Biokaasun tuottaminen lannasta: katsaus tuotantolaitoksen perusperiaatteisiin ja suunnitteluun

Viljelijät kohtaavat vuosittain lannan hävittämisongelman.Sen poistamisen ja hautaamisen järjestämiseen tarvittavat huomattavat varat menevät hukkaan. Mutta on olemassa tapa, jolla voit paitsi säästää rahaa, myös saada tämän luonnontuotteen palvelemaan sinua hyödyksesi.

Säästäväiset omistajat ovat jo pitkään ottaneet käyttöön ekoteknologiaa, joka mahdollistaa biokaasun saamisen lannasta ja sen hyödyntämisen polttoaineena.

Siksi materiaalissamme puhumme biokaasun tuotantotekniikasta ja puhumme myös biovoimalaitoksen rakentamisesta.

Biotekniikan käytön edut

Tekniikka biopolttoaineen hankkimiseen eri luonnollisista lähteistä ei ole uutta. Tämän alan tutkimus alkoi 1700-luvun lopulla ja kehittyi menestyksekkäästi 1800-luvulla. Neuvostoliitossa ensimmäinen biovoimalaitos perustettiin viime vuosisadan 40-luvulla.

Bioteknologiaa on käytetty pitkään monissa maissa, mutta nykyään niiden merkitys on kasvamassa. Maapallon heikkenevän ympäristötilanteen ja korkeiden energiakustannusten vuoksi monet kiinnittävät huomionsa vaihtoehtoisiin energia- ja lämmönlähteisiin.

Lannan biokaasuksi käsittelytekniikka mahdollistaa haitallisten metaanipäästöjen vähentämisen ilmakehään ja lisälämpöenergian hankinnan

Tietenkin lanta on erittäin arvokas lannoite, ja jos tilalla on kaksi lehmää, sen käytössä ei ole ongelmia. Eri asia on isojen ja keskikokoisten kotieläintilojen osalta, joilla syntyy tonnia pahanhajuista ja mätänevää biologista materiaalia vuodessa.

Jotta lantaa muuttuisi korkealaatuiseksi lannoitteeksi, tarvitaan alueita, joilla on tietty lämpötilajärjestelmä, ja tämä on ylimääräinen kustannus. Siksi monet viljelijät varastoivat sen missä vain voivat ja vievät sen sitten pelloille.

Vuorokaudessa syntyvien raaka-aineiden määrästä riippuen tulee valita asennuksen mitat ja automaatioaste

Jos varastointiolosuhteet eivät täyty, lannasta haihtuu jopa 40 % typestä ja suurin osa fosforista, mikä huonontaa merkittävästi sen laatuindikaattoreita. Lisäksi metaanikaasua vapautuu ilmakehään, mikä vaikuttaa negatiivisesti planeetan ympäristötilanteeseen.

Nykyaikaiset bioteknologiat mahdollistavat metaanin haitallisten ympäristövaikutusten neutraloimisen, mutta myös sen, että se palvelee ihmisten etua, samalla kun siitä saadaan huomattavaa taloudellista hyötyä. Tuloksena lannan käsittely tuottaa biokaasua, josta saadaan sitten tuhansia kW energiaa, ja tuotantojäte on erittäin arvokas anaerobinen lannoite.

Kaasun muodostumismekanismi orgaanisista raaka-aineista

Biokaasu on väritön ja hajuton haihtuva aine, joka sisältää jopa 70 % metaania. Laatuindikaattoreiltaan se lähestyy perinteistä polttoainetyyppiä - maakaasua. Lämpöarvo on hyvä, 1m³ biokaasu tuottaa yhtä paljon lämpöä kuin saadaan polttamalla puolitoista kiloa hiiltä.

Olemme biokaasun muodostumisen velkaa anaerobisille bakteereille, jotka hajottavat aktiivisesti orgaanisia raaka-aineita, kuten kotieläinlantaa, lintujen jätteitä ja kaikkia kasvijätteitä.

Biokaasun omatuotannossa voidaan käyttää lintujen ulosteita ja pienten ja suurten kotieläinten jätetuotteita. Raaka-aineita voidaan käyttää puhtaassa muodossa tai seoksena, mukaan lukien ruoho, lehdet, vanha paperi

Prosessin aktivoimiseksi on tarpeen luoda suotuisat olosuhteet bakteerien elämälle. Niiden tulisi olla samanlaisia ​​kuin ne, joissa mikro-organismit kehittyvät luonnollisessa säiliössä - eläinten mahassa, jossa on lämmintä eikä happea.

Itse asiassa nämä ovat kaksi pääehtoa, jotka edistävät mätänevän lannan ihmeellistä muuttumista ympäristöystävälliseksi polttoaineeksi ja arvokkaiksi lannoitteiksi.

Biokaasun tuottamiseksi tarvitset suljetun reaktorin ilman pääsyä ilmaan, jossa tapahtuu lannan käymisprosessi ja sen hajoaminen komponenteiksi:

• metaani (jopa 70 %);
• hiilidioksidi (noin 30 %);
• muut kaasumaiset aineet (1-2%).

Syntyvät kaasut nousevat säiliön yläosaan, josta ne pumpataan pois ja jäännöstuote laskeutuu - korkealaatuinen orgaaninen lannoite, joka on käsittelyn tuloksena säilyttänyt kaikki lannassa olevat arvokkaat aineet. - typpeä ja fosforia, ja se on menettänyt merkittävän osan patogeenisistä mikro-organismeista.

Biokaasua tuottavan reaktorin tulee olla täysin suljettu rakenne, jossa ei ole happea, muuten lannan hajoamisprosessi on erittäin hidas

Toinen tärkeä edellytys lannan tehokkaalle hajoamiselle ja biokaasun muodostumiselle on lämpötilajärjestelmän noudattaminen. Prosessiin osallistuvat bakteerit aktivoituvat +30 asteen lämpötiloissa.

Lisäksi lanta sisältää kahdenlaisia ​​bakteereja:

• mesofiilinen. Niiden elinikä tapahtuu +30 - +40 asteen lämpötilassa;
• termofiilinen. Niiden toistamiseksi on tarpeen ylläpitää +50 (+60) asteen lämpötilaa.

Raaka-aineiden käsittelyaika ensimmäisen tyypin laitoksissa riippuu seoksen koostumuksesta ja vaihtelee 12 - 30 päivään. Samalla 1 litra hyödyllistä reaktorialaa tuottaa 2 litraa biopolttoainetta. Toisen tyyppisiä asennuksia käytettäessä lopputuotteen valmistusaika lyhenee kolmeen päivään ja biokaasun määrä kasvaa 4,5 litraan.

Termofiilisten laitosten tehokkuus näkyy paljaalla silmällä, mutta niiden ylläpitokustannukset ovat erittäin korkeat, joten ennen kuin valitset yhden tai toisen biokaasun tuotantotavan, sinun on laskettava kaikki erittäin huolellisesti

Huolimatta siitä, että termofiilisten laitosten hyötysuhde on kymmeniä kertoja suurempi, niitä käytetään paljon harvemmin, koska korkeiden lämpötilojen ylläpitäminen reaktorissa liittyy korkeisiin kustannuksiin.

Mesofiilisten laitosten ylläpito ja ylläpito on halvempaa, joten useimmat maatilat käyttävät niitä biokaasun tuottamiseen.

Energiapotentiaaliltaan biokaasu on hieman perinteistä kaasupolttoainetta huonompi. Se sisältää kuitenkin rikkihappohöyryjä, joiden läsnäolo tulee ottaa huomioon valittaessa materiaaleja asennuksen rakentamiseen

Biokaasun käytön tehokkuuslaskelmat

Yksinkertaiset laskelmat auttavat sinua arvioimaan kaikki vaihtoehtoisten biopolttoaineiden käytön edut. Yksi 500 kg painava lehmä tuottaa noin 35-40 kg lantaa päivässä. Tämä määrä riittää noin 1,5 metriin³ biokaasua, josta voidaan tuottaa sähköä 3 kW/h.

Taulukon tietojen avulla on helppo laskea kuinka monta m³ biokaasua voidaan saada tuotannosta tilalla käytettävissä olevan kotieläinmäärän mukaan

Biopolttoaineen valmistukseen voidaan käyttää joko yhden tyyppistä orgaanista raaka-ainetta tai useiden komponenttien seoksia, joiden kosteus on 85-90%. On tärkeää, että ne eivät sisällä vieraita kemiallisia epäpuhtauksia, jotka vaikuttavat negatiivisesti käsittelyprosessiin.

Seoksen yksinkertaisimman reseptin keksi jo vuonna 2000 venäläinen Lipetskin alueelta kotoisin oleva mies, joka rakensi omin käsin yksinkertaisen laitteiston biokaasun tuotantoa varten.Hän sekoitti 1 500 kg lehmänlantaa 3 500 kg eri kasvijätteisiin, lisäsi vettä (noin 65 % kaikkien ainesosien painosta) ja lämmitti seoksen 35 asteeseen.

Kahden viikon kuluttua ilmainen polttoaine on valmis. Tämä pieni asennus tuotti 40 m³ kaasua päivässä, mikä riitti talon ja ulkorakennusten lämmittämiseen kuudeksi kuukaudeksi.

Vaihtoehdot biopolttoaineiden tuotantolaitoksille

Laskelmien tekemisen jälkeen sinun on päätettävä, miten asennus tehdään saadaksesi biokaasua tilasi tarpeiden mukaisesti. Jos karjan määrä on pieni, yksinkertaisin vaihtoehto sopii, joka on helppo tehdä omin käsin saatavilla olevista materiaaleista.

Suurille tiloille, joilla on jatkuvasti suuria raaka-ainemääriä, on suositeltavaa rakentaa teollinen automatisoitu biokaasujärjestelmä. Tässä tapauksessa on epätodennäköistä, että on mahdollista tehdä ilman asiantuntijoiden osallistumista, jotka kehittävät projektin ja asentavat asennuksen ammattimaisella tasolla.

Kaaviossa näkyy selkeästi, miten biokaasua tuottava teollinen automatisoitu kompleksi toimii. Tällaisen mittakaavan rakentaminen voidaan järjestää useille lähellä sijaitseville maatiloille

Nykyään on kymmeniä yrityksiä, jotka voivat tarjota monia vaihtoehtoja: valmiista ratkaisuista yksittäisen projektin kehittämiseen. Rakennuskustannusten alentamiseksi voit tehdä yhteistyötä naapuritilojen kanssa (jos lähistöllä on) ja rakentaa kaikille yksi biokaasun tuotantolaitos.

On huomattava, että jopa pienen asennuksen rakentamiseksi on laadittava asiaankuuluvat asiakirjat, laadittava tekninen kaavio, suunnitelma laitteiden ja ilmanvaihdon sijoittamisesta (jos laitteet asennetaan sisätiloihin) ja käydä läpi hyväksymismenettelyt. SES, palo- ja kaasutarkastus.

Pienen kotitalouden tarpeisiin tarkoitettu kaasuntuotantoon tarkoitettu minitehdas voidaan valmistaa omin käsin keskittyen teollisessa mittakaavassa valmistettujen laitteistojen suunnitteluun ja erityiseen suunnitteluun.

Lannan ja kasvien orgaanisen aineksen biokaasuksi käsittelylaitosten suunnittelu ei ole monimutkaista. Teollisuuden tuottama alkuperäinen sopii varsin malliksi oman minitehtaan rakentamiseen

Itsenäisten käsityöläisten, jotka päättävät rakentaa oman laitteiston, on varattava vesisäiliö, vesi- tai viemäriputkia, kulmakaareja, tiivisteitä ja sylinteri laitoksessa syntyvän kaasun varastointiin.

Biokaasujärjestelmän ominaisuudet

Täydellinen biokaasulaitos on monimutkainen järjestelmä, joka koostuu:

1. Bioreaktori, jossa lannan hajoamisprosessi tapahtuu;
2. Automatisoitu orgaanisen jätteen toimitusjärjestelmä;
3. Biomassan sekoituslaitteet;
4. Laitteet optimaalisten lämpötilaolosuhteiden ylläpitämiseksi;
5. Kaasusäiliöt – kaasusäiliöt;
6. Vastaanotin kiinteälle jätteelle.

Kaikki edellä mainitut elementit asennetaan teollisuusasennuksiin, jotka toimivat automaattisessa tilassa. Kotitalousreaktoreilla on yleensä yksinkertaisempi rakenne.

Kaaviossa on esitetty automatisoidun biokaasujärjestelmän pääkomponentit.Reaktorin tilavuus riippuu orgaanisten raaka-aineiden päivittäisestä saannista. Jotta laitteisto toimisi täysin, reaktori on täytettävä kahteen kolmasosaan tilavuudestaan.

Asennuksen toimintaperiaate

Järjestelmän pääelementti on bioreaktori. Sen toteuttamiseen on useita vaihtoehtoja, tärkeintä on varmistaa rakenteen tiiviys ja estää hapen pääsy. Se voidaan valmistaa erimuotoisen metallisäiliön muodossa (yleensä lieriömäinen), joka sijaitsee pinnalla. Usein näihin tarkoituksiin käytetään 50 cc tyhjiä polttoainetankkeja.

Voit ostaa valmiita kokoontaitettavia säiliöitä. Niiden etuna on kyky nopeasti purkaa ja tarvittaessa kuljettaa toiseen paikkaan. On suositeltavaa käyttää teollisia pinta-asennuksia suurilla tiloilla, joilla on jatkuvasti suuria määriä orgaanista raaka-ainetta.

Pienille maatiloille säiliön maanalainen sijoitus on sopivampi. Maanalainen bunkkeri rakennetaan tiilestä tai betonista. Voit haudata maahan valmiita astioita, esimerkiksi metallista, ruostumattomasta teräksestä tai PVC:stä valmistettuja tynnyreitä. On myös mahdollista sijoittaa ne pinnallisesti kadulle tai erityisesti varattuun huoneeseen, jossa on hyvä ilmanvaihto.

Biokaasun tuotantolaitoksen valmistamiseksi voit ostaa valmiita PVC-säiliöitä ja asentaa ne huoneeseen, jossa on ilmanvaihtojärjestelmä

Riippumatta siitä, missä ja miten reaktori sijaitsee, se on varustettu bunkkerilla lannan lastausta varten. Ennen raaka-aineen lastaamista se on esivalmistettava: se murskataan enintään 0,7 mm:n jakeiksi ja laimennetaan vedellä. Ihannetapauksessa alustan kosteuden tulisi olla noin 90 %.

Automatisoidut teollisuustyyppiset laitteistot on varustettu raaka-aineen syöttöjärjestelmällä, johon kuuluu säiliö, jossa seos saatetaan vaaditulle kosteustasolle, vesijohto ja pumppausyksikkö massan pumppaamiseksi bioreaktoriin.

Kotiasennuksissa alustan valmistukseen käytetään erillisiä säiliöitä, joissa jäte murskataan ja sekoitetaan veteen. Sitten massa ladataan vastaanottoosastoon. Maan alla sijaitsevissa reaktoreissa substraatin vastaanottamiseen tarkoitettu suppilo tuodaan ulos ja valmistettu seos virtaa painovoiman avulla putkilinjaa pitkin käymiskammioon.

Jos reaktori sijaitsee maassa tai sisällä, tuloputki vastaanottolaitteella voi sijaita säiliön alapuolella. On myös mahdollista viedä putki ylös ja laittaa pistorasia sen kaulaan. Tässä tapauksessa biomassa on syötettävä pumpulla.

Bioreaktoriin on myös tarpeen järjestää ulostuloreikä, joka tehdään lähes säiliön pohjalle syöttösuppilon vastakkaiselle puolelle. Kun poistoputki asetetaan maan alle, se asennetaan vinosti ylöspäin ja johtaa suorakaiteen muotoiseen jäteastiaan. Sen yläreunan tulee olla tuloaukon tason alapuolella.

Tulo- ja poistoputket sijaitsevat vinosti ylöspäin säiliön eri puolilla, kun taas tasaussäiliön, johon jäte tulee, on oltava vastaanottosuppilon alapuolella.

Prosessi etenee seuraavasti: syöttösuppilo vastaanottaa uuden erän substraattia, joka virtaa reaktoriin, samalla sama määrä jätemassaa nousee putkea pitkin jätteen vastaanottoon, josta se sitten kaavitaan pois ja käytetään korkealaatuisena biolannoitteena.

Biokaasu varastoidaan kaasusäiliössä. Useimmiten se sijaitsee suoraan reaktorin katolla ja on muodoltaan kupoli tai kartio. Se on valmistettu kattoraudasta, ja sen jälkeen se maalataan useilla öljymaalikerroksilla korroosioprosessien estämiseksi.

Teollisissa laitoksissa, jotka on suunniteltu tuottamaan suuria kaasumääriä, kaasusäiliö on usein rakennettu erilliseksi säiliöksi, joka on yhdistetty reaktoriin putkijohdolla.

Käymisprosessissa tuotettu kaasu ei sovellu käytettäväksi, koska se sisältää suuren määrän vesihöyryä eikä pala tässä muodossa. Sen puhdistamiseksi vesifraktioista kaasu johdetaan vesitiivisteen läpi. Tätä varten kaasusäiliöstä poistetaan putki, jonka kautta biokaasu tulee vesisäiliöön, josta se toimitetaan muovi- tai metalliputken kautta kuluttajille.

Asennuskaavio maan alla. Tulo- ja poistoaukkojen tulee sijaita säiliön vastakkaisilla puolilla. Reaktorin yläpuolella on vesitiiviste, jonka läpi syntynyt kaasu johdetaan kuivumaan.

Joissakin tapauksissa kaasun säilyttämiseen käytetään erityisiä polyvinyylikloridista valmistettuja kaasusäiliöpusseja. Pussit asetetaan asennuksen viereen ja täytetään vähitellen kaasulla.Kun pussit täytetään, elastinen materiaali täyttyy ja pussien tilavuus kasvaa, jolloin voit varastoida tilapäisesti lisää lopputuotetta tarvittaessa.

Bioreaktorin tehokkaan toiminnan edellytykset

Laitoksen tehokas toiminta ja biokaasun intensiivinen vapautuminen edellyttää orgaanisen substraatin tasaista käymistä. Seoksen tulee olla jatkuvassa liikkeessä. Muuten siihen muodostuu kuori, hajoamisprosessi hidastuu ja seurauksena kaasua syntyy vähemmän kuin alun perin laskettiin.

Biomassan aktiivisen sekoittumisen varmistamiseksi tyypillisen reaktorin ylä- tai sivuosaan asennetaan upotettavat tai kaltevasekoittimet, joissa on sähkökäyttö. Kotitekoisissa asennuksissa sekoitus tehdään mekaanisesti kotitaloussekoitinta muistuttavalla laitteella. Sitä voidaan ohjata manuaalisesti tai varustaa sähkökäytöllä.

Kun reaktori on pystyasennossa, sekoittimen kahva sijaitsee asennuksen yläosassa. Jos säiliö asennetaan vaakasuoraan, on myös kaira vaakatasossa ja kahva bioreaktorin sivulla

Yksi tärkeimmistä biokaasun tuotannon edellytyksistä on vaaditun lämpötilan ylläpitäminen reaktorissa. Lämmitys voidaan suorittaa useilla tavoilla. Kiinteissä asennuksissa käytetään automatisoituja lämmitysjärjestelmiä, jotka käynnistyvät, kun lämpötila laskee ennalta määrätyn tason alapuolelle, ja sammuvat, kun vaadittu lämpötila saavutetaan.

Voidaan käyttää lämmitykseen kaasukattilat, suorita suora lämmitys sähkölämmityslaitteilla tai rakenna lämmityselementti säiliön pohjaan.

Lämpöhäviön vähentämiseksi on suositeltavaa rakentaa reaktorin ympärille pieni runko lasivillakerroksella tai peittää asennus lämpöeristeellä. Sillä on hyvät lämmöneristysominaisuudet paisutettu polystyreeni ja sen muut lajikkeet.

Biomassalämmitysjärjestelmän perustamiseksi voit käyttää putkistoa kodin lämmitysjärjestelmästä, joka saa virtansa reaktorista

Tarvittavan tilavuuden määrittäminen

Reaktorin tilavuus määräytyy tilalla tuotetun lannan päivittäisen määrän perusteella. On myös tarpeen ottaa huomioon raaka-aineen tyyppi, lämpötila ja käymisaika. Jotta asennus toimisi täysin, säiliö täytetään 85-90 % tilavuudesta, vähintään 10 % on jäätävä vapaaksi, jotta kaasu pääsee poistumaan.

Orgaanisen aineen hajoamisprosessi mesofiilisessä laitoksessa keskimäärin 35 asteen lämpötilassa kestää 12 vuorokautta, jonka jälkeen fermentoituneet jäännökset poistetaan ja reaktori täytetään uudella osalla substraattia. Koska jätteet laimennetaan vedellä jopa 90 % ennen reaktoriin lähettämistä, tulee päivittäistä kuormitusta määritettäessä ottaa huomioon myös nesteen määrä.

Annettujen indikaattoreiden perusteella reaktorin tilavuus on yhtä suuri kuin päivittäinen valmistetun substraatin määrä (lanta vedellä) kerrottuna 12:lla (biomassan hajoamiseen tarvittava aika) ja lisättynä 10 %:lla (säiliön vapaa tilavuus).

Maanalaisen rakenteen rakentaminen

Puhutaanpa nyt yksinkertaisimmasta asennuksesta, jonka avulla voit saada biokaasu kotona halvimmalla hinnalla. Harkitse maanalaisen järjestelmän rakentamista. Sen valmistamiseksi sinun on kaivettava reikä, sen pohja ja seinät täytetään vahvistetulla paisutettu savibetonilla.

Tulo- ja poistoaukot sijaitsevat kammion vastakkaisilla puolilla, joihin on asennettu kaltevat putket substraatin syöttämiseksi ja jätemassan pumppaamiseksi pois.

Poistoputken, jonka halkaisija on noin 7 cm, tulisi sijaita melkein bunkkerin pohjalla, sen toinen pää on asennettu suorakaiteen muotoiseen tasaussäiliöön, johon jätteet pumpataan. Substraatin syöttöputki sijaitsee noin 50 cm pohjasta ja sen halkaisija on 25-35 cm. Putken yläosa menee lokeroon raaka-aineiden vastaanottoa varten.

Reaktori on suljettava kokonaan. Ilman pääsyn poissulkemiseksi säiliö on peitettävä bitumivedeneristyskerroksella

Bunkkerin yläosa on kaasuteline, joka on kupu- tai kartiomainen. Se on valmistettu metallilevyistä tai kattoraudasta. Voit myös täydentää rakenteen tiilillä, joka peitetään teräsverkolla ja rapataan. Sinun on tehtävä sinetöity luukku kaasusäiliön päälle, poistettava vesitiivisteen läpi kulkeva kaasuputki ja asennettava venttiili kaasunpaineen alentamiseksi.

Alustan sekoittamiseksi voit varustaa asennuksen tyhjennysjärjestelmällä, joka toimii kuplitusperiaatteella. Kiinnitä tätä varten muoviputket pystysuoraan rakenteen sisään siten, että niiden yläreuna on alustakerroksen yläpuolella. Tee niihin paljon reikiä. Paineenalainen kaasu putoaa alas ja ylös noustessa kaasukuplat sekoittavat säiliössä olevan biomassan.

Jos et halua rakentaa betonibunkkeria, voit ostaa valmiin PVC-säiliön. Lämmön säilyttämiseksi se on ympäröitävä lämpöeristekerroksella - polystyreenivaahdolla. Kaivon pohja on täytetty 10 cm teräsbetonikerroksella.Polyvinyylikloridista valmistettuja säiliöitä voidaan käyttää, jos reaktorin tilavuus ei ylitä 3 m3.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Opit tekemään yksinkertaisimman asennuksen tavallisesta tynnyristä, jos katsot videon:

Voit nähdä kuinka maanalaisen reaktorin rakentaminen tapahtuu videolta:

Kuinka lantaa ladataan maanalaiseen laitteistoon, näkyy seuraavassa videossa:

Lannasta biokaasua valmistava laitteisto säästää merkittävästi lämpö- ja sähkökustannuksia ja käyttää hyvään tarkoitukseen orgaanista materiaalia, jota on runsaasti saatavilla joka tilalla. Ennen rakentamisen aloittamista kaikki on laskettava ja valmisteltava huolellisesti.

Yksinkertaisin reaktori voidaan valmistaa muutamassa päivässä omin käsin käytettävissä olevista materiaaleista. Jos maatila on suuri, on parasta ostaa valmis asennus tai ottaa yhteyttä asiantuntijoihin.

Jos sinulla on esitettyjä tietoja lukiessasi kysymyksiä tai ehdotuksia, jotka haluaisit jakaa sivuston vierailijoiden kanssa, jätä kommentit alla olevaan kenttään.