions i vídeo útil sobre el tema

Aprendràs a fer la instal·lació més senzilla des d'un barril normal si mireu el vídeo:

Podeu veure com es fa la construcció d'un reactor subterrani al vídeo:

Al vídeo següent es mostra com es carrega el fem en una instal·lació subterrània:

Una instal·lació per produir biogàs a partir de fems us permetrà estalviar significativament en costos de calor i electricitat, i utilitzar material orgànic, disponible en abundància a cada granja, per una bona causa. Abans de començar la construcció, tot s'ha de calcular i preparar amb cura.

El reactor més senzill es pot fer en pocs dies amb les vostres pròpies mans, utilitzant els materials disponibles. Si la granja és gran, el millor és comprar una instal·lació ja feta o contactar amb especialistes.

Si, mentre llegiu la informació presentada, teniu preguntes o teniu suggeriments que us agradaria compartir amb els visitants del lloc, deixeu comentaris al bloc següent.