Kaip iš mėšlo gaminti biodujas: pagrindinių gamybos įmonės principų ir dizaino apžvalga

Ūkininkai kasmet susiduria su mėšlo šalinimo problema.Jo išvežimui ir užkasimui organizuoti reikalingos nemažos lėšos yra iššvaistomos. Tačiau yra būdas, leidžiantis ne tik sutaupyti pinigų, bet ir padaryti, kad šis natūralus produktas pasitarnautų jūsų naudai.

Taupūs savininkai jau seniai taiko ekologinę technologiją, kuri leidžia iš mėšlo gauti biodujų ir panaudoti jas kaip kurą.

Todėl savo medžiagoje kalbėsime apie biodujų gamybos technologiją, taip pat kalbėsime apie tai, kaip statyti bioenergetinę.

Biotechnologijų naudojimo privalumai

Technologijos gauti biokurą iš įvairių natūralių šaltinių nėra naujiena. Šios srities tyrimai pradėti XVIII amžiaus pabaigoje ir sėkmingai plėtoti XIX a. Sovietų Sąjungoje pirmoji bioenergijos gamykla buvo sukurta praėjusio amžiaus ketvirtajame dešimtmetyje.

Biotechnologijos jau seniai naudojamos daugelyje šalių, tačiau šiandien jos įgauna ypatingą reikšmę. Dėl prastėjančios aplinkos padėties planetoje ir brangios energijos daugelis kreipia dėmesį į alternatyvius energijos ir šilumos šaltinius.

Mėšlo perdirbimo į biodujas technologija leidžia sumažinti kenksmingo metano išmetimą į atmosferą ir gauti papildomą šiluminės energijos šaltinį

Žinoma, mėšlas yra labai vertinga trąša, o jei ūkyje yra dvi karvės, tada su jo panaudojimu problemų nekyla. Kitoks reikalas kalbant apie stambius ir vidutinius gyvulius laikančius ūkius, kuriuose per metus susidaro tonos nemalonaus kvapo ir pūvančios biologinės medžiagos.

Kad mėšlas virstų kokybiška trąša, reikia plotų su tam tikru temperatūros režimu, o tai – papildomos išlaidos. Todėl daugelis ūkininkų jį sandėliuoja, kur tik gali, o paskui išveža į laukus.

Atsižvelgiant į per dieną pagaminamų žaliavų kiekį, reikia pasirinkti įrenginio matmenis ir jo automatizavimo laipsnį.

Nesilaikant laikymo sąlygų, iš mėšlo išgaruoja iki 40% azoto ir didžioji dalis fosforo, o tai labai pablogina jo kokybės rodiklius. Be to, į atmosferą išmetamos metano dujos, kurios neigiamai veikia planetos aplinkos būklę.

Šiuolaikinės biotechnologijos leidžia ne tik neutralizuoti žalingą metano poveikį aplinkai, bet ir priversti jį tarnauti žmonių labui, o kartu gauti didelę ekonominę naudą. Kaip rezultatas perdirbant mėšlą susidaro biodujos, iš kurios vėliau galima gauti tūkstančius kW energijos, o gamybos atliekos yra labai vertinga anaerobinė trąša.

Dujų susidarymo iš organinių žaliavų mechanizmas

Biodujos – laki, be spalvos ir kvapo medžiaga, kurioje yra iki 70 % metano. Savo kokybės rodikliais jis priartėja prie tradicinės kuro rūšies – gamtinių dujų. Turi gerą šiluminę vertę, 1m³ biodujų pagaminama tiek šilumos, kiek pagaminama deginant pusantro kilogramo anglies.

Už biodujų susidarymą esame skolingi anaerobinėms bakterijoms, kurios aktyviai skaido organines žaliavas, įskaitant ūkinių gyvūnų mėšlą, paukščių išmatas ir bet kokias augalų atliekas.

Savarankiškai gaminant biodujas galima naudoti paukščių išmatas ir smulkių bei stambių gyvulių atliekas. Žaliavos gali būti naudojamos gryna forma arba mišinio pavidalu, įskaitant žolę, lapiją, seną popierių

Norint suaktyvinti procesą, būtina sudaryti palankias sąlygas bakterijoms gyventi. Jie turėtų būti panašūs į tuos, kuriuose mikroorganizmai vystosi natūraliame rezervuare – gyvūnų skrandyje, kur šilta ir nėra deguonies.

Tiesą sakant, tai yra dvi pagrindinės sąlygos, kurios prisideda prie stebuklingo pūvančio mėšlo pavertimo aplinkai nekenksmingu kuru ir vertingomis trąšomis.

Norint gaminti biodujas, reikia sandaraus reaktoriaus be prieigos prie oro, kuriame vyks mėšlo fermentacijos ir skilimo į komponentus procesas:

• metanas (iki 70 proc.);
• anglies dioksidas (maždaug 30%);
• kitos dujinės medžiagos (1-2%).

Susidariusios dujos pakyla į konteinerio viršų, iš kur išpumpuojamos, o nusėda likutinis produktas – aukštos kokybės organinės trąšos, kurios dėl perdirbimo išlaikė visas vertingas medžiagas, esančias mėšle. - azoto ir fosforo, ir neteko nemažos dalies patogeninių mikroorganizmų.

Biodujų gamybos reaktorius turi būti visiškai sandarios konstrukcijos, kurioje nebūtų deguonies, kitaip mėšlo irimo procesas bus itin lėtas.

Antra svarbi efektyvaus mėšlo skaidymo ir biodujų susidarymo sąlyga – temperatūros režimo laikymasis. Procese dalyvaujančios bakterijos aktyvuojasi esant temperatūrai nuo +30 laipsnių.

Be to, mėšle yra dviejų tipų bakterijų:

• mezofilinis. Jų gyvenimo veikla vyksta +30 – +40 laipsnių temperatūroje;
• termofilinis. Norint juos atgaminti, būtina palaikyti +50 (+60) laipsnių temperatūros režimą.

Žaliavų apdorojimo laikas pirmojo tipo įrenginiuose priklauso nuo mišinio sudėties ir svyruoja nuo 12 iki 30 dienų. Tuo pačiu metu 1 litras naudingo reaktoriaus ploto pagamina 2 litrus biokuro. Naudojant antrojo tipo įrenginius, galutinio produkto gamybos laikas sutrumpėja iki trijų dienų, o biodujų kiekis padidėja iki 4,5 litro.

Termofilinių augalų efektyvumas matomas plika akimi, tačiau jų priežiūros kaina yra labai didelė, todėl prieš pasirenkant vieną ar kitą biodujų gamybos būdą, reikia labai kruopščiai viską apskaičiuoti.

Nepaisant to, kad termofilinių įrenginių efektyvumas yra dešimtis kartų didesnis, jie naudojami daug rečiau, nes aukštos temperatūros palaikymas reaktoriuje yra susijęs su didelėmis sąnaudomis.

Mezofilinio tipo augalų priežiūra ir priežiūra yra pigesnė, todėl dauguma ūkių juos naudoja biodujoms gaminti.

Pagal energetinį potencialą biodujos šiek tiek prastesnės už įprastą dujinį kurą. Tačiau jame yra sieros rūgšties garų, į kurių buvimą reikia atsižvelgti renkantis medžiagas įrenginio statybai.

Biodujų naudojimo efektyvumo skaičiavimai

Paprasti skaičiavimai padės įvertinti visus alternatyvaus biokuro naudojimo privalumus. Viena 500 kg sverianti karvė per dieną pagamina maždaug 35-40 kg mėšlo. Tokio kiekio pakanka gauti apie 1,5 m³ biodujų, iš kurių galima pagaminti 3 kW/h elektros energijos.

Naudojantis lentelės duomenimis nesunku apskaičiuoti, kiek m³ biodujų galima gauti gamyboje, atsižvelgiant į ūkyje turimų gyvulių skaičių

Biokurui gaminti galite naudoti arba vienos rūšies organinę žaliavą, arba kelių komponentų mišinius, kurių drėgnumas 85-90%. Svarbu, kad juose nebūtų pašalinių cheminių priemaišų, kurios neigiamai veikia apdorojimo procesą.

Paprasčiausią mišinio receptą dar 2000 metais išrado rusas iš Lipecko srities, savo rankomis pastatęs paprastą įrenginį biodujoms gaminti.Jis sumaišė 1500 kg karvių mėšlo su 3500 kg įvairių augalinių atliekų, įpylė vandens (apie 65 proc. visų ingredientų masės) ir mišinį pakaitino iki 35 laipsnių.

Po dviejų savaičių nemokami degalai yra paruošti. Ši nedidelė instaliacija pagamino 40 m³ dujų per dieną, kurių užteko šešiems mėnesiams šildyti namą ir ūkinius pastatus.

Biokuro gamyklų pasirinkimai

Atlikus skaičiavimus reikia apsispręsti, kaip atlikti įrengimą, norint gauti biodujų pagal savo ūkio poreikius. Jei gyvulių skaičius yra mažas, tada tinka paprasčiausias variantas, kurį lengva padaryti savo rankomis iš turimų medžiagų.

Dideliems ūkiams, kurie turi nuolatinį didelių žaliavų kiekių šaltinį, patartina statyti pramoninę automatizuotą biodujų sistemą. Šiuo atveju mažai tikėtina, kad bus galima išsiversti be specialistų, kurie profesionaliai parengs projektą ir įdiegs instaliaciją.

Diagrama aiškiai parodo, kaip veikia pramoninis automatizuotas biodujų gamybos kompleksas. Tokio masto statybą galima organizuoti keliems netoliese esantiems ūkiams

Šiandien yra dešimtys įmonių, kurios gali pasiūlyti daugybę variantų: nuo gatavų sprendimų iki individualaus projekto kūrimo. Norint sumažinti statybos kaštus, galima bendradarbiauti su kaimyniniais ūkiais (jei tokių yra šalia) ir visiems jiems pastatyti vieną biodujų gamybos įrenginį.

Pažymėtina, kad norint pastatyti net nedidelį įrenginį, būtina surašyti atitinkamus dokumentus, sudaryti technologinę schemą, įrangos ir ventiliacijos išdėstymo planą (jei įranga montuojama patalpoje), atlikti patvirtinimo procedūras. su SES, gaisro ir dujų patikra.

Dujų gamybos mini gamykla, skirta nedidelio privataus namų ūkio poreikiams patenkinti, gali būti pagaminta savo rankomis, daugiausia dėmesio skiriant pramoniniu mastu gaminamų įrenginių projektavimui ir konkrečiam dizainui.

Mėšlo ir augalų organinių medžiagų perdirbimo į biodujas įrenginių projektai nėra sudėtingi. Pramonės pagamintas originalas yra gana tinkamas kaip šablonas kuriant savo mini gamyklą

Nepriklausomiems meistrams, nusprendusiems statyti savo instaliaciją, reikia sukaupti vandens talpyklą, vandentiekio ar kanalizacijos plastikinius vamzdžius, kampinius posūkius, sandariklius ir balioną įrenginyje susidarančioms dujoms laikyti.

Biodujų sistemos ypatybės

Visa biodujų gamykla yra sudėtinga sistema, kurią sudaro:

1. Bioreaktorius, kuriame vyksta mėšlo irimo procesas;
2. Automatizuota organinių atliekų tiekimo sistema;
3. Biomasės maišymo įrenginiai;
4. Įranga optimalioms temperatūros sąlygoms palaikyti;
5. Dujų rezervuarai – dujų talpyklos;
6. Kietųjų atliekų imtuvas.

Visi minėti elementai montuojami pramoniniuose įrenginiuose, veikiančiuose automatiniu režimu. Buitiniai reaktoriai, kaip taisyklė, yra supaprastintos konstrukcijos.

Diagramoje pavaizduoti pagrindiniai automatizuotos biodujų sistemos komponentai.Reaktoriaus tūris priklauso nuo kasdien suvartojamos organinės žaliavos. Kad įrenginys veiktų visiškai, reaktorius turi būti užpildytas iki dviejų trečdalių jo tūrio.

Montavimo veikimo principas

Pagrindinis sistemos elementas yra bioreaktorius. Yra keletas jo įgyvendinimo variantų, svarbiausia yra užtikrinti konstrukcijos sandarumą ir užkirsti kelią deguonies patekimui. Jis gali būti pagamintas iš įvairių formų (dažniausiai cilindro) metalinio konteinerio, esančio ant paviršiaus. Dažnai šiems tikslams naudojami 50 kub. cm talpos tušti kuro bakai.

Galite įsigyti paruoštų sulankstomų konteinerių. Jų privalumas – galimybė greitai išardyti ir prireikus transportuoti į kitą vietą. Pramoninius paviršinius įrenginius patartina naudoti dideliuose ūkiuose, kur nuolat plūsta dideli kiekiai ekologiškų žaliavų.

Mažoms sodyboms labiau tinka rezervuaro požeminio išdėstymo variantas. Požeminis bunkeris statomas iš plytų arba betono. Į žemę galite įkasti paruoštus konteinerius, pavyzdžiui, statines iš metalo, nerūdijančio plieno ar PVC. Taip pat galima juos pastatyti paviršutiniškai gatvėje arba specialiai tam skirtoje patalpoje su gera ventiliacija.

Norėdami pagaminti biodujų gamyklą, galite įsigyti gatavų PVC konteinerių ir sumontuoti juos patalpoje su vėdinimo sistema

Nepriklausomai nuo to, kur ir kaip yra reaktorius, jame yra įrengtas bunkeris mėšlui krauti. Prieš pakraunant žaliavą, ji turi būti iš anksto paruošta: susmulkinama į ne didesnes kaip 0,7 mm frakcijas ir praskiedžiama vandeniu. Idealiu atveju substrato drėgnumas turėtų būti apie 90%.

Automatizuotose pramoninio tipo instaliacijose yra įrengta žaliavų tiekimo sistema, apimanti imtuvą, kuriame mišinys atnešamas iki reikiamo drėgmės lygio, vandentiekio vamzdynas ir siurbimo agregatas masei pumpuoti į bioreaktorių.

Namų įrengimuose pagrindo paruošimui naudojami atskiri konteineriai, kuriuose atliekos susmulkinamos ir sumaišomos su vandeniu. Tada masė sukraunama į priėmimo skyrių. Po žeme esančiuose reaktoriuose išvedamas bunkeris substratui priimti, o paruoštas mišinys gravitacijos būdu vamzdynu teka į fermentacijos kamerą.

Jei reaktorius yra ant žemės arba patalpoje, įleidimo vamzdis su priėmimo įtaisu gali būti apatinėje rezervuaro pusėje. Taip pat galima užvesti vamzdį į viršų ir uždėti ant jo kakliuko lizdą. Tokiu atveju biomasė turės būti tiekiama naudojant siurblį.

Taip pat būtina numatyti bioreaktoriaus išleidimo angą, kuri yra padaryta beveik konteinerio apačioje, priešingoje pusėje nei įvesties bunkeris. Po žeme išleidimo vamzdis įrengiamas įstrižai į viršų ir veda į stačiakampės dėžutės formos atliekų talpyklą. Jo viršutinis kraštas turi būti žemiau įleidimo angos lygio.

Įleidimo ir išleidimo vamzdžiai yra įstrižai į viršų skirtingose ​​rezervuaro pusėse, o kompensacinis bakas, į kurį patenka atliekos, turi būti žemiau priėmimo bunkerio.

Procesas vyksta taip: į įvesties bunkerį patenka nauja substrato partija, kuri suteka į reaktorių, tuo pačiu metu toks pat atliekų masės kiekis vamzdžiu pakyla į atliekų surinktuvą, iš kurio vėliau išimamas ir panaudojamas. kaip aukštos kokybės biotrąšos.

Biodujos laikomos dujų bake. Dažniausiai jis yra tiesiai ant reaktoriaus stogo ir yra kupolo arba kūgio formos. Jis gaminamas iš stogo dangos, o vėliau, kad būtų išvengta korozijos procesų, dažomas keliais aliejinių dažų sluoksniais.

Pramoniniuose įrenginiuose, skirtuose gaminti didelius dujų kiekius, dujų bakas dažnai sukonstruotas kaip atskira talpykla, sujungta su reaktoriumi vamzdynu.

Fermentacijos būdu susidariusios dujos netinka naudoti, nes jose yra daug vandens garų ir tokios formos nesudegs. Norėdami išvalyti jį nuo vandens frakcijų, dujos praleidžiamos per vandens sandariklį. Tam iš dujų bako išimamas vamzdis, kuriuo biodujos patenka į talpą su vandeniu, o iš ten plastikiniu ar metaliniu vamzdžiu tiekiamos vartotojams.

Požeminio įrengimo schema. Įleidimo ir išleidimo angos turi būti priešingose ​​talpyklos pusėse. Virš reaktoriaus yra vandens sandariklis, per kurį susidariusios dujos leidžiamos išdžiūti.

Kai kuriais atvejais dujoms laikyti naudojami specialūs dujų laikikliai, pagaminti iš polivinilchlorido. Maišeliai dedami šalia įrenginio ir palaipsniui užpildomi dujomis.Kai jie užpildomi, elastinga medžiaga išsipučia, o maišelių tūris didėja, todėl prireikus galite laikinai laikyti daugiau galutinio produkto.

Efektyvaus bioreaktoriaus veikimo sąlygos

Norint efektyviai eksploatuoti įrenginį ir intensyviai išleisti biodujas, būtina vienoda organinio substrato fermentacija. Mišinys turi nuolat judėti. Priešingu atveju ant jos susidaro pluta, skilimo procesas sulėtėja ir dėl to susidaro mažiau dujų, nei buvo skaičiuojama iš pradžių.

Norint užtikrinti aktyvų biomasės maišymą, tipinio reaktoriaus viršutinėje arba šoninėje dalyje įrengiami panardinamieji arba pasvirieji maišytuvai su elektrine pavara. Namų gamybos įrenginiuose maišymas atliekamas mechaniškai, naudojant prietaisą, primenantį buitinį maišytuvą. Jis gali būti valdomas rankiniu būdu arba aprūpintas elektrine pavara.

Kai reaktorius pastatytas vertikaliai, maišyklės rankena yra įrenginio viršuje. Jei konteineris sumontuotas horizontaliai, sraigtas taip pat yra horizontalioje plokštumoje, o rankena yra bioreaktoriaus šone

Viena iš svarbiausių sąlygų biodujoms gaminti – reikiamos temperatūros palaikymas reaktoriuje. Šildymas gali būti atliekamas keliais būdais. Stacionariose instaliacijose naudojamos automatizuotos šildymo sistemos, kurios įsijungia, kai temperatūra nukrenta žemiau nustatyto lygio, o išsijungia, kai pasiekiama reikiama temperatūra.

Galima naudoti šildymui dujiniai katilai, atlikti tiesioginį šildymą elektriniais šildymo prietaisais arba į konteinerio pagrindą įstatyti kaitinimo elementą.

Siekiant sumažinti šilumos nuostolius, rekomenduojama aplink reaktorių pastatyti nedidelį karkasą su stiklo vatos sluoksniu arba uždengti instaliaciją termoizoliacija. Turi geras šilumos izoliacijos savybes putų polistirenas ir kitos jo rūšys.

Norėdami sukurti biomasės šildymo sistemą, galite paleisti vamzdyną iš namų šildymo sistemos, kuri maitinama reaktoriumi

Reikiamo tūrio nustatymas

Reaktoriaus tūris nustatomas pagal paros ūkyje pagaminamo mėšlo kiekį. Taip pat būtina atsižvelgti į žaliavos rūšį, temperatūrą ir fermentacijos laiką. Kad įrenginys veiktų pilnai, bakas pripildomas iki 85-90% tūrio, mažiausiai 10% turi likti laisvos dujos, kad galėtų išeiti.

Organinių medžiagų skilimo procesas mezofiliniame įrenginyje, esant vidutinei 35 laipsnių temperatūrai, trunka nuo 12 dienų, po to pašalinami fermentuoti likučiai ir reaktorius užpildomas nauja substrato dalimi. Kadangi prieš išsiunčiant į reaktorių atliekos skiedžiamos vandeniu iki 90 %, nustatant paros apkrovą reikia atsižvelgti ir į skysčio kiekį.

Pagal pateiktus rodiklius reaktoriaus tūris bus lygus paruošto substrato (mėšlo su vandeniu) paros kiekiui, padaugintam iš 12 (laikas, reikalingas biomasei skaidyti) ir padidintam 10% (laisvas konteinerio tūris).

Požeminio statinio statyba

Dabar pakalbėkime apie paprasčiausią diegimą, kurį galite gauti biodujos namuose mažiausiomis sąnaudomis. Apsvarstykite galimybę sukurti požeminę sistemą. Norint jį pagaminti, reikia iškasti duobę, jos pagrindas ir sienos užpilamos gelžbetonio keramzitbetoniu.

Priešingose ​​kameros pusėse yra įleidimo ir išleidimo angos, kuriose sumontuoti pasvirę vamzdžiai substratui tiekti ir atliekų masei išpumpuoti.

Maždaug 7 cm skersmens išleidimo vamzdis turėtų būti beveik pačiame bunkerio apačioje, kitas jo galas sumontuotas stačiakampėje kompensacinėje talpoje, į kurią bus pumpuojamos atliekos. Pagrindo tiekimo vamzdynas yra maždaug 50 cm nuo apačios ir jo skersmuo 25-35 cm.Vamzdžio viršutinė dalis patenka į skyrių žaliavoms priimti.

Reaktorius turi būti visiškai sandarus. Kad būtų išvengta oro patekimo, konteineris turi būti padengtas bituminės hidroizoliacijos sluoksniu

Viršutinė bunkerio dalis yra dujų laikiklis, kuris yra kupolo arba kūgio formos. Jis pagamintas iš metalo lakštų arba stogo dangos. Taip pat galite užbaigti konstrukciją plytų mūriu, kuris vėliau padengiamas plieniniu tinkleliu ir tinkuojamas. Dujų bako viršuje turite padaryti sandarų liuką, nuimti dujų vamzdį, einantį per vandens sandariklį, ir sumontuoti vožtuvą, kad sumažintumėte dujų slėgį.

Norėdami maišyti substratą, galite įrengti drenažo sistemą, veikiančią burbuliavimo principu. Norėdami tai padaryti, vertikaliai pritvirtinkite plastikinius vamzdžius konstrukcijos viduje, kad jų viršutinis kraštas būtų virš pagrindo sluoksnio. Padarykite juose daug skylių. Slėgio dujos kris žemyn, o kildamos aukštyn dujų burbuliukai maišys biomasę konteineryje.

Jei nenorite statyti betoninio bunkerio, galite nusipirkti gatavą PVC konteinerį. Norint išsaugoti šilumą, ji turi būti apjuosta šilumos izoliacijos sluoksniu – putų polistirenu. Duobės dugnas užpilamas 10 cm gelžbetonio sluoksniu.Rezervuarus iš polivinilchlorido galima naudoti, jei reaktoriaus tūris neviršija 3 m3.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Pažiūrėję vaizdo įrašą sužinosite, kaip padaryti paprasčiausią montavimą iš paprastos statinės:

Kaip vyksta požeminio reaktoriaus statyba, galite pamatyti vaizdo įraše:

Kaip mėšlas kraunamas į požeminį įrenginį, parodyta šiame vaizdo įraše:

Įrenginys biodujoms iš mėšlo gaminti leis ženkliai sutaupyti šilumos ir elektros sąnaudas bei naudingai naudoti organines medžiagas, kurių gausu kiekviename ūkyje. Prieš pradedant statybas, viskas turi būti kruopščiai apskaičiuota ir paruošta.

Paprasčiausias reaktorius gali būti pagamintas per kelias dienas savo rankomis, naudojant turimas medžiagas. Jei ūkis didelis, tuomet geriausia įsigyti jau paruoštą instaliaciją arba kreiptis į specialistus.

Jei skaitydami pateiktą informaciją turite klausimų ar turite pasiūlymų, kuriais norėtumėte pasidalinti su svetainės lankytojais, palikite komentarus žemiau esančiame bloke.