Farmy corocznie borykają się z problemem usuwania obornika. Nigdzie nie ma dużo pieniędzy, które są potrzebne do organizacji usuwania i usuwania. Ale jest sposób, który pozwala nie tylko zaoszczędzić pieniądze, ale także zmusić ten naturalny produkt do samodzielnej obsługi.
Przemyślani właściciele od dawna uprawiają ekotechnologię, która pozwala na pozyskiwanie biogazu z obornika i wykorzystanie wyniku jako paliwa.
Dlatego w naszym materiale omówimy technologię produkcji biogazu, porozmawiamy również o tym, jak zbudować zakład bioenergetyczny.
Zalety stosowania biotechnologii
Technologia produkcji biopaliw z różnych źródeł naturalnych nie jest nowa. Badania w tej dziedzinie rozpoczęły się pod koniec XVIII wieku i pomyślnie rozwinęły się w XIX wieku. W Związku Radzieckim pierwsza elektrownia bioenergetyczna powstała w latach czterdziestych ubiegłego wieku.
Biotechnologia jest od dawna stosowana w wielu krajach, ale dziś mają one szczególne znaczenie. Z powodu pogorszenia się sytuacji ekologicznej na planecie i wysokich kosztów energii, wielu szuka alternatywnych źródeł energii i ciepła.
Technologia przetwarzania obornika w biogaz zmniejsza ilość szkodliwych emisji metanu do atmosfery i uzyskuje dodatkowe źródło energii cieplnej
Oczywiście obornik jest bardzo cennym nawozem, a jeśli w gospodarstwie są dwie krowy, to nie ma problemów z jego użyciem. Inna rzecz, jeśli chodzi o gospodarstwa z dużym i średnim zwierzętami gospodarskimi, gdzie rocznie produkuje się mnóstwo cuchnącego i gnijącego materiału biologicznego.
Aby obornik stał się nawozem wysokiej jakości, potrzebujemy obszarów o określonym reżimie temperaturowym, a to są dodatkowe wydatki. Dlatego wielu rolników przechowuje je tam, gdzie jest to konieczne, a następnie zabiera je na pola.
W zależności od ilości produkowanych surowców dziennie, należy wybrać wymiary instalacji i stopień jej automatyzacji.
Jeśli warunki przechowywania nie są przestrzegane, obornik odparowuje do 40% azotu i główną część fosforu, co znacznie pogarsza wskaźniki jakości. Ponadto metan jest emitowany do atmosfery, co ma negatywny wpływ na sytuację ekologiczną planety.
Współczesne biotechnologie umożliwiają nie tylko zneutralizowanie szkodliwego wpływu metanu na sytuację ekologiczną, ale także sprawiają, że służy on z korzyścią dla człowieka, jednocześnie wydobywając znaczne korzyści ekonomiczne. W wyniku przetwarzania obornika powstaje biogaz, z którego można następnie uzyskać tysiące kilowatów energii, a odpady produkcyjne są bardzo cennym nawozem beztlenowym.
Organizacja systemu produkcji biogazu jest ekonomicznie uzasadniona dla gospodarstw. Jeśli tylko dwie krowy dają surowce, lepiej jest użyć go jako nawozu. 
Gaz uzyskany przez przetwarzanie obornika zapewni ciepło i energię. Po oczyszczeniu może być dostarczony do pieca, a kocioł pompowany do cylindra wykorzystywanego przez generator 
Strukturalnie najprostszy zakład przetwórczy jest łatwy do zbudowania własnymi rękami. Jego głównym organem jest bioreaktor, który musi być dobrze hydro i izolowany termicznie. 
Dla tych, którzy chcą skrócić konstrukcję systemu, odpowiednie możliwości produkcyjne wykonane z tworzywa sztucznego. Wykorzystuje te same zasady konstrukcji i izolacji.
Mechanizm powstawania gazu z surowców organicznych
Biogaz jest lotną substancją bez koloru i jakiegokolwiek zapachu, który zawiera do 70% metanu. Dzięki wskaźnikom jakości jest on zbliżony do tradycyjnego rodzaju paliwa - gazu ziemnego. Ma dobrą wartość opałową, 1 m3 biogazu emituje tyle ciepła, ile uzyskuje się przez spalenie półtora kilograma węgla.
Powstanie biogazu zawdzięczamy bakteriom beztlenowym, które aktywnie pracują nad rozkładem surowców organicznych, w których wykorzystuje się obornik zwierząt gospodarskich, ptasie odchody, odpady wszelkich roślin.
W niezależnej produkcji biogazu można stosować obornik drobiowy i odpady z małych i dużych zwierząt. Surowce można stosować w czystej postaci i w postaci mieszaniny z włączeniem trawy, liści, starego papieru
Aby aktywować proces, konieczne jest stworzenie korzystnych warunków dla funkcjonowania bakterii. Powinny być podobne do tych, w których mikroorganizmy rozwijają się w naturalnym zbiorniku - w żołądku zwierząt, gdzie jest ciepło i nie ma tlenu.
W rzeczywistości są to dwa główne warunki, które przyczyniają się do cudownej przemiany gnijącego obornika w przyjazne dla środowiska paliwo i cenne nawozy.
Aby uzyskać biogaz, potrzebny jest szczelny reaktor bez dostępu powietrza, gdzie będzie miał miejsce proces fermentacji nawozu i jego rozkład na składniki:
- metan (do 70%);
- dwutlenek węgla (około 30%);
- inne substancje gazowe (1-2%).
Powstałe gazy wznoszą się na szczyt zbiornika, skąd są wypompowywane, a pozostały produkt, wysokiej jakości nawóz organiczny, który zatrzymał wszystkie cenne substancje znajdujące się w oborniku - azot i fosfor, i stracił znaczną część patogenów w wyniku przetwarzania.
Reaktor biogazu musi mieć całkowicie szczelną strukturę, w której brakuje tlenu, w przeciwnym razie proces rozkładu obornika będzie niezwykle powolny.
Drugi ważny warunek skutecznego rozkładu obornika i powstawania biogazu - zgodność z reżimem temperaturowym. Bakterie biorące udział w procesie są aktywowane w temperaturze +30 stopni.
Ponadto obornik zawiera dwa rodzaje bakterii:
- mezofilne. Ich środki do życia występują w temperaturze +30 - +40 stopni;
- ciepłolubny. Dla ich reprodukcji konieczne jest przestrzeganie reżimu temperaturowego +50 (+60) stopni.
Czas przetwarzania surowców w roślinach pierwszego typu zależy od składu mieszaniny i wynosi od 12 do 30 dni. Jednocześnie 1 litr powierzchni użytkowej reaktora daje 2 litry biopaliwa. Przy użyciu roślin drugiego typu czas produkcji produktu końcowego jest skrócony do trzech dni, a ilość biogazu wzrasta do 4, 5 litra.
Skuteczność instalacji termofilnych jest widoczna gołym okiem, jednak koszt ich obsługi jest bardzo wysoki, dlatego przed wyborem metody uzyskiwania biogazu konieczne jest staranne obliczenie wszystkiego
Pomimo faktu, że wydajność instalacji termofilnych jest dziesięciokrotnie wyższa, są one stosowane znacznie rzadziej, ponieważ utrzymywanie wysokich temperatur w reaktorze wiąże się z wysokimi kosztami.
Utrzymanie i utrzymanie roślin typu mezofilnego jest tańsze, więc większość gospodarstw wykorzystuje je do produkcji biogazu.
Zgodnie z kryteriami potencjału energetycznego biogaz jest nieco mniejszy niż konwencjonalne paliwo gazowe. Zawiera jednak dymy siarczanowe, które należy wziąć pod uwagę przy wyborze materiałów do instalacji.
Obliczenia wydajności biogazu
Proste obliczenia pomogą ocenić wszystkie zalety stosowania alternatywnych biopaliw. Jedna krowa ważąca 500 kg wytwarza około 35-40 kg obornika dziennie. Ta ilość wystarczy do wyprodukowania około 1, 5 m 3 biogazu, z którego z kolei można wygenerować 3 kW / h energii elektrycznej.
Korzystając z danych z tabeli, łatwo jest obliczyć, ile m 3 biogazu można uzyskać na wyjściu zgodnie z liczbą zwierząt gospodarskich w gospodarstwie
Aby uzyskać biopaliwa, można użyć zarówno jednego rodzaju surowca organicznego, jak i mieszanin kilku składników o wilgotności 85-90%. Ważne jest, aby nie zawierały obcych zanieczyszczeń chemicznych, które niekorzystnie wpływają na proces recyklingu.
Najprostszy przepis na mieszankę został wynaleziony w 2000 r. Przez rosyjskiego chłopa z regionu Lipieck, który zbudował własnymi rękami najprostszą instalację do pozyskiwania biogazu. Wymieszał 1500 kg krowiego nawozu z 3500 kg odpadów z różnych roślin, dodano wodę (około 65% wagowych wszystkich składników) i podgrzał mieszaninę do 35 stopni.
Za dwa tygodnie wolne paliwo jest gotowe. Ta mała instalacja produkowała 40 m3 gazu dziennie, co było wystarczające, aby ogrzać dom i budynki gospodarcze przez pół roku.
Opcje instalacji dla biopaliw
Po obliczeniach konieczne jest podjęcie decyzji, w jaki sposób wykonać instalację, aby uzyskać biogaz zgodnie z potrzebami gospodarstwa. Jeśli populacja zwierząt gospodarskich jest niewielka, to najprostsza opcja, którą łatwo zrobić z improwizowanych środków własnymi rękami.
Duże gospodarstwa, które mają stałe źródło dużych ilości surowców, zaleca się zbudować przemysłowy automatyczny system biogazu. W takim przypadku jest mało prawdopodobne, aby można było to zrobić bez zaangażowania specjalistów, którzy opracują projekt i zainstalują instalację na profesjonalnym poziomie.
Wykres pokazuje graficznie, jak działa przemysłowy zautomatyzowany kompleks do produkcji biogazu. Budowanie takiej skali może być zorganizowane jednocześnie przez kilka gospodarstw znajdujących się w pobliżu.
Obecnie istnieje kilkadziesiąt firm, które oferują różnorodne opcje: od gotowych rozwiązań po opracowanie indywidualnego projektu. Aby obniżyć koszty budowy, możesz współpracować z sąsiednimi gospodarstwami (jeśli takie istnieją) i zbudować je dla wszystkich biogazowni.
Należy zauważyć, że przy budowie nawet niewielkiej instalacji konieczne jest sporządzenie odpowiednich dokumentów, sporządzenie schematu technologicznego, planu rozmieszczenia sprzętu i wentylacji (jeśli sprzęt jest zainstalowany w pomieszczeniu), poddanie się procedurom zatwierdzania SES, kontroli ognia i gazu.
Mini-zakład do produkcji gazu w celu zaspokojenia potrzeb małego prywatnego przedsiębiorstwa można wykonać osobiście, koncentrując się na projektowaniu i specyfice instalacji urządzeń, produkowanych na skalę przemysłową.
Projekty instalacji do przetwarzania obornika i organicznych składników roślinnych w biogaz nie są skomplikowane. Wydany przez oryginalną branżę jest całkiem odpowiedni jako szablon do budowy własnego mini-zakładu
Niezależni rzemieślnicy, którzy decydują się na zbudowanie własnej instalacji, muszą zaopatrzyć się w zbiornik na wodę, rury z tworzyw sztucznych do kanalizacji lub kanalizacji, łuki narożne, uszczelki i balon do przechowywania gazu wytwarzanego w instalacji.
Głównym elementem przyszłej instalacji jest zbiornik z tworzywa sztucznego z mocno dociśniętą pokrywą. Zdjęcie ma pojemność 700 litrów, musi być przygotowane do pracy: zaznacz i narysuj otwory do wejścia rur 
Potrzebne będą rury PCV do wejścia do zbiornika, adapter jako lejek, plastikowe narożniki, wąż do dostarczania wody do zbiornika, klej, złączka do mocowania w pokrywie i zawór do zamykania 
Bardziej wygodne jest obrysowanie zarysu otworów za pomocą rury, która się w nim zamknie. Otwór należy wyciąć z najwyższą starannością. 
Rury są ostrożnie wkładane w wycięte otwory. Nie powinny być uszkadzane przez zadziory powstałe podczas procesu cięcia. Złącze jest wypełnione klejem i uszczelniaczem 
Rura przeznaczona do załadunku surowców do przetwarzania jest zainstalowana tak, że między dnem zbiornika a jego dolną krawędzią znajdują się 2 do 5 cm 
Używany jest adapter jako lejek do ładowania surowców skonstruowana jednostka jest przeznaczona do przetwarzania pozostałości żywności. Do załadunku obornika potrzebny jest lejek i rury. 
Podobnie powstaje otwór i instalowana jest pozioma rura wydechowa. Krawędź rury włożonej do zbiornika jest wyposażona w narożnik 
Otwór jest wycinany w pokrywie, w którym jest zainstalowany wąż dostarczający wodę potrzebną do recyklingu.
Cechy systemu biogazu
Kompletna biogazownia to złożony system składający się z:
- Bioreaktor, w którym proces rozkładu obornika;
- Zautomatyzowany system dostarczania odpadów organicznych;
- Urządzenia do mieszania biomasy;
- Sprzęt do utrzymania optymalnej temperatury;
- Uchwyt na gaz - zbiorniki na gaz;
- Odpadowe odpady stałe odbiornika.
Wszystkie powyższe elementy są instalowane w zakładach przemysłowych działających w trybie automatycznym. Reaktory domowe mają z reguły bardziej uproszczoną konstrukcję.
Diagram przedstawia główne elementy zautomatyzowanego systemu biogazu. Objętość reaktora zależy od dziennego spożycia surowców organicznych. W celu pełnego działania instalacji reaktor musi być napełniony do dwóch trzecich objętości
Zasada instalacji
Głównym elementem systemu jest bioreaktor. Istnieje kilka opcji jego wykonania, najważniejsze jest zapewnienie szczelności struktury i wykluczenie wnikania tlenu. Może być wykonany w postaci metalowego pojemnika o różnych kształtach (zwykle cylindrycznych) umieszczonego na powierzchni. Często do tych celów wykorzystuje się 50 metrów sześciennych pustych zbiorników paliwa.
Możesz kupić gotowy projekt składanych pojemników. Ich zaletą jest możliwość szybkiego demontażu i, w razie potrzeby, transportu w inne miejsce. Przemysłowa instalacja powierzchniowa jest zalecana do stosowania w dużych gospodarstwach, gdzie występuje stały napływ dużych ilości surowców organicznych.
W małych gospodarstwach podziemne położenie zbiornika jest bardziej odpowiednie. Podziemny bunkier zbudowany jest z cegły lub betonu. Możesz zakopać gotowe pojemniki w ziemi, takie jak beczki metalowe, ze stali nierdzewnej lub PCV. Możliwe jest również umieszczenie ich na ulicy lub w specjalnie wyznaczonym pomieszczeniu o dobrej wentylacji.
Do produkcji instalacji do produkcji biogazu można kupić gotowe pojemniki z PCV i zainstalować je w pomieszczeniu wyposażonym w system wentylacyjny
Niezależnie od tego, gdzie i jak znajduje się reaktor, jest on wyposażony w zasobnik do załadunku obornika. Przed załadowaniem surowca musi on zostać poddany wstępnemu przygotowaniu: jest kruszony na frakcje nie większe niż 0, 7 mm i rozcieńczany wodą. Idealnie wilgotność podłoża powinna wynosić około 90%.
Zautomatyzowane instalacje przemysłowe są wyposażone w system dostarczania surowców, w tym odbiornik, w którym mieszanina jest doprowadzana do wymaganego nawilżania, rurociąg do dostarczania wody i instalacja pompy do przenoszenia masy do bioreaktora.
W instalacjach domowych oddzielne pojemniki są używane do przygotowania podłoża, gdzie odpady są kruszone i mieszane z wodą. Następnie masa jest ładowana do przedziału odbiorczego. W reaktorach znajdujących się pod ziemią wyprowadzany jest bunkier do odbioru substratu, przygotowana mieszanina przepływa grawitacyjnie rurociągiem do komory fermentacyjnej.
Jeśli reaktor jest umieszczony na ziemi lub w pomieszczeniu, rura wlotowa z urządzeniem odbiorczym może być umieszczona w dolnej części zbiornika. Możliwe jest również doprowadzenie rury do górnej części i umieszczenie dzwonka na szyi. W tym przypadku biomasa będzie musiała być dostarczona za pomocą pompy.
W bioreaktorze konieczne jest również zapewnienie wylotu, który jest wykonany praktycznie na dnie zbiornika po przeciwnej stronie zbiornika wejściowego. Gdy podziemne położenie rury wyjściowej jest ustawione ukośnie w górę i prowadzi do pojemnika na odpady, w kształcie prostokątnego pudełka. Jego górna krawędź musi znajdować się poniżej poziomu wlotu.
Rury wlotowe i wylotowe są umieszczone ukośnie w górę po przeciwnych stronach zbiornika, podczas gdy zbiornik wyrównawczy, do którego dostarczane są odpady, musi znajdować się poniżej pojemnika odbiorczego.
Proces przebiega następująco: zasobnik wejściowy otrzymuje nową partię substratu, która wpływa do reaktora, w tym samym czasie ta sama ilość masy odpadowej unosi się przez rurę do pojemnika na odpady, skąd jest następnie ekstrahowana i wykorzystywana jako wysokiej jakości bio-nawóz.
Przechowywanie biogazu odbywa się w Gasholder. Najczęściej znajduje się bezpośrednio na dachu reaktora i ma kształt kopuły lub stożka. Wykonana jest z blachy dachowej, a następnie, aby zapobiec procesom korozyjnym, jest malowana kilkoma warstwami farby olejnej.
W instalacjach przemysłowych zaprojektowanych do wytwarzania dużej ilości gazu uchwyt gazu jest często wykonywany jako oddzielny zbiornik podłączony do reaktora rurociągiem.
Gaz uzyskany w wyniku fermentacji nie nadaje się do użycia, ponieważ zawiera dużą ilość pary wodnej, aw tej formie nie będzie się palił. Aby oczyścić go z frakcji wody, gaz przepuszczany jest przez uszczelnienie wodne. W tym celu wyjmowana jest rura ze zbiornika gazu, przez którą biogaz wchodzi do zbiornika z wodą, a stamtąd jest dostarczany do odbiorców za pomocą plastikowej lub metalowej rury.
Schemat instalacji zlokalizowany pod ziemią. Входное и выходное отверстия должны располагаться на противоположных сторонах емкости. Над реактором находится водяной затвор, через который для осушения пропускается полученный газ
В некоторых случаях для хранения газа используются специальные мешки-газгольдеры, изготовленные из поливинилхлорида. Мешки помещаются рядом с установкой и постепенно заполняются газом. По мере наполнения, эластичный материал раздувается, и объем мешков увеличивается, позволяя при необходимости временно сохранить большее количество конечного продукта.
Условия эффективной работы биореактора
Для эффективной работы установки и интенсивного выделения биогаза необходимо равномерное брожение органического субстрата. Смесь должна находиться в постоянном движении. В противном случае на ней образуется корка, процесс разложения замедляется, в итоге газа получается меньше, чем изначально рассчитано.
Чтобы обеспечить активное перемешивание биомассы, в верхней или боковой части типового реактора устанавливаются мешалки погружного или наклонного вида, оборудованные электроприводом. В установках кустарного вида перемешивание производится механическим способом при помощи устройства, напоминающего бытовой миксер. Им можно управлять вручную или снабдить электроприводом.
При вертикальном расположении реактора рукоятка мешалки выводится в верхнюю часть установки. Если емкость установлена горизонтально, шнек также располагается в горизонтальной плоскости, и ручка находится сбоку биореактора
Одним из самых главных условий для получения биогаза является поддержание в реакторе необходимого температурного режима. Обогрев может осуществляться несколькими способами. В стационарных установках применяются автоматизированные системы подогрева, которые включаются в работу при падении температуры ниже заданного уровня, и отключаются при наборе необходимого температурного режима.
Для обогрева можно использовать газовые котлы, осуществлять прямой нагрев электрическими отопительными приборами или встроить в основание емкости нагревательный элемент.
Чтобы уменьшить потери тепла, рекомендуется вокруг реактора соорудить небольшой каркас со слоем стекловаты или укрыть установку теплоизоляцией. Хорошими теплоизоляционными свойствами обладает пенополистирол и другие его разновидности.
Чтобы обустроить систему обогрева биомассы, можно провести трубопровод от домового отопления, которое питается от реактора
Определение требующегося объема
Объем реактора определяется исходя из суточного количества навоза, производимого в хозяйстве. Также необходимо учитывать тип сырья, температурный режим и время брожения. Чтобы установка полноценно работала, емкость заполняется на 85-90% объема, как минимум 10% должно оставаться свободным для выхода газа.
Процесс разложения органики в мезофильной установке при средней температуре 35 градусов длится от 12 суток, после чего ферментированные остатки извлекаются, и реактор заполняется новой порцией субстрата. Поскольку перед отправкой в реактор отходы разбавляются водой до 90%, то количество жидкости также нужно учитывать при определении суточной загрузки.
Исходя из приведенных показателей, объем реактора будет равен суточному количеству подготовленного субстрата (навоза с водой) умноженному на 12 (время необходимое для разложения биомассы) и увеличенному на 10% (свободный объем емкости).
Строительство подземного сооружения
Теперь поговорим о простейшей установке, позволяющей получить биогаз в домашних условиях с наименьшими затратами. Рассмотрим строительство подземной системы. Чтобы ее изготовить нужно вырыть яму, ее основание и стены заливаются армированным керамзитобетоном.
С противоположных сторон камеры выводятся входное и выходное отверстия, куда монтируются наклонные трубы для подачи субстрата и откачки отработанной массы.
Выходная труба диаметром примерно 7 см должна находиться практически у самого дна бункера, другой ее конец монтируется в компенсирующую емкость прямоугольной формы, в которую будут откачиваться отходы. Трубопровод для подачи субстрата располагается приблизительно на расстоянии 50 см от дна и имеет диаметр 25-35 см. Верхняя часть трубы входит в отсек для приема сырья.
Реактор должен быть полностью герметичным. Чтобы исключить возможность попадания воздуха, емкость необходимо покрыть слоем битумной гидроизоляции
Верхняя часть бункера – газгольдер, имеющий купольную или конусную форму. Он изготавливается из металлических листов или кровельного железа. Можно также конструкцию завершить кирпичной кладкой, которая затем оббивается стальной сеткой и штукатурится. Сверху газгольдера нужно сделать герметичный люк, вывести газовую трубу, проходящую через гидрозатвор и установить клапан для сброса давления газа.
Для перемешивания субстрата можно оборудовать установку дренажной системой, действующей по принципу барботажа. Для этого внутри конструкции вертикально закрепите пластиковые трубы, чтобы их верхний край был выше слоя субстрата. Проделайте в них множество отверстий. Газ под давлением будет опускаться вниз, а поднимаясь вверх, пузырьки газа будут перемешивать находящуюся в емкости биомассу.
Если вы не желаете заниматься строительством бетонного бункера, можно купить готовую емкость из ПВХ. Для сохранения тепла ее нужно обложить вокруг слоем теплоизоляции – пенополистиролом. Дно ямы заливается армированным бетоном слоем 10 см. Резервуары из поливинилхлорида допускается использовать, если объем реактора не превышает 3 м3.
Wnioski i przydatne wideo na ten temat
Как сделать самую простейшую установку из обычной бочки, вы узнаете, если посмотрите видео:
Как происходит строительство подземного реактора, вы можете посмотреть в видеосюжете:
Как происходит загрузка навоза в подземную установку показано в следующем ролике:
Установка по получению биогаза из навоза позволит существенно сэкономить на оплате тепла и электроэнергии, и пустить на благое дело органический материал, который в избытке имеется в каждом фермерском хозяйстве. Прежде чем начать строительство, необходимо все тщательно просчитать и подготовить.
Простейший реактор можно сделать за несколько дней своими руками, используя подручные средства. Если хозяйство крупное, то лучше всего купить готовую установку или обратиться к специалистам.
Если при ознакомлении с представленной информацией у вас появились вопросы, или есть предложения которыми вы хотите поделиться с посетителями сайта, пожалуйста, оставляйте комментарии в расположенном ниже блоке.