Kuidas toota sõnnikust biogaasi: ülevaade tootmistehase põhiprintsiipidest ja disainist

Põllumajandustootjad seisavad igal aastal silmitsi sõnniku kõrvaldamise probleemiga.Selle äraviimise ja matmise korraldamiseks vajalikud märkimisväärsed rahalised vahendid lähevad raisku. Kuid on olemas viis, mis võimaldab teil mitte ainult raha säästa, vaid ka panna see looduslik toode teie kasuks teenima.

Kokkuhoidvad omanikud on pikka aega rakendanud ökotehnoloogiat, mis võimaldab sõnnikust biogaasi saada ja saadud tulemust kütusena kasutada.

Seetõttu räägime oma materjalis biogaasi tootmise tehnoloogiast ning räägime ka sellest, kuidas ehitada bioenergiajaama.

Biotehnoloogia kasutamise eelised

Tehnoloogia biokütuse saamine erinevatest looduslikest allikatest pärit ei ole uus. Selle valdkonna uurimine algas 18. sajandi lõpus ja arenes edukalt 19. sajandil. Nõukogude Liidus loodi esimene bioenergiajaam eelmise sajandi neljakümnendatel aastatel.

Biotehnoloogiaid on paljudes riikides juba ammu kasutatud, kuid tänapäeval on see erilise tähtsusega. Planeedi keskkonnaseisundi halvenemise ja kõrgete energiakulude tõttu pööravad paljud oma tähelepanu alternatiivsetele energia- ja soojusallikatele.

Sõnniku biogaasiks töötlemise tehnoloogia võimaldab vähendada kahjulike metaaniheitmete hulka atmosfääri ja saada täiendavat soojusenergia allikat

Sõnnik on muidugi väga väärtuslik väetis ja kui farmis on kaks lehma, siis selle kasutamisega probleeme pole. Hoopis teine ​​asi on suure ja keskmise loomakasvatusega farmides, kus tekib aastas tonnide viisi haisvat ja mädanevat bioloogilist materjali.

Selleks, et sõnnik muutuks kvaliteetseks väetiseks, on vaja kindla temperatuurirežiimiga alasid ja see on lisakulu. Seetõttu ladustavad paljud põllumehed seda kõikjal, kus saavad ja viivad siis põldudele.

Sõltuvalt päevas toodetava tooraine kogusest tuleks valida paigalduse mõõtmed ja selle automatiseerituse aste.

Kui säilitustingimusi ei täideta, aurustub sõnnikust kuni 40% lämmastikust ja suurem osa fosforist, mis halvendab oluliselt selle kvaliteedinäitajaid. Lisaks eraldub atmosfääri metaangaas, millel on negatiivne mõju planeedi keskkonnaseisundile.

Kaasaegsed biotehnoloogiad võimaldavad mitte ainult neutraliseerida metaani kahjulikku mõju keskkonnale, vaid ka muuta see inimeste hüvanguks, saades samas märkimisväärset majanduslikku kasu. Tulemusena sõnniku töötlemisel tekib biogaas, millest saab siis saada tuhandeid kW energiat ning tootmisjäätmed kujutavad endast väga väärtuslikku anaeroobset väetist.

Orgaanilisest toorainest gaasi moodustumise mehhanism

Biogaas on värvi ja lõhnata lenduv aine, mis sisaldab kuni 70% metaani. Oma kvaliteedinäitajate poolest läheneb see traditsioonilisele kütuseliigile – maagaasile. Hea kütteväärtusega, 1m³ biogaas toodab sama palju soojust, kui saadakse pooleteise kilogrammi kivisöe põletamisel.

Oleme biogaasi tekke eest võlgu anaeroobsetele bakteritele, mis lagundavad aktiivselt orgaanilist toorainet, mille hulka kuuluvad põllumajandusloomade sõnnik, lindude väljaheited ja kõik taimejäätmed.

Biogaasi omatootmisel saab kasutada lindude väljaheiteid ning väike- ja suurloomade jäätmeid. Toorainet võib kasutada puhtal kujul või seguna, sealhulgas rohi, lehestik, vana paber

Protsessi aktiveerimiseks on vaja luua soodsad tingimused bakterite eluks. Need peaksid olema sarnased nendega, milles mikroorganismid arenevad looduslikus reservuaaris – loomade maos, kus on soe ja puudub hapnik.

Tegelikult on need kaks peamist tingimust, mis aitavad kaasa mädanenud sõnniku imelisele muutumisele keskkonnasõbralikuks kütuseks ja väärtuslikeks väetisteks.

Biogaasi tootmiseks on vaja suletud õhu juurdepääsuta reaktorit, kus toimub sõnniku käärimisprotsess ja selle lagunemine komponentideks:

• metaan (kuni 70%);
• süsinikdioksiid (ligikaudu 30%);
• muud gaasilised ained (1-2%).

Tekkivad gaasid tõusevad konteineri ülaossa, kust need seejärel välja pumbatakse ning sinna settib jääkprodukt - kvaliteetne orgaaniline väetis, mis on töötlemise tulemusena säilitanud kõik sõnnikus olevad väärtuslikud ained. - lämmastikku ja fosforit ning on kaotanud olulise osa patogeensetest mikroorganismidest.

Biogaasi tootmise reaktor peab olema täielikult suletud konstruktsiooniga, milles pole hapnikku, vastasel juhul on sõnniku lagunemise protsess äärmiselt aeglane

Teine oluline tingimus sõnniku efektiivseks lagunemiseks ja biogaasi tekkeks on temperatuurirežiimi järgimine. Protsessis osalevad bakterid aktiveeruvad temperatuuril alates +30 kraadi.

Lisaks sisaldab sõnnik kahte tüüpi baktereid:

• mesofiilsed. Nende elutegevus toimub temperatuuril +30 – +40 kraadi;
• termofiilsed. Nende paljundamiseks on vaja säilitada temperatuurirežiim +50 (+60) kraadi.

Tooraine töötlemisaeg esimest tüüpi käitistes sõltub segu koostisest ja jääb vahemikku 12 kuni 30 päeva. Samal ajal toodab 1 liiter kasulikku reaktoripinda 2 liitrit biokütust. Teist tüüpi seadmete kasutamisel lüheneb lõpptoote tootmisaeg kolme päevani ja biogaasi kogus suureneb 4,5 liitrini.

Termofiilsete jaamade efektiivsus on palja silmaga nähtav, kuid nende hoolduskulud on väga kõrged, nii et enne ühe või teise biogaasi tootmismeetodi valimist tuleb kõik väga hoolikalt välja arvutada.

Hoolimata asjaolust, et termofiilsete jaamade kasutegur on kümneid kordi suurem, kasutatakse neid palju harvemini, kuna kõrgete temperatuuride hoidmine reaktoris on seotud suurte kuludega.

Mesofiilset tüüpi jaamade hooldus ja hooldus on odavam, mistõttu enamik farme kasutab neid biogaasi tootmiseks.

Energiapotentsiaali poolest jääb biogaas veidi alla tavapärasele gaasikütusele. See sisaldab aga väävelhappeaure, mille olemasolu tuleks käitise ehitamiseks materjalide valimisel arvestada

Biogaasi kasutamise efektiivsuse arvutused

Lihtsad arvutused aitavad teil hinnata kõiki alternatiivsete biokütuste kasutamise eeliseid. Üks 500 kg kaaluv lehm toodab ööpäevas ligikaudu 35-40 kg sõnnikut. Sellest kogusest piisab umbes 1,5 m saamiseks³ biogaas, millest saab toota 3 kW/h elektrit.

Tabeli andmeid kasutades on lihtne arvutada, mitu m³ biogaasi saab väljundist vastavalt farmis saadaolevale kariloomade arvule

Biokütuse tootmiseks võite kasutada kas ühte tüüpi orgaanilist toorainet või mitme komponendi segusid niiskusega 85-90%. On oluline, et need ei sisaldaks võõrkehilisi lisandeid, mis töötlemisprotsessi negatiivselt mõjutavad.

Lihtsaima segu retsepti leiutas juba 2000. aastal Lipetski oblastist pärit vene mees, kes ehitas oma kätega lihtsa installatsiooni biogaasi tootmiseks.Ta segas 1500 kg lehmasõnnikut 3500 kg erinevate taimejäätmetega, lisas vett (umbes 65% kõigi koostisosade massist) ja kuumutas segu 35 kraadini.

Kahe nädala pärast on tasuta kütus valmis. See väike installatsioon andis 40 m³ gaasi päevas, millest piisas maja ja kõrvalhoonete kütmiseks kuueks kuuks.

Võimalused biokütuste tootmisettevõtetele

Pärast arvutuste tegemist peate otsustama, kuidas teha paigaldust, et saada biogaasi vastavalt oma talu vajadustele. Kui kariloomade arv on väike, sobib kõige lihtsam variant, mida on lihtne olemasolevatest materjalidest oma kätega valmistada.

Suurtele farmidele, millel on pidev suures koguses tooraine allikas, on soovitatav ehitada tööstuslik automatiseeritud biogaasisüsteem. Sel juhul on ebatõenäoline, et ilma spetsialistide kaasamiseta, kes töötavad välja projekti ja paigaldavad paigalduse professionaalsel tasemel, on ebatõenäoline.

Diagramm näitab selgelt, kuidas töötab biogaasi tootmiseks mõeldud tööstuslik automatiseeritud kompleks. Sellise mastaabiga ehitust saab korraldada mitmele läheduses asuvale talule

Tänapäeval on kümneid ettevõtteid, kes suudavad pakkuda palju võimalusi: alates valmislahendustest kuni üksikprojekti väljatöötamiseni. Ehituse maksumuse vähendamiseks saab teha koostööd naaberfarmidega (kui neid on läheduses) ja ehitada neile kõigile üks biogaasi tootmise käitis.

Tuleb märkida, et isegi väikese paigaldise ehitamiseks on vaja koostada vastavad dokumendid, teha tehnoloogiline skeem, seadmete ja ventilatsiooni paigutuse plaan (kui seadmed on paigaldatud siseruumidesse) ning läbida kooskõlastusprotseduurid. koos SESiga, tule- ja gaasikontroll.

Väikese eramajapidamise vajaduste katmiseks mõeldud gaasi tootmiseks mõeldud minitehase saab teha oma kätega, keskendudes tööstuslikus mastaabis toodetud paigaldiste projekteerimisele ja spetsiifilisele projekteerimisele.

Sõnniku ja taimse orgaanilise aine biogaasiks töötlemise seadmete projekteerimine ei ole keeruline. Tööstuse toodetud originaal sobib üsna hästi oma minitehase ehitamise malliks

Iseseisvatel meistritel, kes otsustavad ise rajada, on vaja varuda veeanum, veevarustuse või kanalisatsiooni plasttorud, nurgakäänded, tihendid ja balloon paigaldises tekkiva gaasi hoidmiseks.

Biogaasisüsteemi omadused

Terviklik biogaasijaam on kompleksne süsteem, mis koosneb:

1. Bioreaktor, kus toimub sõnniku lagunemise protsess;
2. Automatiseeritud orgaaniliste jäätmete etteandesüsteem;
3. Biomassi segamisseadmed;
4. Seadmed optimaalsete temperatuuritingimuste säilitamiseks;
5. Gaasipaagid – gaasimahutid;
6. Tahkete jäätmete vastuvõtja.

Kõik ülaltoodud elemendid on paigaldatud automaatrežiimis töötavatesse tööstusseadmetesse. Kodumajapidamises kasutatavad reaktorid on reeglina lihtsama konstruktsiooniga.

Diagramm näitab automatiseeritud biogaasisüsteemi põhikomponente.Reaktori maht sõltub orgaanilise tooraine päevasest tarbimisest. Paigalduse täielikuks toimimiseks peab reaktor olema täidetud kahe kolmandikuni selle mahust.

Paigalduse tööpõhimõte

Süsteemi põhielement on bioreaktor. Selle rakendamiseks on mitu võimalust, peamine on tagada konstruktsiooni tihedus ja vältida hapniku sissepääsu. Seda saab valmistada erineva kujuga (tavaliselt silindrilise) metallmahuti kujul, mis asub pinnal. Sageli kasutatakse selleks 50 cm3 tühje kütusepaake.

Saate osta valmis kokkupandavaid konteinereid. Nende eeliseks on võimalus kiiresti lahti võtta ja vajadusel teise kohta transportida. Tööstuslikke pinnapaigaldisi on soovitav kasutada suurfarmides, kus on pidev suures koguses orgaanilise tooraine sissevool.

Väikeste talude jaoks on sobivam paagi maa-aluse paigutuse võimalus. Maa-alune punker ehitatakse tellistest või betoonist. Maa sisse saab matta valmis anumad, näiteks metallist, roostevabast terasest või PVC-st tünnid. Neid on võimalik paigutada ka pealiskaudselt tänavale või spetsiaalselt selleks ettenähtud hea ventilatsiooniga ruumi.

Biogaasi tootmistehase valmistamiseks saab osta valmis PVC mahuteid ja paigaldada need ventilatsioonisüsteemiga varustatud ruumi

Olenemata sellest, kus ja kuidas reaktor asub, on see varustatud sõnniku laadimise punkriga. Enne tooraine laadimist tuleb see eelnevalt ette valmistada: see purustatakse fraktsioonideks, mille suurus ei ületa 0,7 mm, ja lahjendatakse veega. Ideaalis peaks aluspinna niiskus olema umbes 90%.

Tööstuslikku tüüpi automatiseeritud paigaldised on varustatud tooraine etteandesüsteemiga, sealhulgas vastuvõtjaga, milles segu viiakse vajaliku niiskustasemeni, veevarustustorustiku ja pumpamisseadmega massi pumpamiseks bioreaktorisse.

Kodupaigaldistes aluspinna ettevalmistamiseks kasutatakse eraldi konteinereid, kus jäätmed purustatakse ja segatakse veega. Seejärel laaditakse mass vastuvõtukambrisse. Maa all asuvates reaktorites tuuakse substraadi vastuvõtmiseks mõeldud punker välja ja valmistatud segu voolab raskusjõul läbi torujuhtme käärituskambrisse.

Kui reaktor asub maapinnal või siseruumides, võib sisselasketoru koos vastuvõtuseadmega asuda paagi alumisel küljel. Samuti on võimalik toru ülaosasse viia ja selle kaela pistikupesa panna. Sel juhul tuleb biomassi tarnida pumba abil.

Samuti on vaja ette näha väljalaskeava bioreaktoris, mis tehakse peaaegu konteineri põhja sisendpunkri vastasküljel. Maa alla asetatuna paigaldatakse väljalasketoru viltu ülespoole ja see viib ristkülikukujulise kasti kujuga jäätmemahutisse. Selle ülemine serv peaks olema sisselaskeava tasemest allpool.

Sisse- ja väljalasketorud asuvad paagi eri külgedel kaldu ülespoole, samas kui kompensatsioonipaak, kuhu jäätmed sisenevad, peab asuma vastuvõtupunkri all.

Protsess toimub järgmiselt: sisendpunker saab uue partii substraadi, mis voolab reaktorisse, samal ajal tõuseb sama kogus jäätmemassi toru kaudu jäätmemahutisse, kust see seejärel välja kühveldatakse ja kasutatakse kvaliteetse bioväetisena.

Biogaasi hoitakse gaasimahutis. Enamasti asub see otse reaktori katusel ja on kupli või koonuse kujuga. See on valmistatud katuserauast ja seejärel värvitakse see korrosiooniprotsesside vältimiseks mitme kihi õlivärviga.

Suurte gaasikoguste tootmiseks kavandatud tööstusrajatistes on gaasipaak sageli konstrueeritud eraldi paagi kujul, mis on reaktoriga torujuhtmega ühendatud.

Käärimisel tekkiv gaas ei sobi kasutamiseks, kuna sisaldab suures koguses veeauru ega lähe sellisel kujul põlema. Selle puhastamiseks veefraktsioonidest juhitakse gaas läbi vesitihendi. Selleks eemaldatakse gaasipaagist toru, mille kaudu siseneb biogaas veega mahutisse ning sealt suunatakse see plast- või metalltoru kaudu tarbijateni.

Maa-aluse paigalduse skeem. Sisse- ja väljalaskeavad peaksid asuma konteineri vastaskülgedel. Reaktori kohal on vesisulg, mille kaudu juhitakse tekkinud gaas kuivama.

Mõnel juhul kasutatakse gaasi hoidmiseks spetsiaalseid polüvinüülkloriidist valmistatud gaasihoidiku kotte. Kotid asetatakse paigalduse kõrvale ja täidetakse järk-järgult gaasiga.Nende täitmisel elastne materjal paisub ja kottide maht suureneb, võimaldades vajadusel ajutiselt rohkem lõpptoodet hoiustada.

Tingimused bioreaktori efektiivseks tööks

Käitise efektiivseks toimimiseks ja biogaasi intensiivseks vabastamiseks on vajalik orgaanilise substraadi ühtlane kääritamine. Segu peab olema pidevas liikumises. Vastasel juhul tekib sellele koorik, lagunemisprotsess aeglustub ja selle tulemusena tekib vähem gaasi, kui algselt arvutatud.

Biomassi aktiivse segamise tagamiseks paigaldatakse tüüpilise reaktori ülemisse või külgmisse ossa elektriajamiga sukel- või kaldsegistid. Omatehtud paigaldistes toimub segamine mehaaniliselt, kasutades kodumajapidamises kasutatavat segistit meenutavat seadet. Seda saab juhtida käsitsi või varustada elektriajamiga.

Kui reaktor on vertikaalselt paigutatud, asub segisti käepide paigalduse ülaosas. Kui konteiner on paigaldatud horisontaalselt, asub ka tigu horisontaaltasapinnal ja käepide asub bioreaktori küljel

Üks olulisemaid tingimusi biogaasi tootmisel on vajaliku temperatuuri hoidmine reaktoris. Kuumutamist saab teostada mitmel viisil. Statsionaarsetes paigaldistes kasutatakse automatiseeritud küttesüsteeme, mis lülituvad sisse, kui temperatuur langeb alla etteantud taseme, ja lülituvad välja, kui nõutav temperatuur on saavutatud.

Saab kasutada kütteks gaasikatel, teostada otseküte elektrikütteseadmetega või ehitada anuma põhja küttekeha.

Soojuskadude vähendamiseks on soovitatav ehitada reaktori ümber väike karkass klaasvillakihiga või katta paigaldus soojusisolatsiooniga. Omab head soojusisolatsiooni omadused vahtpolüstüreen ja selle muud sordid.

Biomassi küttesüsteemi seadistamiseks võite juhtida maja küttesüsteemist torujuhtme, mis saab toite reaktorist

Vajaliku mahu määramine

Reaktori maht määratakse farmis toodetava sõnniku päevase koguse alusel. Arvestada tuleb ka tooraine tüübi, temperatuuri ja käärimisajaga. Paigalduse täielikuks toimimiseks täidetakse mahuti 85-90% mahust, vähemalt 10% peab jääma vabaks, et gaas välja pääseks.

Orgaanilise aine lagunemisprotsess mesofiilses paigaldises keskmisel temperatuuril 35 kraadi kestab 12 päeva, seejärel eemaldatakse käärinud jäägid ja reaktor täidetakse uue substraadi osaga. Kuna jäätmed lahjendatakse enne reaktorisse suunamist veega kuni 90%, siis tuleb ööpäevase koormuse määramisel arvestada ka vedeliku kogust.

Antud näitajate alusel võrdub reaktori maht päevase ettevalmistatud substraadi (sõnnik veega) kogusega, mis on korrutatud 12-ga (biomassi lagunemiseks kuluv aeg) ja suurendatud 10% (mahuti vaba maht).

Maa-aluse ehitise ehitamine

Nüüd räägime kõige lihtsamast installist, mis võimaldab teil saada biogaas kodus kõige madalamate kuludega. Kaaluge maa-aluse süsteemi ehitamist. Selle valmistamiseks on vaja kaevata auk, selle alus ja seinad on täidetud tugevdatud paisutatud savibetooniga.

Sisse- ja väljalaskeavad asuvad kambri vastaskülgedel, kuhu on paigaldatud kaldtorud substraadi etteandmiseks ja jäätmemassi väljapumpamiseks.

Ligikaudu 7 cm läbimõõduga väljalasketoru peaks asuma peaaegu punkri põhjas, selle teine ​​ots on paigaldatud ristkülikukujulisse kompensatsioonipaaki, kuhu jäätmed pumbatakse. Substraadi etteande torujuhe asub põhjast ligikaudu 50 cm kaugusel ja selle läbimõõt on 25-35 cm. Toru ülemine osa siseneb tooraine vastuvõtmiseks mõeldud sektsiooni.

Reaktor peab olema täielikult suletud. Õhu sissepääsu välistamiseks tuleb anum katta bituumeni hüdroisolatsioonikihiga

Punkri ülemine osa on gaasihoidik, mis on kupli või koonuse kujuga. See on valmistatud metallist lehtedest või katuserauast. Konstruktsiooni saab täiendada ka telliskiviga, mis seejärel kaetakse terasvõrguga ja krohvitakse. Gaasipaagi peale tuleb teha tihendatud luuk, eemaldada veetihendit läbiv gaasitoru ja paigaldada gaasirõhu leevendamiseks ventiil.

Substraadi segamiseks saate varustada paigaldise mullitamise põhimõttel töötava drenaažisüsteemiga. Selleks kinnitage plasttorud vertikaalselt konstruktsiooni sees nii, et nende ülemine serv oleks aluskihi kohal. Tehke neisse palju auke. Rõhu all olev gaas langeb alla ja üles tõustes segavad gaasimullid mahutis biomassi.

Kui te ei soovi betoonpunkrit ehitada, võite osta valmis PVC konteineri. Soojuse säilitamiseks peab see olema ümbritsetud soojusisolatsioonikihiga - vahtpolüstüreen. Kaevu põhi on täidetud 10 cm raudbetoonikihiga.Polüvinüülkloriidist valmistatud mahuteid võib kasutada juhul, kui reaktori maht ei ületa 3 m3.

Järeldused ja kasulik video sellel teemal

Videot vaadates saate teada, kuidas tavalisest tünnist lihtsaimat paigaldust teha:

Kuidas maa-aluse reaktori ehitamine käib, näed videost:

Kuidas sõnnikut maa-alusesse seadmesse laaditakse, on näidatud järgmises videos:

Sõnnikust biogaasi tootmise käitis võimaldab oluliselt säästa soojus- ja elektrikulusid ning kasutada hea eesmärgi nimel orgaanilist materjali, mida on igas talus ohtralt saada. Enne ehituse alustamist tuleb kõik hoolikalt arvutada ja ette valmistada.

Lihtsaima reaktori saab olemasolevate materjalide abil oma kätega valmistada mõne päevaga. Kui talu on suur, siis on kõige parem osta valmis paigaldus või pöörduda spetsialistide poole.

Kui teil on esitatud teabe lugemise ajal küsimusi või ettepanekuid, mida soovite saidi külastajatega jagada, jätke kommentaarid allolevasse plokki.