Gaze organice. Rolul bacteriilor anaerobe în producerea de biogaz din deșeuri
Lumea modernă construit pe un consum din ce în ce mai mare, astfel încât resursele minerale și de materii prime se epuizează foarte rapid. În același timp, milioane de tone de gunoi de grajd urât mirositoare se acumulează anual în numeroase ferme de animale și sunt cheltuite resurse considerabile pentru eliminarea acestuia. Oamenii țin, de asemenea, pasul cu producția de deșeuri biologice. Din fericire, a fost dezvoltată o tehnologie care ne permite să rezolvăm simultan aceste probleme: folosirea deșeurilor biologice (în primul rând gunoi de grajd) ca materie primă, producerea de combustibil regenerabil ecologic - biogaz. Utilizarea unor astfel de tehnologii inovatoare a dat naștere unei noi industrii promițătoare - bioenergia.
Ce este biogazul
Biogazul este o substanță gazoasă volatilă care este incoloră și complet inodoră. Este format din 50-70 la suta metan, pana la 30 la suta din el este dioxid de carbon CO2 si inca 1-2 la suta sunt substante gazoase - impuritati (la purificare din acestea se obtine cel mai pur biometan).
Caracteristicile calitative fizice și chimice ale acestei substanțe sunt apropiate de cele ale gazelor naturale obișnuite de înaltă calitate. Potrivit cercetărilor oamenilor de știință, biogazul are proprietăți calorice foarte mari: de exemplu, căldura degajată la arderea unui metru cub din acest combustibil natural este echivalentă cu căldura de la un kilogram și jumătate de cărbune.
Biogazul este eliberat din cauza activității vitale tip special bacteriile sunt anaerobe, în timp ce bacteriile mezofile sunt activate atunci când mediul este încălzit la 30-40 de grade Celsius, iar bacteriile termofile se înmulțesc la temperaturi mai ridicate - până la +50 de grade.
Sub influența enzimelor lor, materiile prime organice se descompun odată cu eliberarea de gaz biologic.
Materii prime pentru biogaz
Nu toate deșeurile organice sunt potrivite pentru procesare în biogaz. De exemplu, excrementele de la fermele de păsări de curte și de porci formă pură Este strict interzisă utilizarea acestora deoarece au un nivel ridicat de toxicitate. Pentru a obține biogaz din acestea, este necesar să adăugați diluanți la astfel de deșeuri: masă de siloz, masă de iarbă verde, precum și gunoi de grajd de vacă. Ultima componentă este cea mai potrivită materie primă pentru producerea de combustibil ecologic, deoarece vacile mănâncă numai alimente vegetale. Cu toate acestea, trebuie monitorizat și pentru conținutul de impurități de metale grele, componente chimice și agenți tensioactivi, care în principiu nu ar trebui să fie prezenți în materia primă. Un punct foarte important este controlul asupra antibioticelor și dezinfectanților. Prezența lor în gunoi de grajd poate împiedica procesul de descompunere a masei de materie primă și formarea gazelor volatile.
Informații suplimentare. Este imposibil să faci fără dezinfectanți complet, deoarece altfel mucegaiul începe să se formeze pe biomasă sub influența temperaturilor ridicate. De asemenea, ar trebui să monitorizați și să curățați prompt gunoiul de grajd de impuritățile mecanice (cuie, șuruburi, pietre etc.), care pot deteriora rapid echipamentele de biogaz. Umiditatea materiilor prime utilizate pentru producerea biogazului trebuie să fie de cel puțin 80-90%.
Mecanismul de formare a gazului
Pentru ca biogazul să înceapă să fie eliberat din materii prime organice în timpul fermentației fără aer (numită științific fermentație anaerobă), sunt necesare condiții adecvate: un recipient sigilat și o temperatură ridicată. Dacă este făcut corect, gazul produs se ridică în vârf, unde este selectat pentru utilizare, iar solidele care rămân sunt un excelent îngrășământ agricol bio-organic, bogat în azot și fosfor, dar lipsit de microorganisme dăunătoare. Condițiile de temperatură sunt foarte importante pentru procese corecte și complete.
Ciclul complet de transformare a gunoiului de grajd în combustibil de mediu variază de la 12 zile la o lună, depinde de compoziția materiilor prime. Dintr-un litru de volum util al reactorului se produc aproximativ doi litri de biogaz. Dacă folosiți instalații modernizate mai avansate, procesul de producție de biocombustibil este accelerat la 3 zile, iar producția de biogaz crește la 4,5-5 litri.
Oamenii au început să studieze și să utilizeze tehnologia de extragere a biocombustibililor din organice surse naturale de la sfârşitul secolului al XVIII-lea, iar în fosta URSS Primul dispozitiv pentru producerea de biogaz a fost dezvoltat încă din anii 40 ai secolului trecut. În zilele noastre, aceste tehnologii devin din ce în ce mai importante și populare.
Avantajele și dezavantajele biogazului
Biogazul ca sursă de energie are avantaje incontestabile:
- servește la îmbunătățire situația de mediuîn acele zone în care este utilizat pe scară largă, deoarece, alături de reducerea utilizării combustibilului poluant, are loc o distrugere foarte eficientă a deșeurilor biologice și dezinfectarea apelor uzate, de ex. echipamentele de biogaz acționează ca o stație de curățare;
- materiile prime pentru producerea acestui combustibil organic sunt regenerabile și practic gratuite - atâta timp cât animalele din ferme primesc hrană, vor produce biomasă și, prin urmare, combustibil pentru instalațiile de biogaz;
- achiziționarea și utilizarea echipamentelor este profitabilă din punct de vedere economic - odată achiziționată, o instalație de producere a biogazului nu va mai necesita nicio investiție și este întreținută simplu și ieftin; Astfel, o instalație de biogaz pentru utilizare într-o fermă începe să se achite singură în termen de trei ani de la lansare; nu este nevoie să se construiască utilități și linii de transport de energie, costurile de lansare a unei stații biologice sunt reduse cu 20 la sută;
- nu este nevoie să instalați utilități precum linii electrice și conducte de gaz;
- producția de biogaz la stație folosind materii prime organice locale este o întreprindere fără deșeuri, spre deosebire de întreprinderile care folosesc surse tradiționale de energie (conducte de gaz, cazane etc.), deșeurile nu poluează mediul și nu necesită spațiu de depozitare;
- Când se utilizează biogaz, o anumită cantitate este eliberată în atmosferă dioxid de carbon, la fel ca și sulful, însă, aceste cantități sunt minime față de același gaz natural și sunt absorbite de spațiile verzi în timpul respirației, de aceea contribuția bioetanolului la efectul de seră este minimă;
- În comparație cu alte surse alternative de energie, producția de biogaz este întotdeauna stabilă; o persoană poate controla activitatea și productivitatea instalațiilor pentru producerea acesteia (spre deosebire de, de exemplu, panourile solare), colectând mai multe instalații într-una sau, dimpotrivă, împărțindu-le în secțiuni separate. pentru a reduce riscul accidentelor;
- în gazele de eșapament la utilizarea biocombustibililor, conținutul de monoxid de carbon este redus cu 25 la sută, iar oxizi de azot cu 15;
- pe lângă gunoi de grajd, puteți folosi și unele tipuri de plante pentru a obține biomasă pentru combustibil, de exemplu, sorgul va ajuta la îmbunătățirea stării solului;
- Când bioetanolul este adăugat la benzină, numărul octan al acestuia crește, iar combustibilul în sine devine mai rezistent la detonare, iar temperatura sa de autoaprindere scade semnificativ.
Biogaz– nu este un combustibil ideal, acesta și tehnologia de producție nu sunt, de asemenea, lipsite de dezavantaje:
- viteza de prelucrare a materiilor prime organice în echipamente pentru producerea de biogaz – slăbiciuneîn tehnologie comparativ cu sursele tradiționale de energie;
- Bioetanolul are o putere calorică mai mică decât combustibilul petrolier - eliberează cu 30 la sută mai puțină energie;
- procesul este destul de instabil, necesită un numar mare de enzime de o anumită calitate (de exemplu, o modificare a dietei vacilor afectează foarte mult calitatea gunoiului de grajd);
- producătorii fără scrupule de biomasă pentru stațiile de procesare pot epuiza în mod semnificativ solul cu semănare crescută, acest lucru perturbând echilibrul ecologic al teritoriului;
- țevile și recipientele cu biogaz se pot depresuriza, ceea ce va duce la o scădere bruscă a calității biocombustibilului.
Unde se folosește biogazul?
În primul rând, acest biocombustibil ecologic este folosit pentru a satisface nevoile casnice ale populației, ca înlocuitor al gazelor naturale, pentru încălzire și gătit. Întreprinderile pot folosi biogazul pentru a lansa un ciclu de producție închis: utilizarea lui în turbinele cu gaz este deosebit de eficientă. Cu o reglare adecvată și o combinație completă a unei astfel de turbine cu o instalație de producție de biocombustibil, costul acesteia concurează cu cea mai ieftină energie nucleară.
Eficiența utilizării biogazului este foarte ușor de calculat. De exemplu, dintr-o unitate de vite se pot obține până la 40 de kilograme de gunoi de grajd, din care se produce un metru și jumătate de biogaz, suficient pentru a genera 3 kilowați/oră de energie electrică.
După ce au determinat nevoile de energie electrică ale gospodăriei, este posibil să se determine ce tip de instalație de biogaz să folosească. Cu un număr mic de vaci, cel mai bine este să produceți biogaz acasă folosind o simplă instalație de biogaz de putere redusă.
Dacă ferma este foarte mare, și generează în mod constant o cantitate mare de deșeuri biologice, este benefică instalarea unui sistem automatizat de biogaz de tip industrial.
Notă! Când proiectați și instalați, veți avea nevoie de ajutorul unor specialiști calificați.
Proiectare instalatii de biogaz
Orice instalație biologică constă din următoarele părți principale:
- un bioreactor în care are loc biodecompunerea amestecului de gunoi de grajd;
- sistem de alimentare cu combustibil organic;
- unitate pentru agitarea maselor biologice;
- aparate pentru crearea si intretinerea nivelul cerut temperatura;
- rezervoare pentru introducerea biogazului rezultat în ele (suporturi de gaz);
- recipiente pentru aşezarea acolo a fracţiunilor solide rezultate.
Aceasta este o listă completă de elemente pentru instalații automate industriale, în timp ce o instalație de biogaz pentru o locuință privată este mult mai simplu proiectată.
Bioreactorul trebuie să fie complet etanș, adică. accesul la oxigen este inacceptabil. Acesta poate fi un recipient metalic sub formă de cilindru instalat pe suprafața solului; fostele rezervoare de combustibil cu o capacitate de 50 de metri cubi sunt potrivite pentru aceste scopuri. Bioreactoarele demontabile gata făcute sunt instalate/demontate rapid și mutate cu ușurință într-o nouă locație.
Dacă este planificată o stație mică de biogaz, atunci este recomandabil să plasați reactorul în subteran și să îl faceți sub formă de rezervor de cărămidă sau beton, precum și butoaie de metal sau PVC. Puteți plasa un astfel de reactor de bioenergie în interior, dar este necesar să asigurați o ventilație constantă a aerului.
Buncărele pentru prepararea materiilor prime biologice sunt un element necesar al sistemului, deoarece înainte de a intra în reactor, acesta trebuie pregătit: zdrobit în particule de până la 0,7 milimetri și înmuiat în apă pentru a aduce conținutul de umiditate al materiei prime la 90 la sută. .
Sistemele de alimentare cu materii prime constau dintr-un recipient de materie primă, un sistem de alimentare cu apă și o pompă pentru alimentarea cu masa pregătită a reactorului.
Dacă bioreactorul este realizat în subteran, containerul pentru materii prime este plasat la suprafață, astfel încât substratul pregătit să curgă în reactor independent sub influența gravitației. De asemenea, este posibil să amplasați recipientul de materie primă în partea de sus a buncărului, caz în care este necesar să folosiți o pompă.
Orificiul de evacuare a deșeurilor este situat mai aproape de fund, vizavi de intrarea materiei prime. Receptorul pentru fracții solide este realizat sub forma unei cutii dreptunghiulare, în care duce un tub de evacuare. Când o nouă porțiune a biosubstratului preparat intră în bioreactor, un lot de deșeuri solide de același volum este alimentat în receptor. Ulterior, ele sunt utilizate în ferme ca biofertilizatori excelente.
Biogazul rezultat este stocat în suporturi de gaz, care sunt de obicei plasate deasupra reactorului și au formă de con sau cupolă. Rezervoarele de gaz sunt realizate din fier și vopsite cu vopsea de ulei în mai multe straturi (acest lucru ajută la evitarea distrugerii corozive). În bioinstalațiile industriale mari, containerele de biogaz sunt realizate sub formă de rezervoare separate conectate la reactor.
Pentru a da proprietăți inflamabile gazului rezultat, este necesar să-l scăpați de vaporii de apă. Biocombustibilul este furnizat printr-o conductă printr-un rezervor de apă (etanșare hidraulică), după care poate fi alimentat prin tevi din plastic direct pentru consum.
Uneori puteți găsi suporturi speciale de gaz în formă de pungă din PVC. Sunt situate în imediata apropiere a instalației. Pe măsură ce sacii sunt umpluți cu biogaz, se deschid și volumul lor crește suficient pentru a accepta tot gazul produs.
Pentru a avea loc procese eficiente de biofermentare, este necesară agitarea constantă a substratului. Pentru a preveni formarea unei cruste pe suprafața biomasei și pentru a încetini procesele de fermentație, este necesar să o amestecați constant în mod activ. Pentru a face acest lucru, pe partea laterală a reactorului sunt montate agitatoare submersibile sau înclinate sub forma unui mixer pentru amestecarea mecanică a masei. Pentru statiile mici sunt manuale, pentru cele industriale sunt controlate automat.
Temperatura necesară activității vitale a bacteriilor anaerobe este menținută prin sisteme automate de încălzire (pentru reactoare staționare); acestea încep să se încălzească atunci când căldura scade sub normal și se opresc automat când ajunge. temperatura normala. De asemenea, puteți utiliza sisteme de boiler, încălzitoare electrice sau instalați un încălzitor special în fundul recipientului cu materii prime. În același timp, este necesar să se reducă pierderile de căldură din bioreactor; pentru a face acest lucru, acesta este învelit într-un strat de vată de sticlă sau o altă izolație termică este asigurată, de exemplu, din spumă de polistiren.
Biogaz de făcut singur
Pentru casele particulare, utilizarea biogazului este acum foarte importantă - din gunoi de grajd practic gratuit puteți obține gaz pentru nevoile casnice și pentru încălzirea casei și a fermei. Instalația proprie de biogaz este o garanție împotriva întreruperilor de curent și a prețurilor în creștere la gaze, precum și o modalitate excelentă de reciclare a deșeurilor biologice, precum și a hârtiei inutile.
Pentru construcție pentru prima dată, este cel mai logic să folosiți scheme simple; astfel de structuri vor fi mai fiabile și vor dura mai mult. În viitor, instalația poate fi completată cu piese mai complexe. Pentru o casă cu o suprafață de 50 de metri pătrați, se obține o cantitate suficientă de gaz cu un volum al rezervorului de fermentație de 5 metri cubi. Pentru a asigura constanta regim de temperatură necesare pentru o fermentație adecvată, puteți folosi o conductă de încălzire.
În prima etapă de construcție, ei sapă un șanț pentru bioreactor, ai cărui pereți trebuie să fie întăriți și sigilați cu plastic, amestec de beton sau inele polimerice (de preferință, au un fund solid - vor trebui înlocuiți periodic pe măsură ce sunt folosit).
A doua etapă constă în instalarea drenajului de gaz sub formă de țevi polimerice cu numeroase orificii. În timpul instalării, trebuie să se țină seama de faptul că vârfurile țevilor trebuie să depășească adâncimea de umplere planificată a reactorului. Diametrul conductelor de evacuare nu trebuie să depășească 7-8 centimetri.
Următoarea etapă este izolarea. După aceasta, puteți umple reactorul cu substratul pregătit, după care este învelit în film pentru a crește presiunea.
La a patra etapă sunt instalate domurile și conducta de evacuare, care este plasată în cel mai înalt punct al domului și conectează reactorul la rezervorul de gaz. Suportul de gaz poate fi căptușit cu cărămidă, deasupra este montată o plasă de oțel inoxidabil și acoperită cu ipsos.
O trapă este plasată în partea superioară a suportului de gaz, care se închide ermetic; o conductă de gaz cu o supapă pentru egalizarea presiunii este îndepărtată din ea.
Important! Gazul rezultat trebuie îndepărtat și consumat în mod constant, deoarece depozitarea sa pe termen lung în partea liberă a bioreactorului poate provoca o explozie de la presiune înaltă. Este necesar să se asigure o etanșare cu apă, astfel încât biogazul să nu se amestece cu aerul.
Pentru a încălzi biomasa, puteți instala o bobină care provine din sistemul de încălzire al casei - aceasta este mult mai profitabilă din punct de vedere economic decât utilizarea încălzitoarelor electrice. Încălzirea externă poate fi asigurată cu ajutorul aburului; acest lucru va preveni supraîncălzirea materiilor prime peste normal.
În general, o instalație de biogaz de tip „do-it-yourself” nu este așa. structura complexa, dar la amenajare este necesar să se acorde atenție celor mai mici detalii pentru a evita incendiile și distrugerea.
Informații suplimentare. Construirea chiar si a celei mai simple instalatii biologice trebuie formalizata cu actele corespunzatoare, trebuie sa aveti schema tehnologica si harta instalatiei echipamentelor, trebuie sa obtineti aviz de la Postul Sanitar si Epidemiologic, serviciile de pompieri si gaze.
În zilele noastre, utilizarea surselor alternative de energie câștigă amploare. Printre acestea, subsectorul bioenergiei este foarte promițător - producția de biogaz din deșeuri organice precum gunoi de grajd și siloz. Stațiile de producere a biogazului (industriale sau locuințe mici) pot rezolva problemele de eliminare a deșeurilor, obținerea de combustibil și căldură de mediu, precum și de îngrășăminte agricole de înaltă calitate.
Video
Biogaz- gaz produs prin fermentarea metanică a biomasei. Descompunerea biomasei are loc sub influența a trei tipuri de bacterii.
În lanțul trofic, bacteriile ulterioare se hrănesc cu deșeurile celor precedente.
Primul tip este bacteriile hidrolitice, al doilea formează acid, al treilea formează metan.
Nu numai bacteriile din clasa metanogenului, ci toate cele trei specii sunt implicate în producerea de biogaz. În timpul procesului de fermentație, biogazul este produs din deșeuri biologice. Acest gaz poate fi folosit ca gazul natural obișnuit - pentru încălzire și generare de energie electrică. Poate fi comprimat, folosit pentru a alimenta o mașină, acumulat, pompat. În esență, în calitate de proprietar și proprietar deplin, primești propria ta sondă de gaz și veniturile din aceasta. Încă nu este nevoie să vă înregistrați propria instalație oriunde.
Compoziția și calitatea biogazului
50-87% metan, 13-50% CO2, impurități minore de H2 și H2S. După curățarea biogazului de CO2 se obține biometan; Acesta este un analog complet al gazelor naturale, singura diferență este în origine.
Deoarece numai metanul furnizează energie din biogaz, este recomandabil să descrieți calitatea gazului, randamentul gazului și cantitatea de gaz pentru a referi totul la metan, cu indicatorii săi standardizați.
Volumul gazelor depinde de temperatură și presiune. Temperaturile ridicate duc la întinderea gazelor și la scăderea conținutului caloric odată cu volumul și invers. Pe măsură ce umiditatea crește, și conținutul caloric al gazului scade. Pentru ca ieșirile de gaz să fie comparabile între ele, este necesară corelarea acestora cu starea normală (temperatura 0 C, presiunea atmosferică 1 bar, umiditate relativă gaz 0%). În general, datele de producție de gaze sunt exprimate în litri (l) sau metri cubi de metan per kilogram de substanță organică uscată (oDM); acest lucru este mult mai precis și mai elocvent decât datele în metri cubi de biogaz în metri cubi de substrat proaspăt.
Materii prime pentru producerea de biogaz
Lista deșeurilor organice potrivite pentru producerea de biogaz: gunoi de grajd, excremente de păsări, resturile de distilerie de cereale și melasă, cereale de bere, pulpă de sfeclă, nămol de fecale, deșeuri din pește și abatoare (sânge, grăsime, intestine, trestie), iarbă, deșeuri menajere, deșeuri din lactate - zer sărat și dulce, deșeuri din producția de biomotorină - glicerină tehnică din producția de biomotorină din rapiță, deșeuri din producția de suc - fructe, fructe de pădure, pulpă de legume, tescovină de struguri, alge, deșeuri din producția de amidon și melasă - pulpă și sirop, deșeuri de prelucrare a cartofilor, producție de așchii - decojire, coji, tuberculi putrezi, pulpă de cafea.
Calculul biogazului util la o fermă
Randamentul biogazului depinde de conținutul de substanță uscată și de tipul de materie primă utilizată. Dintr-o tonă de gunoi de grajd de bovine se obțin 50-65 m3 de biogaz cu un conținut de metan de 60%, 150-500 m3 de biogaz din tipuri variate plante cu conținut de metan de până la 70%. Suma maximă biogaz - 1300 m3 cu un conținut de metan de până la 87% - poate fi obținut din grăsime.
Se face o distincție între producția de gaz teoretică (posibilă din punct de vedere fizic) și cea fezabilă din punct de vedere tehnic. În anii 1950-1970, randamentul de gaz posibil din punct de vedere tehnic era de doar 20-30% din cel teoretic. Astăzi, utilizarea enzimelor, amplificatoarelor pentru degradarea artificială a materiilor prime (cavitatoare cu ultrasunete sau lichide) și a altor dispozitive face posibilă creșterea randamentului de biogaz într-o instalație convențională de la 60% la 95%.
În calculele biogazului se utilizează conceptul de materie uscată (DM sau TS engleză) sau reziduu uscat (CO). Apa conținută în biomasă în sine nu produce gaze.
În practică, din 1 kg de substanță uscată se obțin 300 până la 500 de litri de biogaz.
Pentru a calcula randamentul de biogaz dintr-o materie primă specifică, este necesar să se efectueze teste de laborator sau să se analizeze datele de referință și apoi să se determine conținutul de grăsimi, proteine și carbohidrați. La determinarea acestora din urmă, este important să se afle procentul de substanțe rapid degradabile (fructoză, zahăr, zaharoză, amidon) și greu de descompus (celuloză, hemiceluloză, lignină).
După ce ați determinat conținutul de substanțe, puteți calcula separat randamentul de gaz pentru fiecare substanță și apoi îl puteți adăuga. Când biogazul a fost asociat cu gunoi de grajd (în zonele rurale această situație continuă și astăzi - am întrebat în centrul regional taiga, Verkhovazhye, regiunea Vologda), a fost folosit conceptul de „unitate animală”. Astăzi, când au învățat să producă biogaz din materii prime organice arbitrare, acest concept s-a îndepărtat și a încetat să fie folosit.
Dar, pe lângă deșeuri, biogazul poate fi produs din culturi energetice special cultivate, de exemplu din porumb sau silfiu de siloz, precum și din alge. Producția de gaz poate ajunge până la 500 m3 de la 1 tonă.
Gazul de depozit este unul dintre tipurile de biogaz. Se obține în gropile de gunoi din deșeurile menajere municipale.
Aspectul de mediu în utilizarea biogazului
Producția de biogaz ajută la prevenirea emisiilor de metan în atmosferă. Metanul are un efect de seră de 21 de ori mai puternic decât amestecul de CO2 și rămâne în atmosferă până la 12 ani. Captarea și limitarea răspândirii metanului este cea mai bună modalitate pe termen scurt de a preveni încălzirea globală. Aici, la intersecția cercetării, se dezvăluie un alt domeniu al științei care a primit puține cercetări până acum.
Gunoiul de grajd prelucrat, deșeurile și alte deșeuri sunt folosite ca îngrășământ în agricultură. Acest lucru reduce utilizarea îngrășămintelor chimice și reduce încărcarea apelor subterane.
Producția de biogaz
Există instalații industriale și artizanale.
Instalațiile industriale diferă de cele artizanale prin prezența mecanizării, sistemelor de încălzire, omogenizării și automatizării. Cea mai comună metodă industrială este digestia anaerobă în digestoare.
O instalație de biogaz de încredere trebuie să aibă componentele necesare:
Rezervor de omogenizare;
încărcător de materii prime solide (lichid);
reactorul în sine;
agitatoare;
suport de gaz;
sistem de amestecare apă și încălzire;
sistem de gaze;
stație de pompare;
separator;
dispozitive de control;
sistem de siguranta.
Caracteristicile unei instalații de producere a biogazului
Într-o instalație industrială, deșeurile (materiile prime) sunt introduse periodic în reactor folosind o stație de pompare sau un încărcător. Reactorul este un rezervor din beton armat încălzit și izolat, echipat cu mixere.
Bacteriile benefice „trăiesc” în reactor și se hrănesc cu deșeuri. Produsul rezidual al bacteriilor este biogazul. Pentru a menține viața bacteriilor, este necesar să furnizați furaje - deșeuri, încălzire la 35 ° C și amestecare periodică. Biogazul rezultat se acumulează într-o instalație de stocare (suport de gaz), apoi trece printr-un sistem de epurare și este furnizat consumatorilor (cazan sau generator electric). Reactorul funcționează fără acces la aer, este practic etanșat și nepericulos.
Pentru a fermenta unele tipuri de materii prime în forma lor pură, este necesară o tehnologie specială în două etape.
De exemplu, excrementele de păsări și resturile de alcool nu sunt procesate în biogaz într-un reactor convențional. Pentru a procesa astfel de materii prime, este necesar un reactor de hidroliză suplimentar. Vă permite să controlați nivelul de aciditate, astfel încât bacteriile să nu mor din cauza creșterii conținutului de acizi sau alcaline.
Factori importanți care influențează procesul de fermentație:
Temperatura;
umiditatea mediului ambiant;
nivelul pH-ului;
raport C:N:P;
suprafața particulelor de materie primă;
frecvența de alimentare cu substrat;
substanțe care încetinesc reacția;
suplimente stimulatoare.
Aplicarea biogazului
Biogazul este folosit ca combustibil pentru a produce energie electrică, căldură sau abur sau ca combustibil pentru vehicule. Instalațiile de biogaz pot fi folosite ca instalații de tratare în ferme, ferme de păsări, distilerii, fabrici de zahăr, fabrici de prelucrare a cărnii și, ca caz special, pot înlocui chiar și o instalație veterinară și sanitară, în care trupurile pot fi reciclate în biogaz în loc să producă carne și făină de oase.
Tehnologia de producere a biogazului. Complexele moderne de creștere a animalelor asigură indicatori de producție înalți. Soluțiile tehnologice utilizate fac posibilă respectarea pe deplin a cerințelor standardelor sanitare și igienice actuale în incinta complexurilor în sine.
in orice caz cantitati mari gunoiul de grajd lichid concentrat într-un singur loc creează probleme semnificative pentru ecologia zonelor adiacente complexului. De exemplu, gunoiul de grajd și excrementele proaspete de porc sunt clasificate ca deșeuri de clasa de pericol 3. Problemele de mediu sunt sub controlul autorităților de supraveghere, iar cerințele legislative cu privire la aceste aspecte devin din ce în ce mai stricte.
Biocomplex oferă o soluție cuprinzătoare pentru eliminarea gunoiului de grajd lichid, care include procesarea accelerată în instalațiile moderne de biogaz (BGU). În timpul procesului de prelucrare, procesele naturale de descompunere a materiei organice au loc într-un mod accelerat cu eliberare de gaze incluzând: metan, CO2, sulf etc. Doar gazul rezultat nu este eliberat în atmosferă, provocând efect de seră, ci este trimis către unități speciale de generare de gaze (cogenerare) care generează energie electrică și termică.
Biogaz - gaz inflamabil , format în timpul fermentației anaerobe de metan a biomasei și constând în principal din metan (55-75%), dioxid de carbon (25-45%) și impurități de hidrogen sulfurat, amoniac, oxizi de azot și altele (mai puțin de 1%).
Descompunerea biomasei are loc ca urmare a unor procese chimice și fizice și a activității simbiotice a vieții a 3 grupe principale de bacterii, în timp ce produsele metabolice ale unor grupe de bacterii sunt produse alimentare ale altor grupe, într-o anumită succesiune.
Primul grup este bacteriile hidrolitice, al doilea formează acid, al treilea formează metan.
Atât deșeurile organice agroindustriale sau menajere, cât și materiile prime vegetale pot fi utilizate ca materii prime pentru producerea de biogaz.
Cele mai frecvente tipuri de deșeuri agricole utilizate pentru producerea de biogaz sunt:
- gunoi de grajd de porc și bovine, așternut de păsări;
- reziduuri de pe masa de hrănire a complexelor bovinelor;
- blaturi de legume;
- recolta substandard de cereale și legume, sfeclă de zahăr, porumb;
- pulpă și melasă;
- făină, cereale uzate, boabe mici, germeni;
- cereale de bere, germeni de malț, nămol proteic;
- deșeuri din producția de amidon și sirop;
- tescovină de fructe și legume;
- ser;
- etc.
Sursa de materii prime |
Tipul materiei prime |
Cantitatea de materii prime pe an, m3 (tone) |
Cantitatea de biogaz, m3 |
1 vacă cu lapte | Gunoi de grajd lichid fără gunoi | ||
1 porc de îngrășat | Gunoi de grajd lichid fără gunoi | ||
1 taur de îngrășat | Litieră gunoi de grajd solid | ||
1 cal | Litieră gunoi de grajd solid | ||
100 de pui | Excremente uscate | ||
1 ha teren arabil | Siloz de porumb proaspăt | ||
1 ha teren arabil | Sfeclă de zahăr | ||
1 ha teren arabil | Siloz de cereale proaspete | ||
1 ha teren arabil | Siloz de iarbă proaspătă |
Numărul de substraturi (tipuri de deșeuri) utilizate pentru a produce biogaz într-o instalație de biogaz (BGU) poate varia de la unu la zece sau mai multe.
Proiectele de biogaz în sectorul agroindustrial pot fi create conform uneia dintre următoarele opțiuni:
- producția de biogaz din deșeuri de la o întreprindere separată (de exemplu, gunoi de grajd de la o fermă de animale, bagas de la o fabrică de zahăr, deșeuri de la o distilerie);
- producerea de biogaz pe baza deșeurilor de la diferite întreprinderi, proiectul fiind legat de o întreprindere separată sau de o instalație de biogaz centralizată separat;
- producția de biogaz cu utilizarea principală a centralelor energetice la instalații de biogaz amplasate separat.
Cea mai comună metodă de utilizare a energiei a biogazului este arderea în motoarele cu piston cu gaz ca parte a mini-CHP, producând energie electrică și căldură.
Exista diverse opțiuni pentru schemele tehnologice ale stațiilor de biogaz- in functie de tipurile si numarul de tipuri de substraturi folosite. Utilizarea pregătirii preliminare, în unele cazuri, face posibilă obținerea unei creșteri a vitezei și a gradului de descompunere a materiilor prime în bioreactoare și, în consecință, o creștere a randamentului total de biogaz. În cazul utilizării mai multor substraturi cu proprietăți diferite, de exemplu, deșeuri lichide și solide, acumularea și pregătirea prealabilă a acestora (separarea în fracțiuni, măcinarea, încălzirea, omogenizarea, tratarea biochimică sau biologică etc.) se realizează separat, după care ele sunt fie amestecate înainte de a fi furnizate către bioreactoare, fie furnizate în fluxuri separate.
Principal elemente structurale Diagramele unei instalații tipice de biogaz sunt:
- sistem de recepție și pregătire preliminară a substraturilor;
- sistem de transport al substratului în cadrul instalației;
- bioreactoare (fermentare) cu sistem de amestecare;
- sistem de încălzire bioreactor;
- sistem de îndepărtare și purificare a biogazului din hidrogen sulfurat și impurități de umiditate;
- rezervoare de stocare pentru masa fermentata si biogaz;
- sistem software de control și automatizare procese tehnologice.
Schemele tehnologice ale instalațiilor de biogaz variază în funcție de tipul și numărul de substraturi prelucrate, de tipul și calitatea produselor țintă finale, de know-how-ul special utilizat de compania care furnizează soluția tehnologică și de o serie de alți factori. Cele mai comune astăzi sunt schemele cu fermentare într-o singură etapă a mai multor tipuri de substraturi, dintre care unul este de obicei gunoi de grajd.
Odată cu dezvoltarea tehnologiilor de biogaz utilizate solutii tehnice devin mai complicate către scheme în două etape, ceea ce în unele cazuri este justificat de nevoia tehnologică de prelucrare eficientă specii individuale substraturi și creșterea eficienței generale de utilizare a volumului de lucru al bioreactoarelor.
Caracteristicile producției de biogaz este că poate fi produs de bacteriile metanice numai din substanțe organice absolut uscate. Prin urmare, sarcina primei etape de producție este de a crea un amestec de substrat care are un conținut ridicat de substanțe organice și, în același timp, poate fi pompat. Acesta este un substrat cu un conținut de substanță uscată de 10-12%. Soluția se obține prin eliberarea excesului de umiditate cu ajutorul separatoarelor cu șuruburi.
Gunoiul de grajd lichid vine din incinta de producție într-un rezervor, este omogenizat cu ajutorul unui mixer submersibil și este furnizat de o pompă submersibilă la atelierul de separare în separatoare cu melc. Fracția lichidă se acumulează într-un rezervor separat. Fracția solidă este încărcată în alimentatorul de materie primă solidă.
În conformitate cu programul de încărcare a substratului în fermentator, conform programului dezvoltat, pompa este pornită periodic, furnizând fracțiunea lichidă fermentatorului și, în același timp, încărcătorul de materie primă solidă este pornit. Opțional, fracția lichidă poate fi alimentată într-un încărcător de materie primă solidă care are o funcție de amestecare, iar apoi amestecul finit este alimentat în fermentator conform programului de încărcare dezvoltat.Incluziunile sunt de scurtă durată. Acest lucru se face pentru a preveni aportul excesiv de substrat organic în fermentator, deoarece acest lucru poate perturba echilibrul substanțelor și poate provoca destabilizarea procesului în fermentator. În același timp, se pornesc și pompele, pompând digestatul de la fermentator la fermentator și de la fermentator la rezervorul de stocare a digestatului (lagună) pentru a preveni revărsarea fermentatorului și a fermentatorului.
Masele de digestat situate în fermentator și fermentator sunt amestecate pentru a asigura o distribuție uniformă a bacteriilor în întregul volum al recipientelor. Pentru amestecare sunt folosite mixere cu viteză redusă cu un design special.
În timp ce substratul se află în fermentator, bacteriile eliberează până la 80% din totalul biogazului produs de instalația de biogaz. Partea rămasă din biogaz este eliberată în digestor.
Un rol important în asigurarea unei cantități stabile de biogaz eliberat îl joacă temperatura lichidului din interiorul fermentatorului și al fermentatorului. De regulă, procesul se desfășoară în modul mezofil cu o temperatură de 41-43ᴼС. Menținerea unei temperaturi stabile se realizează prin utilizarea unor încălzitoare tubulare speciale în interiorul fermentatoarelor și fermentatoarelor, precum și prin izolarea termică fiabilă a pereților și conductelor. Biogazul care iese din digestat are un conținut ridicat de sulf. Biogazul este purificat din sulf folosind bacterii speciale care colonizează suprafața izolației așezate pe o boltă cu grinzi de lemn în interiorul fermentatoarelor și fermentatoarelor.
Biogazul se acumulează într-un suport de gaz, care se formează între suprafața digestatului și materialul elastic, de înaltă rezistență, care acoperă fermentatorul și fermentatorul deasupra. Materialul are capacitatea de a se întinde foarte mult (fără a reduce rezistența), ceea ce, atunci când biogazul se acumulează, crește semnificativ capacitatea suportului de gaz. Pentru a preveni revărsarea rezervorului de gaz și ruperea materialului, există o supapă de siguranță.
În continuare, biogazul intră în instalația de cogenerare. O unitate de cogenerare (CGU) este o unitate în care energia electrică este generată de generatoare acționate de motoare cu piston pe gaz care funcționează pe biogaz. Cogeneratoarele care funcționează cu biogaz au diferențe de proiectare față de motoarele convenționale cu generatoare de gaz, deoarece biogazul este un combustibil foarte epuizat. Energia electrică generată de generatoare oferă energie echipamentelor electrice ale BSU în sine, iar totul dincolo de aceasta este furnizat consumatorilor din apropiere. Energia lichidului folosit pentru răcirea cogeneratoarelor este energia termică generată minus pierderile în dispozitivele cazanului. Produs energie termală, parțial merge la încălzirea fermentatoarelor și fermentatoarelor, iar restul este trimis și consumatorilor din apropiere. intra
Este posibil să se instaleze echipamente suplimentare pentru purificarea biogazului la nivelul gazelor naturale, cu toate acestea, acesta este un echipament scump și este utilizat numai dacă scopul instalației de biogaz nu este producerea de energie termică și electrică, ci producerea de combustibil pentru motoare cu piston pe gaz. Tehnologiile dovedite și cele mai utilizate de purificare a biogazului sunt absorbția apoasă, adsorbția sub presiune, precipitarea chimică și separarea prin membrană.
Eficiența energetică a unei instalații de biogaz depinde în mare măsură atât de tehnologia selectată, materialele și designul structurilor principale, cât și de condiții climaticeîn zona în care se află. Consumul mediu de energie termică pentru încălzirea bioreactoarelor este moderat zona climatica egal cu 15-30% din energia generată de cogeneratoare (brut).
Eficiența energetică globală a unui complex de biogaz cu o centrală termică cu biogaz este în medie de 75-80%. Într-o situație în care toată căldura primită de la o stație de cogenerare în timpul producerii de energie electrică nu poate fi consumată (situație obișnuită din cauza lipsei consumatorilor externi de căldură), aceasta este eliberată în atmosferă. În acest caz, eficiența energetică a unei centrale termice cu biogaz este de doar 35% din energia totală a biogazului.
Principalii indicatori de performanță ai centralelor de biogaz pot varia semnificativ, ceea ce este determinat în mare măsură de substraturile utilizate, de reglementările tehnologice adoptate, de practica operațională și de sarcinile îndeplinite de fiecare instalație în parte.
Procesul de prelucrare a gunoiului de grajd nu durează mai mult de 40 de zile. Digestatul obținut în urma prelucrării este inodor și este un excelent îngrășământ organic în care cel mai mare grad mineralizare nutrienți, asimilat de plante.
Digestatul este de obicei separat în fracții lichide și solide folosind separatoare cu șurub. Fracția lichidă este trimisă în lagune, unde se acumulează până la perioada de aplicare în sol. Fracția solidă este folosită și ca îngrășământ. Dacă fracției solide se aplică uscare, granulare și ambalare suplimentară, aceasta va fi potrivită pentru depozitarea pe termen lung și transportul pe distanțe lungi.
Producția și utilizarea energetică a biogazului are o serie de avantaje justificate și confirmate de practica mondială și anume:
- Sursă de energie regenerabilă (SRE). Biomasa regenerabilă este folosită pentru a produce biogaz.
- Gama largă de materii prime utilizate pentru producerea de biogaz permite construirea de centrale de biogaz practic peste tot în zonele în care sunt concentrate producția agricolă și industriile aferente tehnologic.
- Versatilitatea metodelor de utilizare energetică a biogazului, atât pentru producerea de energie electrică și/sau termică la locul formării acestuia, cât și la orice instalație racordată la rețeaua de transport gaze (în cazul alimentării cu biogaz purificat a acestei rețele). ), precum și combustibil pentru autoturisme.
- Stabilitatea producției de energie electrică din biogaz pe tot parcursul anului face posibilă acoperirea sarcinilor de vârf din rețea, inclusiv în cazul utilizării surselor de energie regenerabilă instabile, de exemplu, centrale solare și eoliene.
- Crearea de locuri de muncă prin formarea unui lanț de piață de la furnizorii de biomasă până la personalul de exploatare a instalațiilor energetice.
- Declin impact negativ asupra mediului prin prelucrarea și neutralizarea deșeurilor prin fermentație controlată în reactoare de biogaz. Tehnologiile de biogaz sunt una dintre principalele și cele mai multe modalități raționale neutralizarea deșeurilor organice. Proiectele de producție de biogaz reduc emisiile de gaze cu efect de seră în atmosferă.
- Efectul agrotehnic al folosirii fermentate in masa in reactoare cu biogaz pe campurile agricole se manifesta prin imbunatatirea structurii solului, regenerarea si cresterea fertilitatii acestora datorita introducerii de nutrienti. origine organică. Dezvoltarea pieței îngrășăminte organice, inclusiv din procesarea în masă în reactoare cu biogaz, va contribui în viitor la dezvoltarea pieței produselor agricole ecologice și la creșterea competitivității acesteia.
Costuri de investiții unitare estimate
BGU 75 kWel. ~ 9.000 €/kWel.
BGU 150 kWel. ~ 6.500 €/kWel.
BGU 250 kWel. ~ 6.000 €/kWel.
BGU până la 500 kWel. ~ 4.500 €/kWel.
BGU 1 MWel. ~ 3.500 €/kWel.
Energia electrică și termică generată poate satisface nu numai nevoile complexului, ci și infrastructura adiacentă. Mai mult, materiile prime pentru instalațiile de biogaz sunt gratuite, ceea ce asigură o eficiență economică ridicată după perioada de amortizare (4-7 ani). Costul energiei generate la centralele cu biogaz nu crește în timp, ci, dimpotrivă, scade.
Biogazul este un gaz obținut în urma fermentației (fermentării) substanțelor organice (de exemplu: paie; buruieni; fecale animale și umane; gunoi; deșeuri organice din apele uzate menajere și industriale etc.) în condiții anaerobe. Producția de biogaz implică diferite tipuri de microorganisme cu un număr variat de funcții catabolice.
Compoziția biogazului.
Mai mult de jumătate din biogaz constă din metan (CH4). Metanul reprezintă aproximativ 60% din biogaz. În plus, biogazul conține dioxid de carbon (CO 2) aproximativ 35%, precum și alte gaze precum vapori de apă, hidrogen sulfurat, monoxid de carbon, azot și altele. Biogazul produs în conditii diferite, este diferit în compoziția sa. Astfel, biogazul din excrementele umane, gunoiul de grajd și deșeurile de sacrificare conține până la 70% metan, iar din reziduurile vegetale, de regulă, aproximativ 55% metan.
Microbiologia biogazului.
Fermentarea biogazului, în funcție de speciile microbiene de bacterii implicate, poate fi împărțită în trei etape:
Primul se numește începutul fermentației bacteriene. Variat bacterii organice La înmulțire, ele secretă enzime extracelulare, al căror rol principal este de a distruge compuși organici complecși cu formarea hidrolitică de substanțe simple. De exemplu, polizaharide la monozaharide; proteine în peptide sau aminoacizi; grăsimile în glicerină și acid gras.
A doua etapă se numește hidrogen. Hidrogenul este produs ca urmare a activității bacteriilor de acid acetic. Rolul lor principal este descompunerea bacteriană a acidului acetic pentru a produce dioxid de carbon și hidrogen.
A treia etapă se numește metanogenă. Implica un tip de bacterii cunoscute sub numele de metanogene. Rolul lor este de a folosi acid acetic, hidrogen și dioxid de carbon pentru a produce metan.
Clasificarea și caracteristicile materiilor prime pentru fermentarea biogazului.
Aproape toate materialele organice naturale pot fi folosite ca materie primă pentru fermentarea biogazului. Principalele materii prime pentru producerea biogazului sunt ape uzate: canal; industria alimentară, farmaceutică și chimică. În zonele rurale, acestea sunt deșeuri generate în timpul recoltării. Datorită diferențelor de origine, procesul de formare, compoziția chimică și structura biogazului sunt, de asemenea, diferite.
Surse de materii prime pentru biogaz în funcție de proveniență:
1. Materii prime agricole.
Aceste materii prime pot fi împărțite în materii prime cu conținut ridicat de azot și materii prime cu conținut ridicat de carbon.
Materii prime cu conținut ridicat de azot:
fecale umane, gunoi de grajd, excremente de păsări. Raportul carbon-azot este de 25:1 sau mai mic. Atât de crud încât a fost complet supragătit tract gastrointestinal persoană sau animal. De regulă, conține un număr mare de compuși cu greutate moleculară mică. Apa din astfel de materii prime a fost parțial transformată și a devenit parte a compușilor cu greutate moleculară mică. Această materie primă se caracterizează printr-o descompunere anaerobă ușoară și rapidă în biogaz. Și, de asemenea, o producție bogată de metan.
Materii prime cu conținut ridicat de carbon:
paie și coajă. Raportul carbon-azot este de 40:1. Are un conținut ridicat de compuși cu molecule înalte: celuloză, hemiceluloză, pectină, lignină, ceară de plante. Descompunerea anaerobă are loc destul de lent. Pentru a crește rata de producție a gazului, astfel de materiale necesită de obicei pretratare înainte de fermentare.
2. Deșeuri organice urbane de apă.
Include deșeuri umane, canalizare, deșeuri organice, ape uzate organice industriale, nămol.
3. Plante acvatice.
Include zambila de apa, alte plante acvatice si alge. Sarcina planificată estimată capacitatea de producție caracterizată printr-o dependență ridicată de energia solară. Au o rentabilitate mare. Organizarea tehnologică necesită o abordare mai atentă. Descompunerea anaerobă are loc cu ușurință. Ciclul metanului este scurt. Particularitatea acestor materii prime este că, fără pre-tratare, plutește în reactor. Pentru a elimina acest lucru, materiile prime trebuie să fie ușor uscate sau pre-compostate timp de 2 zile.
Surse de materii prime pentru biogaz în funcție de umiditate:
1. Materii prime solide:
paie, deșeuri organice cu un conținut relativ mare de substanță uscată. Sunt prelucrate prin metoda fermentației uscate. Apar dificultăți la îndepărtarea unor cantități mari de depozite solide din rector. Total a materiilor prime utilizate poate fi reprezentată ca suma conținutului de substanțe uscate (TS) și substanțe volatile (VS). Materialele volatile pot fi transformate în metan. Pentru a calcula substanțele volatile, o probă de materii prime este încărcată într-un cuptor cu mufă la o temperatură de 530-570°C.
2. Materii prime lichide:
fecale proaspete, gunoi de grajd, excremente. Conține aproximativ 20% substanță uscată. În plus, necesită adăugarea de apă în cantitate de 10% pentru amestecarea cu materii prime solide în timpul fermentației uscate.
3. Deșeuri organice cu umiditate medie:
reziduuri din producția de alcool, ape uzate de la fabricile de celuloză etc. Astfel de materii prime conțin cantități variate de proteine, grăsimi și carbohidrați și sunt materii prime bune pentru producerea de biogaz. Pentru această materie primă se folosesc dispozitive de tip UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - proces anaerob ascendent).
Denumirea deșeurilor fermentate | viteza medie debit de biogaz în timpul producției normale de gaz (m 3 /m 3 /d) | Putere de biogaz, m 3 /Kg/TS | Producția de biogaz (% din producția totală de biogaz) | |||
0-15d | 25-45 d | 45-75 d | 75-135 d | |||
gunoi de grajd uscat | 0,20 | 0,12 | 11 | 33,8 | 20,9 | 34,3 |
Apa din industria chimică | 0,40 | 0,16 | 83 | 17 | 0 | 0 |
Rogulnik (chilim, castan de apă) | 0,38 | 0,20 | 23 | 45 | 32 | 0 |
Salata de apa | 0,40 | 0,20 | 23 | 62 | 15 | 0 |
gunoi de grajd de porc | 0,30 | 0,22 | 20 | 31,8 | 26 | 22,2 |
Iarba uscata | 0,20 | 0,21 | 13 | 11 | 43 | 33 |
Paie | 0,35 | 0,23 | 9 | 50 | 16 | 25 |
Excremente umane | 0,53 | 0,31 | 45 | 22 | 27,3 | 5,7 |
Calculul procesului de fermentare a metanului.
Principii generale Calculele de inginerie de fermentație se bazează pe creșterea încărcării cu materii prime organice și reducerea duratei ciclului metanului.
Calculul materiilor prime pe ciclu.
Încărcarea materiilor prime se caracterizează prin: fracția de masă TS (%), fracția de masă VS (%), concentrația COD (COD - cererea chimică de oxigen, ceea ce înseamnă COD - indicator chimic al oxigenului) (Kg/m 3). Concentrația depinde de tipul dispozitivelor de fermentare. De exemplu, reactoarele moderne de ape uzate industriale sunt UASB (proces anaerob din amonte). Pentru materiile prime solide se folosesc AF (filtre anaerobe) - de obicei concentrația este mai mică de 1%. Deșeurile industriale ca materie primă pentru biogaz au cel mai adesea o concentrație mare și trebuie diluate.
Descărcați calculul vitezei.
Pentru a determina cantitatea zilnică de încărcare a reactorului: concentrație COD (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Acești indicatori sunt indicatori importanți pentru evaluarea eficienței biogazului. Este necesar să se străduiască să limiteze sarcina și, în același timp, să aibă nivel inalt volumul producției de gaz.
Calculul raportului dintre volumul reactorului și puterea de gaz.
Acest indicator este indicator important evaluarea eficienței reactorului. Măsurată în Kg/m 3 ·d.
Randamentul de biogaz pe unitatea de masă de fermentație.
Acest indicator caracterizează starea actuală a producției de biogaz. De exemplu, volumul colectorului de gaz este de 3 m 3. Se furnizează zilnic 10 Kg/TS. Randamentul de biogaz este 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). În funcție de situație, puteți utiliza producția teoretică de gaz sau producția reală de gaz.
Randamentul teoretic al biogazului este determinat de formulele:
Producția de metan (E):
E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.
Producția de dioxid de carbon (D):
D = 0,37A + 0,49B + 0,36C. Unde A este conținutul de carbohidrați per gram de material de fermentare, B este proteine, C este conținutul de grăsimi
Volumul hidraulic.
Pentru a crește eficiența, este necesar să se reducă perioada de fermentație. Într-o anumită măsură există o legătură cu pierderea microorganismelor în fermentație. În prezent, unele reactoare eficiente au timpi de fermentare de 12 zile sau chiar mai puțin. Volumul hidraulic este calculat prin calcularea volumului de încărcare zilnică de materie primă din ziua în care a început încărcarea materiei prime și depinde de timpul de rezidență în reactor. De exemplu, fermentația este planificată la 35°C, concentrația furajului este de 8% (cantitatea totală de TS), volumul zilnic de alimentare este de 50 m 3, perioada de fermentație în reactor este de 20 de zile. Volumul hidraulic va fi: 50·20 = 100 mc.
Îndepărtarea contaminanților organici.
Producția de biogaz, ca orice producție biochimică, are deșeuri. Deșeurile de producție biochimică pot provoca daune mediului în cazul eliminării necontrolate a deșeurilor. De exemplu, căzând în râul alăturat. Instalațiile mari moderne de biogaz produc mii și chiar zeci de mii de kilograme de deșeuri pe zi. Compoziție de înaltă calitate iar traseele de eliminare a deşeurilor de la marile uzine de biogaz sunt controlate de laboratoarele întreprinderii şi serviciul de mediu de stat. Instalațiile de biogaz din fermele mici nu au astfel de controale din două motive: 1) deoarece există puține deșeuri, va exista puține daune mediului. 2) Efectuarea analizelor de înaltă calitate a deșeurilor necesită echipamente de laborator specifice și personal de înaltă specializare. Micii fermieri nu au asta, dar agentii guvernamentale ei consideră pe bună dreptate un astfel de control ca fiind inadecvat.
Un indicator al nivelului de contaminare al deșeurilor din reactorul de biogaz este COD (indicator chimic al oxigenului).
Se folosește următoarea relație matematică: COD a vitezei de încărcare organică Kg/m 3 ·d= concentrația de încărcare a COD (Kg/m 3) / termenul de valabilitate hidraulic (d).
Debitul de gaz în volumul reactorului (kg/(m 3 ·d)) = randamentul de biogaz (m 3 /kg) / COD al vitezei de încărcare organică kg/(m 3 ·d).
Avantajele centralelor energetice cu biogaz:
deșeurile solide și lichide au un miros specific care respinge muștele și rozătoarele;
capacitatea de a produce un produs final util - metan, care este un combustibil curat și convenabil;
în timpul procesului de fermentație, semințele de buruieni și unii dintre agenți patogeni mor;
în timpul procesului de fermentație, azotul, fosforul, potasiul și alte ingrediente de îngrășăminte sunt aproape complet conservate, o parte din azotul organic este transformat în azot amoniac, iar acest lucru îi crește valoarea;
reziduul de fermentație poate fi folosit ca hrană pentru animale;
fermentarea biogazului nu necesită utilizarea oxigenului din aer;
nămolul anaerob poate fi depozitat timp de câteva luni fără a adăuga nutrienți, iar apoi, atunci când se adaugă furaj virgin, fermentația poate începe rapid din nou.
Dezavantajele centralelor energetice cu biogaz:
dispozitiv complex și necesită investiții relativ mari în construcții;
necesită un nivel ridicat de construcție, management și întreținere;
Propagarea anaerobă inițială a fermentației are loc lent.
Caracteristici ale procesului de fermentare a metanului și controlului procesului:
1. Temperatura de producere a biogazului.
Temperatura pentru producția de biogaz poate fi într-un interval de temperatură relativ larg de 4~65°C. Odată cu creșterea temperaturii, rata producției de biogaz crește, dar nu liniar. Temperatura 40~55°C este zonă de tranziție activitatea vitală a diferitelor microorganisme: bacterii termofile și mezofile. Cea mai mare rată de fermentație anaerobă are loc într-un interval restrâns de temperatură de 50-55°C. La o temperatură de fermentație de 10°C, debitul de gaz este de 59% în 90 de zile, dar același debit la o temperatură de fermentație de 30°C are loc în 27 de zile.
O schimbare bruscă a temperaturii va avea un impact semnificativ asupra producției de biogaz. Proiectarea unei instalații de biogaz trebuie să prevadă în mod necesar controlul unui astfel de parametru precum temperatura. Schimbările de temperatură de peste 5°C reduc semnificativ productivitatea reactorului de biogaz. De exemplu, dacă temperatura din reactorul de biogaz a fost perioadă lungă de timp 35°C și apoi a scăzut brusc la 20°C, apoi producția reactorului de biogaz se va opri aproape complet.
2. Material de altoire.
Fermentarea metanului necesită de obicei un anumit număr și tip de microorganisme pentru a se finaliza. Sedimentul bogat în microbi metan se numește inocul. Fermentarea biogazului este larg răspândită în natură și locurile cu material de altoire sunt la fel de răspândite. Acestea sunt: nămoluri de canalizare, depozite de nămol, sedimente de fund ale gropilor de gunoi de grajd, diverse nămoluri de canalizare, reziduuri digestive etc. Datorită materiei organice abundente și condițiilor anaerobe bune, ele dezvoltă comunități microbiene bogate.
Inoculul adăugat pentru prima dată într-un nou reactor de biogaz poate reduce semnificativ perioada de stagnare. În noul reactor de biogaz, este necesară fertilizarea manuală cu material de altoire. Folosind deșeuri industriale O atenție deosebită se acordă acestui lucru ca materie primă.
3. Mediu anaerob.
Anaerobicitatea mediului este determinată de gradul de anaerobicitate. De obicei, potențialul redox este de obicei notat cu valoarea Eh. În condiții anaerobe, Eh are sens negativ. Pentru bacteriile metan anaerobe, Eh se află în intervalul -300 ~ -350mV. Unele bacterii care produc acizi facultativi sunt capabile să trăiască o viață normală la Eh -100 ~ + 100 mV.
Pentru a asigura condiții anaerobe, este necesar să se asigure că reactoarele de biogaz sunt construite etanș închise, asigurându-se că sunt etanșe la apă și fără scurgeri. Pentru reactoarele industriale mari cu biogaz, valoarea Eh este întotdeauna controlată. Pentru reactoarele cu biogaz din fermele mici, problema controlului acestei valori apare din cauza necesității de a achiziționa echipamente scumpe și complexe.
4. Controlul acidității mediului (pH) în reactorul de biogaz.
Metanogenii necesită un interval de pH într-un interval foarte îngust. În medie pH=7. Fermentarea are loc în intervalul de pH de la 6,8 la 7,5. Controlul pH-ului este disponibil pentru reactoarele de biogaz mici. Pentru a face acest lucru, mulți fermieri folosesc benzi de hârtie indicatoare de turnesol de unică folosință. Plantele mari folosesc adesea dispozitive electronice de monitorizare a pH-ului. În circumstanțe normale, echilibrul fermentației metanului este un proces natural, de obicei fără ajustare a pH-ului. Numai în cazuri izolate de gestionare greșită apar acumulări masive de acizi volatili și o scădere a pH-ului.
Măsuri de atenuare aciditate crescută pH-urile sunt:
(1) Înlocuiți parțial mediul din reactorul de biogaz, diluând astfel conținutul de acid volatil. Acest lucru va crește pH-ul.
(2) Adăugați cenușă sau amoniac pentru a crește pH-ul.
(3) Ajustați pH-ul cu var. Această măsură este eficientă în special în cazurile cu conținut extrem de ridicat de acid.
5. Amestecarea mediului în reactorul de biogaz.
Într-un rezervor de fermentație tipic, mediul de fermentație este de obicei împărțit în patru straturi: crusta superioară, stratul de supernatant, stratul activ și stratul de sediment.
Scopul amestecării:
1) relocarea bacteriilor active într-o nouă porțiune de materii prime primare, creșterea suprafeței de contact a microbilor și a materiilor prime pentru a accelera rata de producție de biogaz, crescând eficiența utilizării materiilor prime.
2) evitarea formării unui strat gros de crustă, care creează rezistență la eliberarea de biogaz. Materiile prime precum paiele, buruienile, frunzele etc. sunt deosebit de solicitante pentru amestecare. Într-un strat gros de crustă, se creează condiții pentru acumularea de acid, ceea ce este inacceptabil.
Metode de amestecare:
1) amestecare mecanică cu roți de diferite tipuri instalate în spațiul de lucru al reactorului de biogaz.
2) amestecarea cu biogaz preluat din partea superioară a bioreactorului și alimentat în partea inferioară cu exces de presiune.
3) amestecarea cu o pompă hidraulică circulatoare.
6. Raportul carbon/azot.
Doar un raport optim de nutrienți contribuie la o fermentație eficientă. Indicatorul principal este raportul carbon/azot (C:N). Raportul optim este de 25:1. Numeroase studii au demonstrat că limitele raportului optim sunt 20-30:1, iar producția de biogaz este redusă semnificativ la un raport de 35:1. Studiile experimentale au arătat că fermentarea biogazului este posibilă cu un raport carbon/azot de 6:1.
7. Presiune.
Bacteriile metanice se pot adapta la presiuni hidrostatice ridicate (aproximativ 40 de metri sau mai mult). Dar sunt foarte sensibili la schimbările de presiune și din această cauză este nevoie de o presiune stabilă (nr schimbări bruște presiune). Modificări semnificative ale presiunii pot apărea în cazuri de: o creștere semnificativă a consumului de biogaz, încărcarea relativ rapidă și mare a bioreactorului cu materii prime primare, sau descărcarea similară a reactorului din sedimente (curățare).
Modalități de stabilizare a presiunii:
2) furnizarea de materii prime primare proaspete și curățarea simultană și la aceeași viteză de descărcare;
3) instalarea capacelor plutitoare pe un reactor de biogaz vă permite să mențineți o presiune relativ stabilă.
8. Activatori și inhibitori.
Unele substanțe, atunci când sunt adăugate în cantități mici, îmbunătățesc performanța unui reactor de biogaz, astfel de substanțe sunt cunoscute ca activatori. În timp ce alte substanțe adăugate la cantități mici conduc la o inhibare semnificativă a proceselor într-un reactor de biogaz; astfel de substanțe sunt numite inhibitori.
Sunt cunoscute multe tipuri de activatori, inclusiv unele enzime, săruri anorganice, substanțe organice și anorganice. De exemplu, adăugarea unei anumite cantități de enzimă celulază facilitează foarte mult producerea de biogaz. Adăugarea a 5 mg/Kg de oxizi superiori (R 2 O 5) poate crește producția de gaz cu 17%. Randamentul de biogaz pentru materii prime primare din paie și altele asemenea poate fi crescut semnificativ prin adăugarea de bicarbonat de amoniu (NH4HCO3). Activatorii sunt, de asemenea Cărbune activ sau turba. Alimentarea unui bioreactor cu hidrogen poate crește dramatic producția de metan.
Inhibitorii se referă în principal la unii dintre compușii ionilor metalici, săruri, fungicide.
Clasificarea proceselor de fermentare.
Fermentația metanică este o fermentație strict anaerobă. Procesele de fermentare sunt împărțite în următoarele tipuri:
Clasificare în funcție de temperatura de fermentație.
Poate fi împărțit în temperaturi de fermentație „naturale” (fermentare la temperatură variabilă), caz în care temperatura de fermentație este de aproximativ 35°C și procesul de fermentație la temperatură înaltă (aproximativ 53°C).
Clasificarea după diferențiere.
În funcție de natura diferențială a fermentației, aceasta poate fi împărțită în fermentație într-o singură etapă, fermentație în două etape și fermentație în mai multe etape.
1) Fermentare într-o singură etapă.
Se referă la cel mai comun tip de fermentație. Acest lucru se aplică dispozitivelor în care se produc simultan acizi și metan. Fermentațiile într-o singură etapă pot fi mai puțin eficiente în ceea ce privește DBO (cererea biologică de oxigen) decât fermentațiile în două și mai multe etape.
2) Fermentare în două etape.
Bazat pe fermentarea separată a acizilor și a microorganismelor metanogene. Aceste două tipuri de microbi au cerințe diferite de fiziologie și nutriție și există diferențe semnificative de creștere, caracteristici metabolice și alte aspecte. Fermentarea în două etape poate îmbunătăți considerabil randamentul biogazului și descompunerea acizilor grași volatili, poate scurta ciclul de fermentare, poate aduce economii semnificative la costurile de operare și poate elimina eficient contaminanții organici din deșeuri.
3) Fermentare în mai multe etape.
Este utilizat pentru materii prime primare bogate în celuloză în următoarea secvență:
(1) Materialul celulozic este hidrolizat în prezența acizilor și alcalinelor. Se formează glucoză.
(2) Se introduce materialul de altoire. Acesta este de obicei nămol activ sau apă uzată dintr-un reactor de biogaz.
(3) Creați condiții adecvate pentru producerea bacteriilor acide (producătoare de acizi volatili): pH=5,7 (dar nu mai mult de 6,0), Eh=-240mV, temperatură 22°C. În această etapă se formează următorii acizi volatili: acetic, propionic, butiric, izobutiric.
(4) Creați condiții adecvate pentru producerea bacteriilor metanice: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, temperatură 36-37°C
Clasificarea după periodicitate.
Tehnologia de fermentație este clasificată în fermentație discontinuă, fermentație continuă, fermentație semi-continuă.
1) Fermentare în loturi.
Materiile prime și materialul de altoire sunt încărcate o dată în reactorul de biogaz și supuse fermentației. Această metodă este utilizată atunci când există dificultăți și inconveniente la încărcarea materiilor prime primare, precum și la descărcarea deșeurilor. De exemplu, nu paie tocate sau brichete mari de deșeuri organice.
2) Fermentare continuă.
Acestea includ cazurile în care materiile prime sunt încărcate în mod obișnuit în biorector de mai multe ori pe zi și deșeurile de fermentație sunt îndepărtate.
3) Fermentare semi-continuă.
Acest lucru se aplică reactoarelor cu biogaz, pentru care este normal să nu fie ocazional cantități egale adăugați diverse materii prime primare. Această schemă tehnologică este folosită cel mai adesea de fermele mici din China și este asociată cu particularitățile agriculturii. lucrări Reactoarele cu biogaz cu fermentație semi-continuă pot avea diferite diferențe de proiectare. Aceste modele sunt discutate mai jos.
Schema nr. 1. Reactor de biogaz cu capac fix.
Caracteristici de proiectare: combinarea unei camere de fermentație și a unei instalații de depozitare a biogazului într-o singură structură: materiile prime fermentează în partea inferioară; biogazul este stocat în partea superioară.
Principiul de funcționare:
Biogazul iese din lichid și este colectat sub capacul reactorului de biogaz din domul acestuia. Presiunea biogazului este echilibrată de greutatea lichidului. Cum mai multa presiune gaz, cu atât mai mult lichid părăsește camera de fermentație. Cu cât presiunea gazului este mai mică, cu atât mai mult lichid intră în camera de fermentație. În timpul funcționării unui reactor de biogaz, în interiorul acestuia există întotdeauna lichid și gaz. Dar în proporții diferite.
Schema nr. 2. Reactor de biogaz cu capac plutitor.
Schema nr. 3. Reactor de biogaz cu capac fix și suport extern de gaz.
Caracteristici de design: 1) în loc de un capac plutitor, are un rezervor de gaz construit separat; 2) presiunea biogazului la ieșire este constantă.
Avantajele Schemei nr. 3: 1) ideal pentru funcționarea arzătoarelor cu biogaz care necesită strict o anumită presiune; 2) cu activitate de fermentație scăzută într-un reactor de biogaz, se poate asigura stabil și presiune ridicata biogaz de la consumator.
Ghid pentru construirea unui reactor de biogaz casnic.
GB/T 4750-2002 Reactoare domestice de biogaz.
GB/T 4751-2002 Acceptarea calității reactoarelor de biogaz domestice.
GB/T 4752-2002 Reguli pentru construcția de reactoare de biogaz casnice.
GB 175 -1999 Ciment Portland, ciment Portland obișnuit.
GB 134-1999 Ciment de zgură Portland, ciment de tuf și ciment de cenușă volantă.
GB 50203-1998 Construcție și recepție zidărie.
JGJ52-1992 Standard de calitate pentru betonul de nisip obișnuit. Metode de testare.
JGJ53- 1992 Standard de calitate pentru piatră spartă sau beton de pietriș obișnuit. Metode de testare.
JGJ81 -1985 Proprietățile mecanice ale betonului obișnuit. Metoda de test.
JGJ/T 23-1992 Specificație tehnică pentru testarea rezistenței la compresiune a betonului prin metoda rebound.
Mortar JGJ70 -90. Metoda de testare a caracteristicilor de bază.
GB 5101-1998 Cărămizi.
GB 50164-92 Controlul calității betonului.
Etanșeitate la aer.
Designul reactorului de biogaz asigură o presiune internă de 8000 (sau 4000 Pa). Rata de scurgere după 24 de ore este mai mică de 3%.
Unitatea de producție de biogaz pe volumul reactorului.
Pentru condiții satisfăcătoare de producere a biogazului, se consideră normal când se produc 0,20-0,40 m 3 de biogaz pe metru cub de volum al reactorului.
Volumul normal de stocare a gazelor este de 50% din producția zilnică de biogaz.
Factorul de siguranță nu este mai mic de K=2,65.
Durata de viață normală este de cel puțin 20 de ani.
Sarcina sub tensiune 2 kN/m2.
Capacitatea portantă a structurii fundației este de cel puțin 50 kPa.
Rezervoarele de gaz sunt proiectate pentru o presiune de cel mult 8000 Pa și cu un capac plutitor pentru o presiune de cel mult 4000 Pa.
Limita maximă de presiune pentru piscină nu este mai mare de 12000 Pa.
Grosimea minimă a bolții arcuite a reactorului este de cel puțin 250 mm.
Sarcina maximă a reactorului este de 90% din volumul său.
Designul reactorului prevede prezența spațiului sub capacul reactorului pentru flotarea gazului, reprezentând 50% din producția zilnică de biogaz.
Volumul reactorului este de 6 m 3, debitul de gaz este de 0,20 m 3 /m 3 /d.
Se pot construi reactoare cu un volum de 4 m3, 8 m3, 10 m3 conform acestor desene. Pentru a face acest lucru, este necesar să folosiți valorile dimensionale de corecție indicate în tabelul de pe desene.
Pregătirea pentru construcția unui reactor de biogaz.
Alegerea tipului de reactor cu biogaz depinde de cantitatea și caracteristicile materiei prime fermentate. În plus, alegerea depinde de condițiile hidrogeologice și climatice locale și de nivelul tehnologiei de construcție.
Un reactor de biogaz de uz casnic ar trebui să fie amplasat lângă toalete și spații cu animale, la o distanță de cel mult 25 de metri. Amplasarea reactorului de biogaz ar trebui să fie pe partea sub vânt și însorită pe un teren solid, cu un nivel scăzut al apei subterane.
Pentru a selecta un design de reactor de biogaz, utilizați tabelele de consum de materiale de construcție de mai jos.
Volumul reactorului, m 3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Volumul, m 3 | 1,828 | 2,148 | 2,508 | 2,956 | |
Ciment, kg | 523 | 614 | 717 | 845 | |
Nisip, m 3 | 0,725 | 0,852 | 0,995 | 1,172 | |
Pietriș, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 | |
Volumul, m 3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 | |
Ciment, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Nisip, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Pastă de ciment | Ciment, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Cantitatea totală de material | Ciment, kg | 759 | 904 | 1042 | 1230 |
Nisip, m 3 | 1,096 | 1,313 | 1,514 | 1,792 | |
Pietriș, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 |
Volumul reactorului, m 3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Volumul, m 3 | 1,540 | 1,840 | 2,104 | 2,384 | |
Ciment, kg | 471 | 561 | 691 | 789 | |
Nisip, m 3 | 0,863 | 0,990 | 1,120 | 1,260 | |
Pietriș, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Tencuirea clădirii prefabricate | Volumul, m 3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 |
Ciment, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Nisip, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Pastă de ciment | Ciment, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Cantitatea totală de material | Ciment, kg | 707 | 851 | 1016 | 1174 |
Nisip, m 3 | 1,234 | 1,451 | 1,639 | 1,880 | |
Pietriș, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Materiale din oțel | Diametru tijă de oțel 12 mm, kg | 14 | 18,98 | 20,98 | 23,00 |
Diametru armătură din oțel 6,5 mm, kg | 10 | 13,55 | 14,00 | 15,00 |
Volumul reactorului, m 3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Volumul, m 3 | 1,257 | 1,635 | 2,017 | 2,239 | |
Ciment, kg | 350 | 455 | 561 | 623 | |
Nisip, m 3 | 0,622 | 0,809 | 0,997 | 1,107 | |
Pietriș, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,510 | 1,710 | |
Tencuirea clădirii prefabricate | Volumul, m 3 | 0,277 | 0,347 | 0,400 | 0,508 |
Ciment, kg | 113 | 142 | 163 | 208 | |
Nisip, m 3 | 0,259 | 0,324 | 0,374 | 0,475 | |
Pastă de ciment | Ciment, kg | 6 | 7 | 9 | 11 |
Cantitatea totală de material | Ciment, kg | 469 | 604 | 733 | 842 |
Nisip, m 3 | 0,881 | 1,133 | 1,371 | 1,582 | |
Pietriș, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,540 | 1,710 |
Descriere | Denumirea pe desene |
Materiale: | |
Țeavă (șanț în pământ) | ![]() |
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
Simboluri: | |
Link către desenul de detaliu. Numărul de sus indică numărul piesei. Numărul de jos indică numărul desenului cu o descriere detaliată a piesei. Dacă este indicat un semn „-” în locul cifrei de jos, aceasta indică faptul că descriere detaliata detaliile sunt prezentate în acest desen. | |
Secțiunea piesei. Liniile aldine indică planul tăieturii și direcția de vedere, iar numerele indică numărul de identificare al tăieturii. | |
Săgeata indică raza. Numerele de după litera R indică valoarea razei. | |
Acceptat în mod obișnuit: | |
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
În consecință, semiaxa mare și axa scurtă a elipsoidului | |
Lungime | |
![]() |
|
![]() |
|
![]() |
|
Proiectări de reactoare cu biogaz.
Particularitati:
Tipul de caracteristică de proiectare a piscinei principale.
Partea de jos este înclinată de la portul de intrare la portul de evacuare. Acest lucru asigură formarea unui flux constant în mișcare. Desenele nr. 1-9 indică trei tipuri de structuri de reactoare cu biogaz: tip A, tip B, tip C.
Reactorul de biogaz tip A: cel mai simplu design. Îndepărtarea substanței lichide este asigurată numai prin fereastra de evacuare prin forța presiunii biogazului din interiorul camerei de fermentație.
Reactorul de biogaz tip B: Bazinul principal este dotat cu o conducta verticala in centru, prin care in timpul functionarii este posibila alimentarea sau eliminarea unei substante lichide, in functie de necesitate. În plus, pentru a forma un flux de substanță printr-o țeavă verticală, acest tip de reactor de biogaz are un despărțitor reflectorizant (deflector) în partea de jos a piscinei principale.
Reactorul de biogaz tip C: Are un design similar cu cel al reactorului de tip B. Cu toate acestea, este echipat cu o pompă manuală cu piston de design simplu instalată într-o țeavă verticală centrală, precum și alte deflectoare reflectorizante în partea inferioară a bazinului principal. . Aceste caracteristici de proiectare vă permit să controlați eficient parametrii principalelor procese tehnologice din bazinul principal datorită simplității probelor expres. Și, de asemenea, utilizați un reactor de biogaz ca donator de bacterii de biogaz. Într-un reactor de acest tip, difuzia (amestecarea) substratului are loc mai complet, ceea ce la rândul său crește randamentul de biogaz.
Caracteristici de fermentare:
Procesul constă în selectarea materialului de altoire; prepararea materiilor prime primare (finisarea densitatii cu apa, reglarea aciditatii, adaugarea materialului de altoire); fermentație (controlul amestecării substratului și al temperaturii).
Fecalele umane, gunoiul de grajd și excrementele de păsări sunt folosite ca materiale de fermentație. Procesul de fermentație continuă creează condiții relativ stabile munca eficienta reactor de biogaz.
Principii de proiectare.
Respectarea sistemului „triplu” (biogaz, toaletă, hambar). Reactorul de biogaz este un rezervor cilindric vertical. Inaltimea piesei cilindrice H=1 m. Partea superioară a rezervorului are o boltă arcuită. Raportul dintre înălțimea arcului și diametrul părții cilindrice este f 1 /D=1/5. Partea de jos este înclinată de la portul de intrare la portul de evacuare. Unghi de înclinare 5 grade.
Designul rezervorului asigură condiții de fermentație satisfăcătoare. Mișcarea substratului are loc prin gravitație. Sistemul funcționează când rezervorul este complet încărcat și se controlează pe baza timpului de rezidență al materiilor prime prin creșterea producției de biogaz. Reactoarele cu biogaz de tipurile B și C au dispozitive suplimentare pentru prelucrarea substratului.
Rezervorul poate să nu fie complet încărcat cu materii prime. Acest lucru reduce producția de gaz fără a sacrifica eficiența.
Cost redus, ușurință de gestionare, utilizare populară pe scară largă.
Descrierea materialelor de construcție.
Materialul pereților, fundului și acoperișului reactorului de biogaz este beton.
Piesele pătrate, cum ar fi canalul de încărcare, pot fi făcute din cărămidă. Structurile din beton pot fi realizate prin turnarea unui amestec de beton, dar pot fi realizate și din elemente prefabricate din beton (cum ar fi: capacul orificiului de admisie, rezervor de bacterii, conductă centrală). Cușca bacteriană este rotundă în secțiune transversală și este formată din coji de ou sparte plasate într-o împletitură.
Secvența operațiunilor de construcție.
Metoda de turnare a cofrajului este următoarea. Conturul viitorului reactor de biogaz este marcat pe sol. Pământul este îndepărtat. Mai întâi fundul este umplut. Cofrajele sunt instalate în partea de jos pentru a turna betonul într-un inel. Pereții sunt turnați folosind cofraje și apoi bolta arcuită. Pentru cofraj se pot folosi oțel, lemn sau cărămidă. Turnarea se face simetric, iar pentru rezistență se folosesc dispozitive de tamponare. Excesul de beton curgător este îndepărtat cu o spatulă.
Desene de construcție.
Construcția se realizează conform desenelor nr. 1-9.
Desen 1. Reactor de biogaz 6 m 3. Tip A:
![](https://i2.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-1m.gif)
Desen 2. Reactor de biogaz 6 m 3. Tip A:
![](https://i2.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-2m.gif)
![](https://i0.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-8m.gif)
![](https://i2.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-9m.gif)
Construcția reactoarelor de biogaz din plăci prefabricate din beton este o tehnologie de construcție mai avansată. Această tehnologie este mai avansată datorită ușurinței de implementare a menținerii preciziei dimensionale, reducând timpul și costurile de construcție. Caracteristica principală a construcției este că elementele principale ale reactorului (boltă arcuită, pereți, canale, capace) sunt fabricate departe de locul de instalare, apoi sunt transportate la locul de instalare și asamblate la fața locului într-o groapă mare. La asamblarea unui astfel de reactor, atenția principală este acordată preciziei instalării pe orizontală și verticală, precum și densității îmbinărilor cap la cap.
Desen 13. Reactor de biogaz 6 m 3. Detalii reactor de biogaz din plăci de beton armat:
![](https://i1.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-13m.gif)
Desen 14. Reactor de biogaz 6 m 3. Elemente de ansamblu reactor de biogaz:
![](https://i2.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-14m.gif)
Desen 15. Reactor de biogaz 6 m 3. Elemente de asamblare ale unui reactor din beton armat:
![](https://i2.wp.com/profhimpostavka.ltd.ua/upload39/chertesch-15m.gif)
Bacteriile anaerobe- sunt microorganisme care folosesc oxigenul in cantitati minime pentru functiile lor vitale.
De obicei, ființele vii folosesc oxigenul inhalat pentru a oxida materia organică (carbonul este oxidat, oxigenul este redus). Cu toate acestea, în zonele sărace în oxigen, există bacterii anaerobe care se descurcă fără oxigen și folosesc un alt agent oxidant.
Microorganismele anaerobe au fost descoperite de omul de știință francez Louis Pasteur în 1861. Această descoperire a devenit o senzație pentru biologii care credeau că viața este imposibilă fără respirație și utilizarea oxigenului.
Mai târziu s-a dovedit că anaerobii care formează spori nu sunt niște minuni rare, ci organisme foarte răspândite pe întreaga suprafață a Pământului. Studiile ulterioare ale multor microbiologi au arătat că o mare varietate de medii naturale, inclusiv cele complet lipsite de oxigen molecular, sunt locuite de o varietate de organisme microscopice care iau parte activă în ciclul substanțelor de pe Pământ.
Un studiu aprofundat al metabolismului anaerobilor a făcut posibilă utilizarea acestora în industrie ca producători ai unui număr de compuși valoroși pentru economia națională.
În prezent, industrie și zonele rezidențiale produc o cantitate mare de deșeuri care trebuie eliminate și reciclate. Biogazul poate fi obținut din deșeuri organice. În condiții anaerobe, bacteriile descompun substratul organic, iar biogazul este un produs intermediar al metabolismului lor.
În prezent, în lume sunt utilizate sau dezvoltate aproximativ 60 de tipuri de tehnologii de producere a biogazului. Cea mai comună metodă este digestia anaerobă în metatancuri (rezervoare de procesare biologică), fără acces la aer, sau coloane anaerobe. O parte din energia obținută din utilizarea biogazului este utilizată pentru întreținerea procesului.
Bacteriile transformă biomasa în biogaz la temperaturi peste 25°C. În țările cu climă caldă nu este nevoie să încălziți metatancul.
Procesul se bazează pe descompunerea (putrezirea) sub influența bacteriilor aparținând a două familii mari de acidogeni și metanogene, deșeuri solide presortate (deșeuri organice, murdărie groasă) în recipiente metalice fără acces la aer la o temperatură medie de aproximativ + 55°C. Acest gaz este furnizat sub presiune sistemului de purificare și apoi eliberat în două componente - metan și dioxid de carbon.
Biogazul constă din 55-75% metan și 25-45% dioxid de carbon, inclusiv cantități mici de hidrogen sulfurat. Perioada de formare a biogazului de înaltă calitate variază de la 7 la 15 zile.
Procesul de descompunere are loc în patru etape, fiecare dintre ele implicând grupuri diferite bacterii.
În prima etapă, bacteriile aerobe transformă substanțele organice cu greutate moleculară mare (proteine, carbohidrați, grăsimi, celuloză) cu ajutorul enzimelor în compuși cu greutate moleculară mică precum monozaharide, aminoacizi, acizi grași și apă. Acest proces se numește hidroliză.
Descompunerea ulterioară este efectuată de bacteriile care formează acid. Acest proces implică parțial bacterii anaerobe, care consumă oxigenul rămas și formează astfel condițiile anaerobe necesare bacteriilor metanice. În această etapă se produc: acizi (acetic, formic, butiric, propionic, nailon și lactic), alcooli și cetone (metanol, etanol, propanol, butanol, glicerină și acetonă), gaze (dioxid de carbon, carbon, hidrogen sulfurat). și amoniac). Această etapă se numește etapa de oxidare.
După aceasta, bacteriile formatoare de acid creează din acizii organici produsele inițiale pentru formarea metanului: acid acetic, dioxid de carbon și hidrogen.
Etapa finală produce metan, dioxid de carbon și apă. 90% din tot metanul este produs în această etapă, 70% provine din acid acetic. Astfel, formarea acidului acetic (adică a treia etapă de scindare) este un factor care determină viteza de formare a metanului.
Producția de biogaz este justificată din punct de vedere economic atunci când se prelucrează un flux constant de deșeuri, de exemplu în fermele de animale.
Rusia acumulează anual până la 300 de milioane de tone de deșeuri organice echivalente uscate: 250 de milioane de tone în producția agricolă, 50 de milioane de tone sub formă de deșeuri menajere. Aceste deșeuri sunt materia primă pentru producția de biogaz. Volumul potențial de biogaz produs anual ar putea fi de 90 de miliarde de metri cubi. m.
Biogazul este colectat, prevenind poluarea aerului și folosit ca combustibil pentru producerea de energie electrică, căldură sau abur sau ca combustibil pentru automobile. Luând în considerare condițiile rusești, metanul produs din biogaz, sau biogazul în forma sa principală, poate fi folosit ca combustibil pentru cazane mici, vehicule și generarea de energie electrică.
Metanul separat de biogaz este o materie primă pentru producerea multor produse valoroase ale industriei chimice - metanol, formaldehidă, acetilenă, disulfură de carbon, cloroform, acid cianhidric, funingine.
Restul de compost de înaltă calitate și îngrășământ bogat în azot sunt vândute întreprinderilor agricole și persoanelor fizice.
Această tehnologie este considerată complet producție fără deșeuri, unde fiecare componentă are propria sa aplicație.
Materialul a fost pregătit pe baza informațiilor din surse deschise