Proizvodnja bioplina iz svježe trave. Proizvodnja i proračun bioplina

Pitanje proizvodnje metana zanima one vlasnike privatnih gospodarstava koji uzgajaju perad ili svinje, a također drže i stoku. Takve farme u pravilu proizvode značajnu količinu organskog životinjskog otpada, koji može donijeti značajnu korist jer postaje izvor jeftinog goriva. Svrha ovog materijala je da vam kaže kako proizvesti bioplin kod kuće koristeći isti otpad.

Opće informacije o bioplinu

Kućni bioplin, dobiven iz raznih gnojiva i izmeta peradi, većinom se sastoji od metana. Tamo je od 50 do 80%, ovisno čiji je otpad korišten za proizvodnju. Isti onaj metan koji izgara u našim pećima i kotlovima, a za koji ponekad plaćamo velike novce prema stanju brojila.

Da bismo dobili ideju o količini goriva koja se teoretski može proizvesti držanjem životinja kod kuće ili u zemlji, predstavljamo tablicu s podacima o prinosu bioplina i sadržaju čistog metana u njemu:

Kao što možete vidjeti iz tablice, za učinkovitu proizvodnju plina iz kravlje balege i silaže bit će potrebna prilično velika količina sirovina. Isplativije je izvlačiti gorivo iz svinjskog gnoja i purećeg izmeta.

Preostali udio tvari (25-45%) koji čine kućni bioplin je ugljični dioksid (do 43%) i sumporovodik (1%). Gorivo također sadrži dušik, amonijak i kisik, ali u malim količinama. Usput, zahvaljujući ispuštanju sumporovodika i amonijaka, gomila gnojiva emitira tako poznati "ugodan" miris. Što se tiče energetskog sadržaja, 1 m3 metana teoretski može izgaranjem osloboditi do 25 MJ (6,95 kW) toplinske energije. Specifična toplina izgaranja bioplina ovisi o udjelu metana u njegovom sastavu.

Za referencu. U praksi je potvrđeno da je za grijanje izolirane kuće smještene u srednjoj zoni potrebno oko 45 m3 biološkog goriva po 1 m2 površine tijekom sezone grijanja.

Priroda je to tako uredila da bioplin iz stajnjaka nastaje spontano i neovisno o tome želimo li ga primiti ili ne. Gnojište istrune u roku od godinu do godinu i pol, samim time što je na otvorenom, pa čak i na temperaturama ispod nule. Sve to vrijeme ispušta bioplin, ali samo u malim količinama, budući da je proces vremenski produljen. Uzrok su stotine vrsta mikroorganizama koji se nalaze u životinjskom izmetu. Odnosno, ništa nije potrebno za početak razvijanja plina; ono će se dogoditi samo od sebe. Ali za optimizaciju procesa i njegovo ubrzanje bit će potrebna posebna oprema, o čemu će se dalje raspravljati.

Bioplinska tehnologija

Bit učinkovite proizvodnje je ubrzati prirodni proces razgradnje organskih sirovina. Da bi to učinili, bakterije u njemu trebaju stvoriti najbolje uvjete za reprodukciju i preradu otpada. A prvi uvjet je smjestiti sirovinu u zatvorenu posudu – reaktor, inače – generator bioplina. Otpad se usitnjava i miješa u reaktoru s proračunatom količinom čiste vode do dobivanja početnog supstrata.

Bilješka.Čista voda je neophodna kako bi se osiguralo da tvari koje negativno utječu na život bakterija ne dospiju u podlogu. Zbog toga se proces fermentacije može znatno usporiti.

Industrijsko postrojenje za proizvodnju bioplina opremljeno je grijanjem supstrata, sredstvima za miješanje i kontrolu kiselosti okoliša. Miješanje se provodi kako bi se s površine uklonila tvrda kora koja nastaje tijekom fermentacije i ometa ispuštanje bioplina. Trajanje tehnološkog procesa je najmanje 15 dana, a za to vrijeme stupanj razgradnje doseže 25%. Vjeruje se da se najveći prinos goriva javlja do 33% razgradnje biomase.

Tehnologija predviđa dnevnu obnovu supstrata, što osigurava intenzivnu proizvodnju plina iz stajnjaka, koji u industrijskim postrojenjima iznosi stotine kubičnih metara dnevno. Dio otpadne mase, oko 5% ukupnog volumena, uklanja se iz reaktora, a na njegovo mjesto ubacuje se ista količina svježih bioloških sirovina. Otpad se koristi kao organsko gnojivo za polja.

Dijagram bioplinskog postrojenja

Kod kućne proizvodnje bioplina nemoguće je stvoriti tako povoljne uvjete za mikroorganizme kao u industrijskoj proizvodnji. I prije svega, ova se izjava odnosi na organizaciju grijanja generatora. Kao što je poznato, to zahtijeva utrošak energije, što dovodi do značajnog povećanja troškova goriva. Sasvim je moguće kontrolirati usklađenost s blago alkalnim okruženjem svojstvenim procesu fermentacije. Ali kako se može ispraviti u slučaju odstupanja? Opet troškovi.

Vlasnicima privatnih gospodarstava koji žele proizvoditi bioplin vlastitim rukama preporuča se napraviti reaktor jednostavnog dizajna od dostupnih materijala, a zatim ga modernizirati prema svojim mogućnostima. Što treba učiniti:

• hermetički zatvoren spremnik zapremine najmanje 1 m3. Prikladni su i razni mali spremnici i bačve, ali iz njih će se ispustiti malo goriva zbog nedovoljne količine sirovina. Takve količine proizvodnje neće vam odgovarati;
• Kada organizirate proizvodnju bioplina kod kuće, vjerojatno nećete grijati spremnik, ali svakako ga morate izolirati. Druga mogućnost je da se reaktor zakopa u zemlju, toplinski izolirajući gornji dio;
• ugradite ručnu mješalicu bilo kojeg dizajna u reaktor, produžujući ručku kroz gornji poklopac. Sklop prolaza ručke mora biti zabrtvljen;
• osigurati cijevi za dovod i istovar supstrata, kao i za prikupljanje bioplina.

Ispod je dijagram bioplinskog postrojenja smještenog ispod razine tla:

1 – generator goriva (spremnik od metala, plastike ili betona); 2 — lijevak za punjenje supstrata; 3 – tehnički otvor; 4 – posuda koja djeluje kao vodena brtva; 5 – ispust za istovar otpadnog otpada; 6 – cijev za uzorkovanje bioplina.

Kako dobiti bioplin kod kuće?

Prva operacija je mljevenje otpada na frakciju čija veličina nije veća od 10 mm. To znatno olakšava pripremu supstrata, a bakterijama će biti lakše preraditi sirovine. Dobivena masa se temeljito pomiješa s vodom, njegova količina je oko 0,7 litara na 1 kg organske tvari. Kao što je gore spomenuto, treba koristiti samo čistu vodu. Zatim se supstratom puni vlastito napravljeno bioplinsko postrojenje, nakon čega se reaktor hermetički zatvara.

Nekoliko puta tijekom dana morate posjetiti spremnik kako biste pomiješali sadržaj. Petog dana možete provjeriti prisutnost plina, a ako se pojavi, povremeno ga ispumpati kompresorom u cilindar. Ako se to ne učini na vrijeme, tlak u reaktoru će porasti i fermentacija će se usporiti ili čak potpuno zaustaviti. Nakon 15 dana potrebno je istovariti dio supstrata i dodati istu količinu novog. Više možete saznati gledajući video:

Zaključak

Vrlo je vjerojatno da najjednostavnija bioplinska instalacija neće zadovoljiti sve vaše potrebe. No, s obzirom na trenutnu cijenu energenata, to će već biti od velike pomoći u kućanstvu, jer ne morate plaćati sirovine. Tijekom vremena, blisko uključeni u proizvodnju, moći ćete shvatiti sve značajke i izvršiti potrebna poboljšanja instalacije.

Plin se široko koristi kako u industriji, uključujući kemijsku (na primjer, sirovine za proizvodnju plastike), tako iu svakodnevnom životu. U domaćim uvjetima plin se koristi za grijanje stambenih privatnih i stambenih zgrada, kuhanje, grijanje vode, kao gorivo za automobile itd.

S ekološkog gledišta, plin je jedno od najčišćih goriva. U usporedbi s drugim vrstama goriva ima najmanju količinu štetnih emisija.

Ali ako govorimo o plinu, automatski mislimo na prirodni plin izvađen iz utrobe zemlje.

Jednog dana sam u novinama naišao na članak koji govori kako je jedan djed napravio jednostavnu instalaciju i dobiva plin iz stajnjaka. Ova me tema jako zainteresirala. I želio bih govoriti o ovoj alternativi prirodnom plinu - bioplinu. Vjerujem da je ova tema vrlo zanimljiva i korisna za obične ljude, a posebno poljoprivrednike.

Na imanju bilo koje seoske farme možete koristiti ne samo energiju vjetra, sunca, već i bioplin.

Bioplin- plinovito gorivo, produkt anaerobne mikrobiološke razgradnje organskih tvari. Tehnologija proizvodnje plina je ekološki prihvatljiva, bezotpadna metoda prerade, recikliranja i dezinfekcije raznih organskih otpadaka biljnog i životinjskog podrijetla.

Sirovine za proizvodnju bioplina su obični gnoj, lišće, trava, općenito, bilo koji organski otpad: vrhovi, otpad od hrane, otpalo lišće.

Nastali plin, metan, rezultat je vitalne aktivnosti metanskih bakterija. Metan, koji se naziva i močvarni ili rudnički plin, čini 90-98% prirodnog plina koji se koristi u svakodnevnom životu.

Instalacija za proizvodnju plina vrlo je jednostavna za izradu. Treba nam glavna posuda, možete je kuhati sami ili koristiti neku gotovu, može biti bilo što. Toplinska izolacija mora biti instalirana na stranama spremnika za korištenje jedinice u hladnoj sezoni. Na vrhu napravimo nekoliko otvora. Od jednog od njih spajamo cijevi za uklanjanje plina. Za intenzivan proces fermentacije i oslobađanje plina, smjesu je potrebno povremeno miješati. Stoga morate instalirati uređaj za miješanje. Zatim se plin mora prikupiti i uskladištiti ili koristiti za namjeravanu svrhu. Za skupljanje plina možete koristiti običnu automobilsku komoru, a zatim, ako imate kompresor, kompresirati ga i pumpati u cilindre.

Princip rada je prilično jednostavan: gnoj se utovaruje kroz jedan otvor. U unutrašnjosti se ova biomasa razgrađuje pomoću posebnih metanskih bakterija. Da bi proces bio intenzivniji, sadržaj je potrebno miješati i po mogućnosti zagrijati. Za grijanje možete ugraditi cijevi unutar kojih bi trebala cirkulirati topla voda. Metan koji se oslobađa kao rezultat vitalne aktivnosti bakterija kroz cijevi ulazi u komore automobila, a kada se nakupi dovoljna količina, komprimira se pomoću kompresora i pumpa u cilindre.

U toplom vremenu ili pri korištenju umjetnog grijanja, instalacija može proizvesti prilično veliku količinu plina, oko 8 m 3 / dan.

Plin je moguće dobiti i iz kućnog otpada s odlagališta, ali problem predstavljaju kemikalije koje se koriste u svakodnevnom životu.

Bakterije metana nalaze se u crijevima životinja, a time i u gnoju. Ali da bi počeli djelovati, potrebno je ograničiti njihovu interakciju s kisikom, jer on inhibira njihove vitalne funkcije. Zato je potrebno napraviti posebne instalacije kako bakterije ne bi došle u dodir sa zrakom.

U dobivenom bioplinu koncentracija metana je nešto niža nego u prirodnom plinu, stoga će pri sagorijevanju proizvoditi nešto manje topline. Pri sagorijevanju 1 m 3 prirodnog plina oslobađa se 7-7,5 Gcal, a pri sagorijevanju bioplina - 6-6,5 Gcal.

Ovaj plin je pogodan kako za grijanje (imamo i opće informacije o grijanju), tako i za korištenje u kućanskim pećima. Troškovi bioplina su niski, au nekim slučajevima praktički jednaki nuli, ako je sve napravljeno od otpadnog materijala i držite npr. kravu.

Otpad od proizvodnje plina je vermikompost - organsko gnojivo u kojem, tijekom procesa truljenja bez pristupa kisiku, trune sve od sjemenki korova, a ostaju samo korisni mikroelementi potrebni biljkama.

Postoje čak i metode za stvaranje umjetnih nalazišta plina u inozemstvu. Ovako izgleda. Budući da veliki dio odbačenog kućnog otpada čini organska tvar, koja može trunuti i proizvoditi bioplin. Da bi se plin počeo oslobađati, potrebno je organsku tvar lišiti interakcije sa zrakom. Stoga se otpad smota u slojeve, a gornji sloj je napravljen od materijala otpornog na plinove, poput gline. Zatim buše bušotine i izvlače plin kao iz prirodnih nalazišta. A istodobno se rješava nekoliko problema, poput zbrinjavanja otpada i proizvodnje energije.

Pod kojim uvjetima nastaje bioplin?

Uvjeti dobivanja i energetska vrijednost bioplina

Da biste sastavili malo postrojenje, morate znati od kojih se sirovina i kojom tehnologijom može dobiti bioplin.

Plin nastaje razgradnjom (fermentacijom) organskih tvari bez pristupa zraka (anaerobni proces): izmeta domaćih životinja, slame, vršaka, otpalog lišća i drugog organskog otpada koji nastaje u individualnim kućanstvima. Iz toga proizlazi da se bioplin može dobiti iz svakog kućnog otpada koji se može razgraditi i fermentirati u tekućem ili mokrom stanju.

Proces razgradnje (fermentacije) odvija se u dvije faze:

1. Razgradnja biomase (hidrotacija);
2. Rasplinjavanje (ispuštanje bioplina).

Ovi se procesi odvijaju u fermentoru (anaerobnom bioplinskom postrojenju).

Mulj dobiven nakon razgradnje u bioplinskim postrojenjima povećava plodnost tla, a produktivnost se povećava za 10-50%. Tako se dobiva najvrjednije gnojivo.

Bioplin se sastoji od mješavine plinova:

• metan-55-75%;
• ugljični dioksid - 23-33%;
• sumporovodik-7%.

Metanska fermentacija je složen proces vrenja organskih tvari – bakterijski proces. Glavni uvjet za odvijanje ovog procesa je prisutnost topline.

Tijekom razgradnje biomase stvara se toplina koja je dovoljna za odvijanje procesa, a da bi se ta toplina zadržala, fermentor mora biti toplinski izoliran. Snižavanjem temperature u fermentoru smanjuje se i intenzitet razvijanja plina jer se mikrobiološki procesi u organskoj masi usporavaju. Stoga je pouzdana toplinska izolacija bioplinskog postrojenja (biofermentora) jedan od najvažnijih uvjeta za njegov normalan rad. Prilikom utovara gnoja u fermentor, mora se pomiješati s vrućom vodom na temperaturi od 35-40 o C. To će pomoći osigurati potreban način rada.

Prilikom pretovara gubitak topline mora biti minimiziran Inženjerska pomoć za bioplin

Za bolje zagrijavanje fermentora možete koristiti "efekt staklenika". Da biste to učinili, drveni ili laki metalni okvir postavljen je iznad kupole i prekriven plastičnom folijom. Najbolji rezultati postižu se pri temperaturi sirovine koja fermentira od 30-32°C i vlažnosti od 90-95%. U regijama srednje i sjeverne zone, dio proizvedenog plina mora se potrošiti tijekom hladnih razdoblja godine na dodatno zagrijavanje fermentirane mase, što komplicira projektiranje bioplinskih postrojenja.

Instalacije je lako izgraditi na individualnim farmama u obliku posebnih fermentora za fermentaciju biomase. Glavna organska sirovina za utovar u fermentor je stajnjak.

Kod prvog utovara goveđeg gnoja proces fermentacije mora trajati najmanje 20 dana, a za svinjski gnoj najmanje 30 dana. Možete dobiti više plina pri utovaru mješavine različitih komponenti u usporedbi s utovarom, na primjer, stočnog gnoja.

Na primjer, mješavina goveđeg gnoja i gnoja peradi, kada se preradi, proizvodi do 70% metana u bioplinu.

Nakon što se proces fermentacije stabilizirao, sirovine morate puniti svaki dan s najviše 10% količine mase koja se obrađuje u fermentoru.

Tijekom fermentacije, osim proizvodnje plina, organske tvari se dezinficiraju. Organski otpad uklanja patogenu mikrofloru i dezodorira neugodne mirise.

Nastali mulj mora se povremeno iskrcati iz fermentora; koristi se kao gnojivo.

Kada se bioplinsko postrojenje prvi put napuni, ekstrahirani plin ne izgara, to se događa jer prvi proizvedeni plin sadrži veliku količinu ugljičnog dioksida, oko 60%. Stoga se mora ispustiti u atmosferu, a nakon 1-3 dana rad bioplinskog postrojenja će se stabilizirati.

Tablica broj 1 - količina plina dobivenog dnevno tijekom fermentacije izmeta jedne životinje

U smislu količine oslobođene energije, 1 m 3 bioplina je ekvivalentan:

• 1,5 kg ugljena;
• 0,6 kg kerozina;
• 2 kW/h električne energije;
• 3,5 kg drva za ogrjev;
• 12 kg briketa stajnjaka.

Projektiranje malih bioplinskih postrojenja

Slika 1 - Dijagram najjednostavnijeg bioplinskog postrojenja s piramidalnom kupolom: 1 - jama za stajski gnoj; 2 - utor - vodena brtva; 3 — zvono za skupljanje plina; 4, 5 - izlazna cijev za plin; 6 - manometar.

Prema dimenzijama prikazanim na slici 1. opremljena je jama 1 i kupola 3. Jama je obložena armirano betonskim pločama debljine 10 cm, koje su ožbukane cementnim mortom i premazane smolom radi nepropusnosti. Od krovnog željeza zavareno je zvono visine 3 m u čijem će se gornjem dijelu akumulirati bioplin. Da bi se zaštitilo od korozije, zvono se povremeno boji s dva sloja uljane boje. Još je bolje zvono iznutra prvo premazati crvenicom. U gornjem dijelu zvona postavljena je cijev 4 za odvođenje bioplina i manometar 5 za mjerenje njegovog tlaka. Odvodna cijev za plin 6 može biti izrađena od gumenog crijeva, plastične ili metalne cijevi.

Oko jame fermentora postavlja se betonski žlijeb - vodena brtva 2. napunjena vodom, u koju se donja strana zvona uroni 0,5 m.

Slika 2 - Uređaj za uklanjanje kondenzata: 1 - cjevovod za uklanjanje plina; 2 - cijev u obliku slova U za kondenzat; 3 - kondenzat.

Plin se može dovesti, na primjer, do kuhinjskog štednjaka kroz metalne, plastične ili gumene cijevi. Kako biste spriječili smrzavanje cijevi zbog smrzavanja kondenzirane vode zimi, koristite jednostavnu napravu prikazanu na slici 2: cijev u obliku slova U 2 spojena je na cjevovod 1 na najnižoj točki. Visina njegovog slobodnog dijela mora biti veća od tlaka bioplina (u mm vodenog stupca). Kondenzat 3 se odvodi kroz slobodni kraj cijevi i neće doći do istjecanja plina.

Slika 3 - Dijagram najjednostavnijeg bioplinskog postrojenja sa stožastom kupolom: 1 - jama za stajski gnoj; 2 — kupola (zvono); 3 — prošireni dio cijevi; 4 - izlazna cijev za plin; 5 - utor - vodena brtva.

U instalaciji prikazanoj na slici 3, jama 1 promjera 4 mm i dubine 2 m iznutra je obložena krovnim željezom, čiji su limovi čvrsto zavareni. Unutarnja površina zavarenog spremnika premazana je smolom za zaštitu od korozije. S vanjske strane gornjeg ruba betonskog spremnika ugrađuje se kružni utor 5 dubine do 1 m koji se puni vodom. Okomiti dio kupole 2, koji pokriva spremnik, slobodno je ugrađen u njega. Dakle, utor u koji se ulijeva voda služi kao vodena brtva. Bioplin se skuplja u gornjem dijelu kupole, odakle se kroz odvodnu cijev 3, a zatim kroz cjevovod 4 (ili crijevo) dovodi do mjesta korištenja.

Oko 12 kubnih metara organske mase (po mogućnosti svježeg stajskog gnoja) utovaruje se u okrugli spremnik 1 koji se puni tekućom frakcijom stajnjaka (urin) bez dodavanja vode. Tjedan dana nakon punjenja fermentor počinje s radom. U ovoj instalaciji kapacitet fermentora je 12 kubnih metara, što omogućuje izgradnju za 2-3 obitelji čije se kuće nalaze u blizini. Takva se instalacija može izgraditi na imanju ako obitelj uzgaja, na primjer, bikove ili drži nekoliko krava.

Slika 4 - Sheme varijanti najjednostavnijih instalacija: 1 - dovod organskog otpada; 2 - spremnik za organski otpad; 3 - prostor za sakupljanje plina ispod kupole; 4 - izlazna cijev za plin; 5 - drenaža mulja; 6 — manometar; 7 — kupola od polietilenskog filma; 8 - vodena brtva i; 9 — teret; 10—jednodijelna ljepljena polietilenska vrećica.

Dizajn i tehnološke sheme najjednostavnijih malih instalacija prikazane su na slici 4. Strelicama su označena tehnološka kretanja početne organske mase, plina i mulja. Strukturno, kupola može biti kruta ili izrađena od polietilenskog filma. Kruta kupola može biti izrađena s dugim cilindričnim dijelom za duboko uranjanje u masu koja se obrađuje, plutajuća, slika 4, d, ili umetnuta u hidrauličku brtvu, slika 4, e. Filmska kupola može se umetnuti u hidrauličku brtvu, sl. 4, e, ili izrađen u obliku bešavno lijepljene velike vrećice, slika 4, i. U posljednjoj verziji, uteg 9 se stavlja na vrećicu od filma kako se vrećica ne bi previše napuhala, a također i da bi se stvorio dovoljan pritisak ispod folije.

Plin, koji se sakuplja ispod kupole ili filma, dovodi se plinovodom do mjesta korištenja. Kako bi se izbjegla eksplozija plina, na izlaznu cijev se može ugraditi ventil podešen na određeni tlak. Međutim, opasnost od eksplozije plina je malo vjerojatna, jer sa značajnim povećanjem tlaka plina ispod kupole, potonji će se podići u hidrauličkoj brtvi na kritičnu visinu i prevrnuti će se, oslobađajući plin.

Proizvodnja bioplina može biti smanjena zbog činjenice da se na površini organske sirovine u fermentoru tijekom fermentacije stvara kora. Kako bi se osiguralo da ne ometa izlazak plina, razbija se miješanjem mase u fermentoru. Možete miješati ne ručno, već pričvršćivanjem metalne vilice na kupolu odozdo. Kupola se diže u hidrauličkoj brtvi do određene visine kada se plin nakuplja i spušta dok se koristi.

Zahvaljujući sustavnom kretanju kupole od vrha do dna, vilice povezane s kupolom uništit će koru.

Visoka vlažnost i prisutnost sumporovodika (do 0,5%) doprinose pojačanoj koroziji metalnih dijelova bioplinskih postrojenja. Stoga se redovito prati stanje svih metalnih elemenata fermentora i pažljivo se štite oštećena mjesta, po mogućnosti olovnim olovom u jednom ili dva sloja, a zatim se bojaju u dva sloja bilo kojom uljanom bojom.

Slika 5. Shema grijanog bioplinskog postrojenja: 1 - fermentor; 2 — drveni štit; 3 - grlo za punjenje; 4 — spremnik metana; 5 - mješalica; 6 — ogranak cijevi za odabir bioplina; 7 - toplinski izolacijski sloj; 8 - rešetka; 9 - odvodni ventil za prerađenu masu; 10 — kanal za dovod zraka; 11 - puhalo.

Bioplinsko postrojenje sa zagrijavanjem fermentirane mase toplinom , koji se oslobađa tijekom razgradnje gnoja u aerobnom fermentoru, prikazan je na slici 5. Sadrži spremnik digestora - cilindrični metalni spremnik s grlom za punjenje 3. odvodni ventil 9. mehaničku miješalicu 5 i mlaznicu 6 za odabir bioplina.

Fermentor 1 može biti izrađen od pravokutnog i 3 drvenog materijala. Za istovar prerađenog gnoja, stijenke soka se mogu ukloniti. Pod fermentora je rešetkasti, zrak se upuhuje kroz tehnološki kanal 10 iz puhala 11. Gornji dio fermentora prekriven je drvenim pločama 2. Da bi se smanjio gubitak topline, zidovi i dno su izrađeni s toplinsko izolacijskim slojem. 7.

Instalacija radi ovako. Prethodno pripremljeni tekući stajnjak sa sadržajem vlage od 88-92% ulijeva se u spremnik metana 4 kroz glavu 3, razina tekućine određena je donjim dijelom grla za punjenje. Aerobni fermentor 1 puni se kroz gornji otvorni dio steljnim gnojem ili mješavinom stajnjaka s rastresitim suhim organskim punilom (slama, piljevina) vlažnosti 65-69%. Dovođenjem zraka kroz tehnološki kanal u fermentor dolazi do razgradnje organske mase i oslobađanja topline. Dovoljno je zagrijati sadržaj metan spremnika. Kao rezultat toga oslobađa se bioplin. Akumulira se u gornjem dijelu spremnika digestora. Kroz cijev 6 koristi se za domaće potrebe. Tijekom procesa fermentacije stajnjak se u digestoru miješa miješalicom 5.

Takva instalacija isplatit će se u roku od godinu dana samo zbog odlaganja otpada u osobnim kućanstvima. Približne vrijednosti za potrošnju bioplina dane su u tablici 2.

Tablica br. 2 – okvirne vrijednosti za potrošnju bioplina

Napomena: instalacija može raditi u bilo kojoj klimatskoj zoni.

Slika 6 - Dijagram pojedinačnog bioplinskog postrojenja IBGU-1: 1 - grlo za punjenje; 2 - mješalica; 3 - cijev za uzorkovanje plina; 4 - toplinski izolacijski sloj; 5 — cijev sa slavinom za istovar obrađene mase; 6 - termometar.

Individualno bioplinsko postrojenje (IBGU-1) za obitelj s 2 do 6 krava ili 20-60 svinja, ili 100-300 peradi (Slika 6). Postrojenje može dnevno preraditi od 100 do 300 kg stajnjaka i proizvesti 100-300 kg ekološki prihvatljivih organskih gnojiva i 3-12 m 3 bioplina.

Vlasnici privatnih kuća smještenih u regijama s ograničenim pristupom tradicionalnim gorivima svakako bi trebali obratiti pažnju na moderna bioplinska postrojenja. Takvi uređaji omogućuju dobivanje bioplina iz raznih organskih otpadaka i korištenje za osobne potrebe, uključujući grijanje stambenih prostorija.

Plin se može dobiti iz gotovo bilo koje biomase - otpada iz stočarske industrije, proizvodnje hrane, poljoprivrede, lišća itd. U isto vrijeme, takvu instalaciju možete izgraditi vlastitim rukama.

Za proizvodnju bioplina pogodne su i homogene sirovine i mješavine raznih biomasa. Bioplinsko postrojenje je volumetrijska zatvorena konstrukcija opremljena uređajima za dovod sirovina, zagrijavanje biomase, miješanje komponenti, ispuštanje dobivenog bioplina u kolektor plina i, naravno, zaštitu konstrukcije.

U reaktoru pod utjecajem anaerobnih bakterija dolazi do brze razgradnje biomase. Tijekom fermentacije organskih sirovina oslobađa se bioplin. Otprilike 70% sastava takvog plina predstavlja metan, preostali dio je ugljični dioksid.

Bioplin se odlikuje izvrsnom kalorijskom vrijednošću, nema izražen miris i boju. Po svojim svojstvima bioplin praktički ni po čemu nije inferioran u odnosu na tradicionalniji prirodni plin.

U razvijenim zemljama koriste se dodatna postrojenja za pročišćavanje bioplina od ugljičnog dioksida. Ako želite, možete kupiti istu instalaciju i dobiti čisti biometan.

Bioplinska postrojenja na silosima. 1 Silo jame. 2 Sustav punjenja biomase. 3 reaktor. 4 Reaktor za naknadnu fermentaciju. 5 Podloga. 6 Sustav grijanja. 7 Elektrana. 8 Sustav automatizacije i upravljanja. 9 Sustav plinovoda

Usporedba bioplina s tradicionalnijim gorivima

U prosjeku, jedna krava ili druga životinja teška pola tone sposobna je dnevno proizvesti dovoljno stajskog gnoja za proizvodnju približno 1,5 m3 bioplina. Dnevni gnoj jedne prosječne svinje može se preraditi u 0,2 m3 bioplina, a zeca ili kokoši u 0,01-0,02 m3 goriva.

Za usporedbu: 1 m3 bioplina iz stajskog gnoja daje otprilike istu količinu toplinske energije kao 3,5 kg ogrjevnog drva, 1-2 kg ugljena, 9-10 kW/h električne energije.

Najjednostavniji recept za smjesu za proizvodnju bioplina uključuje sljedeće komponente:

• kravlji gnoj - oko 1500 kg;
• trulo lišće ili drugi organski otpad – 3500 kg;
• voda – 65-75% ukupne mase prethodnih komponenti. Voda se najprije mora zagrijati na oko 35 stupnjeva.

Ova količina biomase bit će dovoljna za proizvodnju bioplina za šest mjeseci rada uz umjerenu potrošnju. U prosjeku, bioplin se počinje oslobađati unutar 1,5-2 tjedna nakon što se smjesa učita u instalaciju.

Plin se može koristiti za grijanje kuće i raznih poslovnih i kućanskih zgrada.

Dizajn tipskog bioplinskog postrojenja

Glavne komponente kompletnog bioplinskog sustava su:

• reaktor;
• sustav opskrbe humusom;
• mješalice;
• automatizirani sustav grijanja na biomasu;
• držač plina;
• separator;
• zaštitni dio.

Instalacija za kućanstvo imat će nešto pojednostavljeni dizajn, međutim, za potpuno razumijevanje, pozivamo vas da pročitate opis svih navedenih elemenata.

Reaktor

Ovaj dio instalacije obično je sastavljen od nehrđajućeg čelika ili betona. Izvana, reaktor izgleda kao veliki zapečaćeni spremnik, na čijem se vrhu nalazi kupola, obično sferičnog oblika.

Trenutno su najpopularniji reaktori sa sklopivim dizajnom, izrađeni pomoću inovativnih tehnologija. Takav se reaktor može lako sastaviti vlastitim rukama uz minimalno ulaganje vremena. Ako je potrebno, lako se može rastaviti i transportirati na drugo mjesto.

Čelik je prikladan jer u njemu možete jednostavno napraviti rupe za povezivanje drugih elemenata sustava. Beton je bolji od čelika u pogledu čvrstoće i trajnosti.

Sustav hranidbe biomasom

Ovaj dio instalacije uključuje spremnik za prihvat otpada, dovodni cjevovod za dovod vode i pužnu pumpu namijenjenu slanju humusa u reaktor.

Za utovar suhe komponente u spremnik koristi se prednji utovarivač. Kod kuće se s ovim zadatkom možete nositi bez utovarivača, koristeći različita improvizirana sredstva, na primjer, lopate.

U lijevku se smjesa navlaži do polutekućeg stanja. Nakon postizanja željene razine vlage, puž prenosi polutekuću masu u donji odjeljak reaktora.

Mješalice

Fermentacija humusa u reaktoru trebala bi se odvijati ravnomjerno. Ovo je jedan od najvažnijih uvjeta za osiguranje intenzivnog oslobađanja bioplina iz smjese. Radi postizanja što ujednačenijeg procesa fermentacije smjese tipično bioplinsko postrojenje uključuje miješalice s električnim pogonom.

Postoje potopne i nagnute miješalice. Potopni mehanizmi mogu se spustiti u biomasu na potrebnu dubinu kako bi se osiguralo intenzivno i ravnomjerno miješanje supstrata. Obično se takve miješalice postavljaju na jarbol.

Ugradnja kosih miješalica provodi se na bočnim površinama reaktora. Za rotaciju puža u fermentoru zadužen je električni motor.

Automatizirani sustav grijanja

Za uspješnu proizvodnju bioplina temperatura unutar sustava mora se održavati na +35-+40 stupnjeva. U tu svrhu u projekt su uključeni automatizirani sustavi grijanja.

Izvor topline u ovom slučaju je kotao za toplu vodu, u nekim situacijama koriste se električni grijači.

Bioplin se skuplja u ovom strukturnom elementu. Najčešće se držač plina postavlja na krov reaktora.

Proizvodnja modernih plinskih spremnika obično se provodi pomoću polivinil klorida, materijala koji je otporan na sunčevu svjetlost i razne nepovoljne prirodne pojave.

U nekim situacijama, umjesto običnog spremnika plina, koriste se posebne vrećice. Također, ovi uređaji omogućuju privremeno povećanje volumena proizvedenog bioplina.

Za izradu vrećice za držač plina koristi se poseban polivinil klorid s elastičnim svojstvima, koji se može napuhati s povećanjem volumena bioplina.

Ovaj dio sustava je zadužen za sušenje otpadnog humusa i dobivanje, po potrebi, visokokvalitetnih gnojiva.

Najjednostavniji separator sastoji se od puža i separatorske komore. Komora je izrađena u obliku sita. To omogućuje razdvajanje biomase na krutu komponentu i tekući dio.

Osušeni humus šalje se u odjeljak za otpremu. Sustav usmjerava tekući dio natrag u prihvatnu komoru. Ovdje se tekućina koristi za vlaženje nove sirovine.

Najjednostavnije DIY bioplinsko postrojenje

Instalacija bioplina u kućanstvu imat će nešto pojednostavljeni dizajn, ali njegovoj izradi treba pristupiti s maksimalnom odgovornošću.

Prvi korak. Iskopati rupu. U svojoj srži, bioplinsko postrojenje je velika jama s posebnom završnom obradom. Najvažniji i ujedno najteži dio izrade predmetnog sustava je pravilna priprema stijenki bioreaktora i njegove baze.

Jama mora biti zapečaćena. Ojačajte bazu i zidove plastikom ili betonom. Umjesto toga, možete kupiti gotove polimerne prstenove s čvrstim dnom. Takvi uređaji omogućuju osiguravanje potrebne nepropusnosti sustava. Materijal će zadržati svoja izvorna svojstva dugi niz godina, a po potrebi stari prsten možete lako zamijeniti novim.

Drugi korak. Instalirajte sustav odvodnje plina. To će vas spasiti od potrebe za kupnjom i ugradnjom mješalica, zbog čega će se značajno smanjiti vrijeme i novac utrošen na montažu instalacije.

Najjednostavnija verzija sustava odvodnje plina su okomito pričvršćene kanalizacijske cijevi od polivinil klorida s mnogo rupa po cijelom tijelu.

Odaberite cijevi takve duljine da se njihovi gornji rubovi malo uzdižu iznad gornje razine napunjenog humusa.

Treći korak. Pokrijte vanjski sloj podloge filmskom izolacijom. Zahvaljujući filmu stvorit će se uvjeti za akumulaciju bioplina ispod kupole u uvjetima blagog nadtlaka.

Četvrti korak. Postavite kupolu i montirajte ispušnu cijev za plin na najvišu točku.

Potrošnja plina treba biti redovita. U suprotnom, kupola iznad spremnika biomase može jednostavno eksplodirati. Ljeti se plinovi stvaraju intenzivnije nego zimi. Da biste riješili potonji problem, kupite i instalirajte odgovarajuće grijače.

Postupak i uvjeti uspješnog korištenja bioplinskog postrojenja

Stoga nije teško sami sastaviti jednostavno bioplinsko postrojenje. Međutim, za njegov uspješan rad morate zapamtiti i slijediti nekoliko jednostavnih pravila.

Jedan od najvažnijih zahtjeva je da utovarena organska masa ne smije sadržavati tvari koje mogu negativno utjecati na život anaerobnih mikroorganizama. Zabranjeni dodaci uključuju različite vrste otapala, antibakterijske lijekove i druge slične tvari.

Brojne anorganske tvari također mogu dovesti do pogoršanja funkcioniranja bakterija. S obzirom na to, zabranjeno je, na primjer, razrijediti humus vodom preostalom nakon pranja odjeće ili pranja automobila.

Upamtite: bioplinska instalacija je potencijalno eksplozivna jedinica, stoga slijedite sve sigurnosne propise koji se odnose na rad bilo koje plinske opreme.

Dakle, čak i gnoj i, u principu, gotovo sve ono čega ste se prethodno svim silama trudili riješiti, može biti korisno na farmi. Samo trebate pravilno izgraditi kućnu bioplinsku instalaciju i vrlo brzo će vaš dom biti topao. Slijedite dobivene preporuke i više nećete morati trošiti enormne svote na grijanje.

Sretno!

Bioplin je plin koji nastaje kao rezultat fermentacije (fermentacije) organskih tvari (primjerice: slama; korov; životinjski i ljudski izmet; smeće; organski otpad iz kućnih i industrijskih otpadnih voda i dr.) u anaerobnim uvjetima. Proizvodnja bioplina uključuje različite vrste mikroorganizama s različitim kataboličkim funkcijama.

Sastav bioplina.

Više od polovice bioplina sastoji se od metana (CH 4). Metan čini približno 60% bioplina. Osim toga, bioplin sadrži ugljikov dioksid (CO 2 ) oko 35%, kao i druge plinove poput vodene pare, sumporovodika, ugljikovog monoksida, dušika i dr. Bioplin dobiven u različitim uvjetima razlikuje se po svom sastavu. Tako bioplin iz ljudskog izmeta, gnoja i klaoničkog otpada sadrži do 70% metana, a iz biljnih ostataka u pravilu oko 55% metana.

Mikrobiologija bioplina.

Fermentacija bioplina, ovisno o uključenoj mikrobnoj vrsti bakterija, može se podijeliti u tri faze:

Prvi se naziva početak bakterijske fermentacije. Različite organske bakterije pri razmnožavanju izlučuju izvanstanične enzime čija je glavna uloga uništavanje složenih organskih spojeva uz hidrolitičko stvaranje jednostavnih tvari. Na primjer, polisaharide u monosaharide; proteina u peptide ili aminokiseline; masti u glicerol i masne kiseline.

Drugi stupanj naziva se vodik. Vodik nastaje kao rezultat aktivnosti bakterija octene kiseline. Njihova glavna uloga je bakterijska razgradnja octene kiseline za proizvodnju ugljičnog dioksida i vodika.

Treća faza naziva se metanogena. Uključuje vrstu bakterije poznatu kao metanogeni. Njihova je uloga koristiti octenu kiselinu, vodik i ugljikov dioksid za proizvodnju metana.

Podjela i značajke sirovina za fermentaciju bioplina.

Gotovo svi prirodni organski materijali mogu se koristiti kao sirovina za fermentaciju bioplina. Glavne sirovine za proizvodnju bioplina su otpadne vode: kanalizacija; prehrambenoj, farmaceutskoj i kemijskoj industriji. U ruralnim područjima to je otpad nastao tijekom žetve. Zbog razlika u podrijetlu, različit je i proces nastanka, kemijski sastav i struktura bioplina.

Izvori sirovina za bioplin ovisno o podrijetlu:

1. Poljoprivredne sirovine.

Te se sirovine mogu podijeliti na sirovine s visokim udjelom dušika i sirovine s visokim udjelom ugljika.

Sirovine s visokim sadržajem dušika:

ljudski izmet, stočni gnoj, ptičji izmet. Omjer ugljik-dušik je 25:1 ili manji. Takvu sirovu hranu u potpunosti je probavio gastrointestinalni trakt osobe ili životinje. U pravilu sadrži veliki broj spojeva niske molekularne težine. Voda u takvim sirovinama se djelomično transformirala i postala dio spojeva male molekularne težine. Ovu sirovinu karakterizira laka i brza anaerobna razgradnja u bioplin. I također bogat izlaz metana.

Sirovine s visokim udjelom ugljika:

slame i ljuske. Omjer ugljik-dušik je 40:1. Ima visok sadržaj visokomolekularnih spojeva: celuloze, hemiceluloze, pektina, lignina, biljnih voskova. Anaerobna razgradnja odvija se prilično sporo. Kako bi se povećala stopa proizvodnje plina, takvi materijali obično zahtijevaju prethodnu obradu prije fermentacije.

2. Urbani organski otpad.

Uključuje ljudski otpad, kanalizaciju, organski otpad, organsku industrijsku otpadnu vodu, mulj.

3. Vodene biljke.

Uključuje vodeni zumbul, druge vodene biljke i alge. Procijenjenu planiranu iskorištenost proizvodnih kapaciteta karakterizira velika ovisnost o sunčevoj energiji. Imaju visoku profitabilnost. Tehnološka organizacija zahtijeva pažljiviji pristup. Lako dolazi do anaerobne razgradnje. Ciklus metana je kratak. Posebnost takve sirovine je da bez prethodne obrade pluta u reaktoru. Kako bi se to uklonilo, sirovine se moraju malo osušiti ili prethodno kompostirati 2 dana.

Izvori sirovina za bioplin ovisno o vlažnosti:

1. Čvrste sirovine:

slama, organski otpad s relativno visokim udjelom suhe tvari. Obrađuju se metodom suhe fermentacije. Poteškoće nastaju s uklanjanjem velikih količina čvrstih naslaga s rektora. Ukupna količina upotrijebljenih sirovina može se izraziti kao zbroj sadržaja krutine (TS) i hlapljivih tvari (VS). Hlapljive tvari mogu se pretvoriti u metan. Za izračunavanje hlapljivih tvari, uzorak sirovina se unosi u mufelnu peć na temperaturi od 530-570°C.

2. Tekuće sirovine:

svježi izmet, gnoj, izmet. Sadrži oko 20% suhe tvari. Dodatno, zahtijevaju dodatak vode u količini od 10% za miješanje s krutim sirovinama tijekom suhe fermentacije.

3. Organski otpad srednje vlažnosti:

talog iz proizvodnje alkohola, otpadne vode iz tvornica celuloze, itd. Takve sirovine sadrže različite količine bjelančevina, masti i ugljikohidrata, te su dobre sirovine za proizvodnju bioplina. Za ovu sirovinu koriste se uređaji tipa UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - uzlazni anaerobni proces).

Stol 1. Podaci o protoku (brzini stvaranja) bioplina za uvjete: 1) temperatura fermentacije 30°C; 2) šaržna fermentacija

Naziv fermentiranog otpada	Prosječna brzina protoka bioplina tijekom normalne proizvodnje plina (m 3 /m 3 /d)	Izlaz bioplina, m 3 /Kg/TS	Proizvodnja bioplina (% ukupne proizvodnje bioplina)
			0-15 d	25-45 d	45-75 d	75-135 d
Suhi gnoj	0,20	0,12	11	33,8	20,9	34,3
Voda kemijske industrije	0,40	0,16	83	17	0	0
Rogulnik (čilim, vodeni kesten)	0,38	0,20	23	45	32	0
Vodena salata	0,40	0,20	23	62	15	0
Svinjski gnoj	0,30	0,22	20	31,8	26	22,2
Suha trava	0,20	0,21	13	11	43	33
slama	0,35	0,23	9	50	16	25
Ljudski izmet	0,53	0,31	45	22	27,3	5,7

Proračun procesa metanske fermentacije.

Opća načela inženjerskih proračuna fermentacije temelje se na povećanju utovara organskih sirovina i smanjenju trajanja ciklusa metana.

Obračun sirovina po ciklusu.

Opterećenje sirovine karakteriziraju: Maseni udio TS (%), Maseni udio VS (%), koncentracija KPK (KPK - kemijska potrošnja kisika, što znači KPK - kemijski pokazatelj kisika) (Kg/m 3 ). Koncentracija ovisi o vrsti uređaja za fermentaciju. Na primjer, moderni reaktori za industrijske otpadne vode su UASB (upstream anaerobic process). Za čvrste sirovine koriste se AF (anaerobni filtri) - obično je koncentracija manja od 1%. Industrijski otpad kao sirovina za bioplin najčešće ima visoku koncentraciju i potrebno ga je razrijediti.

Izračun brzine preuzimanja.

Odrediti dnevnu količinu opterećenja reaktora: koncentracija COD (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Ovi pokazatelji su važni pokazatelji za ocjenu učinkovitosti bioplina. Potrebno je nastojati ograničiti opterećenje i istodobno imati visoku razinu volumena proizvodnje plina.

Izračun omjera volumena reaktora i izlaza plina.

Ovaj pokazatelj je važan pokazatelj za ocjenu učinkovitosti reaktora. Mjereno u Kg/m 3 ·d.

Prinos bioplina po jedinici mase fermentacije.

Ovaj pokazatelj karakterizira trenutno stanje proizvodnje bioplina. Na primjer, volumen plinskog kolektora je 3 m 3. Dnevno se isporučuje 10 kg/TS. Prinos bioplina je 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Ovisno o situaciji, možete koristiti teoretski izlaz plina ili stvarni izlaz plina.

Teorijski prinos bioplina određen je formulama:

Proizvodnja metana (E):

E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.

Proizvodnja ugljičnog dioksida (D):

D = 0,37A + 0,49B + 0,36C. Gdje je A sadržaj ugljikohidrata po gramu materijala za fermentaciju, B je protein, C je sadržaj masti

Hidraulički volumen.

Da bi se povećala učinkovitost, potrebno je smanjiti razdoblje fermentacije. U određenoj mjeri postoji povezanost s gubitkom fermentirajućih mikroorganizama. Trenutno neki učinkoviti reaktori imaju vrijeme fermentacije od 12 dana ili čak i manje. Hidraulički volumen izračunava se izračunavanjem volumena dnevnog punjenja sirovine od dana početka punjenja sirovine i ovisi o vremenu zadržavanja u reaktoru. Na primjer, planirana je fermentacija na 35°C, koncentracija sirovine je 8% (ukupna količina TS), dnevni volumen hrane je 50 m 3, razdoblje fermentacije u reaktoru je 20 dana. Hidraulički volumen će biti: 50·20 = 100 m3.

Uklanjanje organskih onečišćenja.

Proizvodnja bioplina, kao i svaka biokemijska proizvodnja, ima otpad. Biokemijski proizvodni otpad može uzrokovati štetu okolišu u slučaju nekontroliranog odlaganja otpada. Na primjer, padanje u susjednu rijeku. Suvremena velika bioplinska postrojenja proizvode tisuće, pa čak i desetke tisuća kilograma otpada dnevno. Kvalitativni sastav i metode zbrinjavanja otpada iz velikih bioplinskih postrojenja kontroliraju laboratoriji poduzeća i državna služba za zaštitu okoliša. Mala poljoprivredna bioplinska postrojenja nemaju takve kontrole iz dva razloga: 1) budući da ima malo otpada, bit će malo štete za okoliš. 2) Provođenje kvalitetne analize otpada zahtijeva specifičnu laboratorijsku opremu i visoko specijalizirano osoblje. Mali poljoprivrednici to nemaju, a državne agencije takvu kontrolu s pravom smatraju neprimjerenom.

Indikator razine onečišćenja otpada iz bioplinskih reaktora je COD (kemijski pokazatelj kisika).

Koristi se sljedeći matematički odnos: COD stope organskog opterećenja Kg/m 3 ·d= koncentracija opterećenja KPK (Kg/m 3) / hidraulički vijek trajanja (d).

Brzina protoka plina u volumenu reaktora (kg/(m 3 ·d)) = prinos bioplina (m 3 /kg) / COD stope organskog opterećenja kg/(m 3 ·d).

Prednosti bioplinskih energetskih postrojenja:

kruti i tekući otpad imaju specifičan miris koji odbija muhe i glodavce;

sposobnost proizvodnje korisnog krajnjeg proizvoda - metana, koji je čisto i praktično gorivo;

tijekom procesa fermentacije sjeme korova i neki od patogena umiru;

tijekom procesa fermentacije dušik, fosfor, kalij i ostali sastojci gnojiva gotovo su u potpunosti sačuvani, dio organskog dušika pretvara se u amonijačni dušik, što mu povećava vrijednost;

ostatak fermentacije može se koristiti kao stočna hrana;

fermentacija bioplina ne zahtijeva korištenje kisika iz zraka;

anaerobni mulj može se skladištiti nekoliko mjeseci bez dodavanja hranjivih tvari, a onda kada se doda djevičanska hrana, fermentacija može brzo ponovno započeti.

Nedostaci bioplinskih energetskih postrojenja:

složen uređaj i zahtijeva relativno velika ulaganja u izgradnju;

zahtijeva visoku razinu izgradnje, upravljanja i održavanja;

Početno anaerobno širenje fermentacije odvija se polako.

Značajke procesa metanske fermentacije i kontrole procesa:

1. Temperatura proizvodnje bioplina.

Temperatura za proizvodnju bioplina može biti u relativno širokom temperaturnom rasponu od 4~65°C. S povećanjem temperature, stopa proizvodnje bioplina raste, ali ne linearno. Temperatura 40~55°C prijelazna je zona za život raznih mikroorganizama: termofilnih i mezofilnih bakterija. Najveća stopa anaerobne fermentacije događa se u uskom temperaturnom rasponu od 50~55°C. Pri temperaturi fermentacije od 10°C, protok plina je 59% u 90 dana, ali isti protok pri temperaturi fermentacije od 30°C javlja se za 27 dana.

Nagla promjena temperature imat će značajan utjecaj na proizvodnju bioplina. Dizajn bioplinskog postrojenja mora nužno osigurati kontrolu takvog parametra kao što je temperatura. Promjene temperature veće od 5°C značajno smanjuju produktivnost bioplinskog reaktora. Na primjer, ako je temperatura u bioplinskom reaktoru dugo vremena bila 35°C, a zatim je odjednom pala na 20°C, tada će proizvodnja bioplinskog reaktora gotovo potpuno prestati.

2. Materijal za cijepljenje.

Metanska fermentacija obično zahtijeva određeni broj i vrstu mikroorganizama da bi se završila. Sediment bogat metanskim mikrobima naziva se inokulum. Fermentacija bioplina vrlo je raširena u prirodi, a jednako su raširena i mjesta s materijalom za cijepljenje. To su: kanalizacijski mulj, naslage mulja, donji sedimenti gnojišta, različiti kanalizacijski muljevi, digestivni ostaci itd. Zbog obilja organske tvari i dobrih anaerobnih uvjeta razvijaju bogate mikrobne zajednice.

Inokulum dodan po prvi put u novi bioplin reaktor može značajno smanjiti razdoblje stagnacije. U novom bioplinskom reaktoru potrebna je ručna gnojidba cijepnim materijalom. Pri korištenju industrijskog otpada kao sirovine tome se posvećuje posebna pozornost.

3. Anaerobno okruženje.

Anaerobnost okoline određena je stupnjem anaerobnosti. Tipično, redoks potencijal obično se označava vrijednošću Eh. U anaerobnim uvjetima Eh ima negativnu vrijednost. Za anaerobne metanske bakterije Eh je u rasponu od -300 ~ -350 mV. Neke bakterije koje proizvode fakultativne kiseline mogu živjeti normalnim životom pri Eh -100 ~ + 100 mV.

Kako bi se osigurali anaerobni uvjeti, potrebno je osigurati da su bioplinski reaktori izgrađeni čvrsto zatvoreni, osiguravajući njihovu vodonepropusnost i nepropusnost. Za velike industrijske bioplinske reaktore, Eh vrijednost se uvijek kontrolira. Za male farme bioplinskih reaktora, problem kontrole ove vrijednosti javlja se zbog potrebe za kupnjom skupe i složene opreme.

4. Kontrola kiselosti medija (pH) u bioplinskom reaktoru.

Metanogeni zahtijevaju raspon pH unutar vrlo uskog raspona. U prosjeku pH=7. Fermentacija se odvija u pH rasponu od 6,8 ​​do 7,5. Kontrola pH je dostupna za male bioplinske reaktore. Da bi to učinili, mnogi poljoprivrednici koriste jednokratne trake lakmus indikatorskog papira. Velika postrojenja često koriste elektronske uređaje za praćenje pH. Pod normalnim okolnostima, ravnoteža fermentacije metana je prirodan proces, obično bez podešavanja pH. Samo u izoliranim slučajevima lošeg upravljanja dolazi do masivnog nakupljanja hlapljivih kiselina i smanjenja pH vrijednosti.

Mjere za ublažavanje učinaka visoke kiselosti pH uključuju:

(1) Djelomično zamijeniti medij u reaktoru za bioplin, čime se razrjeđuje sadržaj hlapljive kiseline. To će povećati pH.

(2) Dodajte pepeo ili amonijak za povećanje pH.

(3) Podesite pH vapnom. Ova mjera je posebno učinkovita u slučajevima izrazito visokog sadržaja kiseline.

5. Miješanje medija u bioplinskom reaktoru.

U tipičnom spremniku za fermentaciju, medij za fermentaciju obično je podijeljen u četiri sloja: gornju koru, sloj supernatanta, aktivni sloj i sloj sedimenta.

Svrha miješanja:

1) preseljenje aktivnih bakterija u novi dio primarnih sirovina, povećanje kontaktne površine mikroba i sirovina za ubrzavanje stope proizvodnje bioplina, povećanje učinkovitosti korištenja sirovina.

2) izbjegavanje stvaranja debelog sloja kore, koji stvara otpor oslobađanju bioplina. Sirovine kao što su slama, korov, lišće i sl. posebno su zahtjevne za miješanje. U debelom sloju kore stvaraju se uvjeti za nakupljanje kiseline, što je nedopustivo.

Metode miješanja:

1) mehaničko miješanje s kotačima raznih vrsta ugrađenim unutar radnog prostora bioplinskog reaktora.

2) miješanje s bioplinom koji se uzima iz gornjeg dijela bioreaktora i dovodi u donji dio uz nadtlak.

3) miješanje cirkulacijskom hidrauličkom pumpom.

6. Omjer ugljika i dušika.

Samo optimalan omjer hranjivih tvari doprinosi učinkovitoj fermentaciji. Glavni pokazatelj je omjer ugljika i dušika (C:N). Optimalan omjer je 25:1. Brojna istraživanja su dokazala da su granice optimalnog omjera 20-30:1, a proizvodnja bioplina značajno se smanjuje pri omjeru 35:1. Eksperimentalne studije su otkrile da je fermentacija bioplina moguća uz omjer ugljika i dušika od 6:1.

7. Pritisak.

Metanske bakterije mogu se prilagoditi visokim hidrostatskim pritiscima (oko 40 metara ili više). Ali oni su vrlo osjetljivi na promjene tlaka i zbog toga postoji potreba za stabilnim tlakom (bez naglih promjena tlaka). Do značajnih promjena tlaka može doći u slučajevima: značajnog povećanja potrošnje bioplina, relativno brzog i velikog opterećenja bioreaktora primarnim sirovinama ili sličnog rasterećenja reaktora od taloga (čišćenje).

Načini stabilizacije tlaka:

2) opskrba svježim primarnim sirovinama i čišćenje istovremeno i istom brzinom pražnjenja;

3) postavljanje plutajućih poklopaca na bioplinski reaktor omogućuje vam održavanje relativno stabilnog tlaka.

8. Aktivatori i inhibitori.

Neke tvari, kada se dodaju u malim količinama, poboljšavaju rad bioplinskog reaktora, takve tvari su poznate kao aktivatori. Dok druge tvari dodane u malim količinama dovode do značajne inhibicije procesa u bioplinskom reaktoru, takve tvari nazivamo inhibitorima.

Poznate su mnoge vrste aktivatora, uključujući neke enzime, anorganske soli, organske i anorganske tvari. Na primjer, dodavanje određene količine enzima celulaze uvelike olakšava proizvodnju bioplina. Dodatak 5 mg/kg viših oksida (R 2 O 5) može povećati proizvodnju plina za 17%. Prinos bioplina za primarne sirovine od slame i sl. može se značajno povećati dodavanjem amonijevog bikarbonata (NH 4 HCO 3). Aktivatori su također aktivni ugljen ili treset. Napajanje bioreaktora vodikom može dramatično povećati proizvodnju metana.

Inhibitori se uglavnom odnose na neke od spojeva metalnih iona, soli, fungicide.

Klasifikacija procesa fermentacije.

Metanska fermentacija je striktno anaerobna fermentacija. Procesi fermentacije dijele se na sljedeće vrste:

Podjela prema temperaturi fermentacije.

Može se podijeliti na "prirodne" temperature fermentacije (fermentacija s promjenjivom temperaturom), u kojem slučaju je temperatura fermentacije oko 35°C i proces fermentacije na visokoj temperaturi (oko 53°C).

Klasifikacija po diferencijalnosti.

Prema različitoj prirodi fermentacije, može se podijeliti na jednostupanjsku fermentaciju, dvostupanjsku fermentaciju i višestupanjsku fermentaciju.

1) Jednostupanjska fermentacija.

Odnosi se na najčešću vrstu fermentacije. Ovo se odnosi na uređaje u kojima se istovremeno proizvode kiseline i metan. Jednostupanjske fermentacije mogu biti manje učinkovite u smislu BPK (biološke potrošnje kisika) od dvostupanjskih i višestupanjskih fermentacija.

2) Dvostupanjska fermentacija.

Na temelju odvojene fermentacije kiselina i metanogenih mikroorganizama. Ove dvije vrste mikroba imaju različite fiziološke i prehrambene zahtjeve, a postoje značajne razlike u rastu, metaboličkim karakteristikama i drugim aspektima. Dvostupanjska fermentacija može uvelike poboljšati prinos bioplina i razgradnju hlapljivih masnih kiselina, skratiti ciklus fermentacije, donijeti značajne uštede u operativnim troškovima i učinkovito ukloniti organske kontaminante iz otpada.

3) Višestupanjska fermentacija.

Koristi se za primarne sirovine bogate celulozom u sljedećem redoslijedu:

(1) Celuloza se hidrolizira u prisutnosti kiselina i lužina. Nastaje glukoza.

(2) Uvodi se kalemni materijal. To je obično aktivni mulj ili otpadna voda iz bioplinskog reaktora.

(3) Stvoriti pogodne uvjete za proizvodnju kiselih bakterija (koje proizvode hlapljive kiseline): pH=5,7 (ali ne više od 6,0), Eh=-240mV, temperatura 22°C. U ovoj fazi nastaju sljedeće hlapljive kiseline: octena, propionska, maslačna, izomaslačna.

(4) Stvorite odgovarajuće uvjete za proizvodnju metanskih bakterija: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, temperatura 36-37°C

Klasifikacija po periodičnosti.

Tehnologija fermentacije dijeli se na šaržnu fermentaciju, kontinuiranu fermentaciju i polukontinuiranu fermentaciju.

1) Šaržna fermentacija.

Sirovine i materijal za cijepljenje se jednom pune u bioplinski reaktor i podvrgavaju fermentaciji. Ova metoda se koristi kada postoje poteškoće i neugodnosti pri utovaru primarnih sirovina, kao i istovaru otpada. Na primjer, ne sjeckana slama ili veliki briketi organskog otpada.

2) Kontinuirana fermentacija.

To uključuje slučajeve kada se sirovine rutinski pune u biorektor nekoliko puta dnevno, a otpad od fermentacije uklanja.

3) Polukontinuirana fermentacija.

To se odnosi na bioplinske reaktore, za koje je normalno da se s vremena na vrijeme dodaju različite primarne sirovine u nejednakim količinama. Ovu tehnološku shemu najčešće koriste male farme u Kini i povezana je s osobitostima uzgoja. djela Bioplinski reaktori s polukontinuiranom fermentacijom mogu imati različite konstrukcijske razlike. O tim dizajnima raspravlja se u nastavku.

Shema br. 1. Bioplinski reaktor s fiksnim poklopcem.

Značajke dizajna: kombiniranje komore za fermentaciju i skladišta bioplina u jednoj strukturi: sirovine fermentiraju u donjem dijelu; bioplin se skladišti u gornjem dijelu.

Princip rada:

Bioplin izlazi iz tekućine i skuplja se ispod poklopca bioplinskog reaktora u njegovoj kupoli. Tlak bioplina je uravnotežen težinom tekućine. Što je veći tlak plina, više tekućine napušta komoru za fermentaciju. Što je niži tlak plina, više tekućine ulazi u komoru za fermentaciju. Tijekom rada bioplinskog reaktora unutar njega uvijek ima tekućine i plina. Ali u različitim omjerima.

Shema br. 2. Bioplinski reaktor s plutajućim poklopcem.

Shema br. 3. Bioplinski reaktor s fiksnim poklopcem i vanjskim držačem plina.

Značajke dizajna: 1) umjesto plutajućeg poklopca ima odvojeno izgrađen spremnik plina; 2) tlak bioplina na izlazu je konstantan.

Prednosti sheme br. 3: 1) idealno za rad bioplinskih plamenika koji striktno zahtijevaju određeni nazivni tlak; 2) uz nisku aktivnost fermentacije u bioplinskom reaktoru, moguće je potrošaču osigurati stabilan i visok tlak bioplina.

Vodič za izgradnju domaćeg bioplinskog reaktora.

GB/T 4750-2002 Domaći bioplinski reaktori.

GB/T 4751-2002 Prihvaćanje kvalitete domaćih bioplinskih reaktora.

GB/T 4752-2002 Pravila za konstrukciju domaćih bioplinskih reaktora.

GB 175 -1999 Portland cement, obični portland cement.

GB 134-1999 Portland cement od troske, tuf cement i cement od letećeg pepela.

GB 50203-1998 Zidarstvo i prihvaćanje.

JGJ52-1992 Standard kvalitete za obični pješčani beton. Metode ispitivanja.

JGJ53- 1992 Standard kvalitete za obični drobljeni kamen ili šljunčani beton. Metode ispitivanja.

JGJ81 -1985 Mehanička svojstva običnog betona. Metoda ispitivanja.

JGJ/T 23-1992 Tehnička specifikacija za ispitivanje tlačne čvrstoće betona metodom odskoka.

JGJ70 -90 Mort. Metoda ispitivanja osnovnih karakteristika.

GB 5101-1998 Opeke.

GB 50164-92 Kontrola kvalitete betona.

Zračna nepropusnost.

Dizajn bioplinskog reaktora osigurava unutarnji tlak od 8000 (ili 4000 Pa). Stopa curenja nakon 24 sata manja je od 3%.

Jedinica proizvodnje bioplina po volumenu reaktora.

Za zadovoljavajuće uvjete za proizvodnju bioplina smatra se normalnim kada se proizvede 0,20-0,40 m3 bioplina po kubnom metru volumena reaktora.

Normalni volumen skladišta plina je 50% dnevne proizvodnje bioplina.

Faktor sigurnosti nije manji od K=2,65.

Uobičajeni vijek trajanja je najmanje 20 godina.

Živo opterećenje 2 kN/m2.

Nosivost temeljne konstrukcije je najmanje 50 kPa.

Spremnici plina projektirani su za tlak ne veći od 8000 Pa, a s plutajućim poklopcem za tlak ne veći od 4000 Pa.

Maksimalna granica tlaka za bazen nije veća od 12000 Pa.

Minimalna debljina lučnog svoda reaktora je najmanje 250 mm.

Maksimalno opterećenje reaktora je 90% njegovog volumena.

Dizajn reaktora predviđa postojanje prostora ispod poklopca reaktora za flotaciju plina, što iznosi 50% dnevne proizvodnje bioplina.

Volumen reaktora je 6 m 3, protok plina je 0,20 m 3 /m 3 /d.

Prema ovim crtežima moguće je graditi reaktore zapremine 4 m3, 8 m3, 10 m3. Da biste to učinili, potrebno je koristiti korekcijske dimenzionalne vrijednosti navedene u tablici na crtežima.

Priprema za izgradnju bioplinskog reaktora.

Izbor tipa bioplinskog reaktora ovisi o količini i karakteristikama fermentirane sirovine. Osim toga, izbor ovisi o lokalnim hidrogeološkim i klimatskim uvjetima te stupnju građevinske tehnologije.

Bioplinski reaktor u kućanstvu trebao bi se nalaziti u blizini zahoda i prostorija sa stokom na udaljenosti ne većoj od 25 metara. Lokacija bioplinskog reaktora trebala bi biti na zavjetrini i osunčanoj strani na čvrstom tlu s niskom razinom podzemne vode.

Za odabir dizajna bioplinskog reaktora upotrijebite donje tablice potrošnje građevinskog materijala.

Tablica3. Mjerilo materijala za bioplinski reaktor od gotovih betonskih ploča

		Volumen reaktora, m3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,828	2,148	2,508	2,956
	Cement, kg	523	614	717	845
	Pijesak, m 3	0,725	0,852	0,995	1,172
	Šljunak, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553
	Volumen, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cement, kg	158	197	222	265
	Pijesak, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Cementna pasta	Cement, kg	78	93	103	120
Ukupna količina materijala	Cement, kg	759	904	1042	1230
	Pijesak, m 3	1,096	1,313	1,514	1,792
	Šljunak, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553

Tablica4. Mjerilo materijala za bioplinski reaktor od gotovih betonskih ploča

		Volumen reaktora, m3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,540	1,840	2,104	2,384
	Cement, kg	471	561	691	789
	Pijesak, m 3	0,863	0,990	1,120	1,260
	Šljunak, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Žbukanje montažnog objekta	Volumen, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cement, kg	158	197	222	265
	Pijesak, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Cementna pasta	Cement, kg	78	93	103	120
Ukupna količina materijala	Cement, kg	707	851	1016	1174
	Pijesak, m 3	1,234	1,451	1,639	1,880
	Šljunak, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Čelični materijali	Čelična šipka promjera 12 mm, kg	14	18,98	20,98	23,00
	Čelična armatura promjera 6,5 ​​mm, kg	10	13,55	14,00	15,00

Tablica5. Materijalna ljestvica za liveni betonski bioplinski reaktor

		Volumen reaktora, m3
		4	6	8	10
	Volumen, m 3	1,257	1,635	2,017	2,239
	Cement, kg	350	455	561	623
	Pijesak, m 3	0,622	0,809	0,997	1,107
	Šljunak, m 3	0,959	1,250	1,510	1,710
Žbukanje montažnog objekta	Volumen, m 3	0,277	0,347	0,400	0,508
	Cement, kg	113	142	163	208
	Pijesak, m 3	0,259	0,324	0,374	0,475
Cementna pasta	Cement, kg	6	7	9	11
Ukupna količina materijala	Cement, kg	469	604	733	842
	Pijesak, m 3	0,881	1,133	1,371	1,582
	Šljunak, m 3	0,959	1,250	1,540	1,710

Tablica6. Simboli na crtežima.

Opis	Označavanje na crtežima
Materijali:
Cijev (rov u zemlji)
Simboli:
Link na crtež detalja. Gornji broj označava broj dijela. Donji broj označava broj crteža s detaljnim opisom dijela. Ako je umjesto donjeg broja označen znak "-", to znači da je na ovom crtežu prikazan detaljan opis dijela.
Presjek dijela. Podebljane crte označavaju ravninu reza i smjer gledanja, a brojevi označavaju identifikacijski broj reza.
Strelica označava radijus. Brojevi iza slova R označavaju vrijednost radijusa.
Općeprihvaćeno:
Prema tome, velika poluos i kratka os elipsoida
Duljina

Projekti bioplinskih reaktora.

Osobitosti:

Vrsta značajke dizajna glavnog bazena.

Dno je nagnuto od ulaznog do izlaznog otvora. To osigurava stvaranje stalnog pokretnog protoka. Crteži br. 1-9 prikazuju tri vrste struktura bioplinskog reaktora: tip A, tip B, tip C.

Bioplinski reaktor tip A: Najjednostavniji dizajn. Uklanjanje tekuće tvari je omogućeno samo kroz izlazni prozor snagom pritiska bioplina unutar komore za fermentaciju.

Bioplinski reaktor tip B: Glavni bazen je opremljen vertikalnom cijevi u sredini, kroz koju je tijekom rada moguće dovoditi ili odvoditi tekuću tvar, ovisno o potrebi. Osim toga, za stvaranje protoka tvari kroz vertikalnu cijev, ovaj tip bioplinskog reaktora ima reflektirajuću (deflektorsku) pregradu na dnu glavnog bazena.

Bioplinski reaktor tipa C: Ima sličan dizajn kao i reaktor tipa B. Međutim, opremljen je ručnom klipnom pumpom jednostavne izvedbe ugrađenom u središnju okomitu cijev, kao i drugim reflektirajućim pregradama na dnu glavnog bazena. . Ove karakteristike dizajna omogućuju učinkovitu kontrolu parametara glavnih tehnoloških procesa u glavnom bazenu zbog jednostavnosti ekspresnih uzoraka. Također koristiti bioplinski reaktor kao donator bioplinskih bakterija. U reaktoru ove vrste dolazi do potpunije difuzije (miješanja) supstrata, što zauzvrat povećava prinos bioplina.

Karakteristike fermentacije:

Proces se sastoji od odabira materijala za cijepljenje; priprema primarnih sirovina (dovršavanje gustoće vodom, podešavanje kiselosti, dodavanje materijala za cijepljenje); fermentacija (kontrola miješanja supstrata i temperature).

Ljudski izmet, stočni gnoj i ptičji izmet koriste se kao materijali za fermentaciju. Kontinuiranim procesom fermentacije stvaraju se relativno stabilni uvjeti za učinkovit rad bioplinskog reaktora.

Načela dizajna.

Sukladnost s "trostrukim" sustavom (bioplin, WC, štala). Bioplinski reaktor je vertikalni cilindrični spremnik. Visina cilindričnog dijela H=1 m. Gornji dio spremnika ima lučni svod. Odnos visine luka prema promjeru cilindričnog dijela je f 1 /D=1/5. Dno je nagnuto od ulaznog do izlaznog otvora. Kut nagiba 5 stupnjeva.

Dizajn spremnika osigurava zadovoljavajuće uvjete fermentacije. Kretanje podloge događa se gravitacijom. Sustav radi kada je spremnik potpuno napunjen i kontrolira se na temelju vremena zadržavanja sirovina povećavajući proizvodnju bioplina. Bioplinski reaktori tipa B i C imaju dodatne uređaje za obradu supstrata.

Spremnik možda nije u potpunosti napunjen sirovinama. Ovo smanjuje izlaz plina bez žrtvovanja učinkovitosti.

Niska cijena, jednostavnost upravljanja, široka popularna uporaba.

Opis građevinskog materijala.

Materijal zidova, dna i krova bioplinskog reaktora je beton.

Četvrtasti dijelovi kao što je utovarni kanal mogu biti izrađeni od opeke. Betonske konstrukcije mogu se izraditi izlijevanjem betonske smjese, ali mogu biti izrađene i od predgotovljenih betonskih elemenata (kao što su: poklopac ulaznog otvora, spremnik za bakterije, središnja cijev). Bakterijski kavez je okruglog presjeka i sastoji se od razbijenih ljuski jajeta postavljenih u pletenicu.

Redoslijed građevinskih operacija.

Metoda izlijevanja oplate je sljedeća. Na tlu je ucrtan obris budućeg bioplinskog reaktora. Tlo se uklanja. Prvo se ispuni dno. Na dnu je postavljena oplata za izlijevanje betona u prstenu. Zidovi se izlijevaju pomoću oplate, a zatim lučni svod. Za oplatu se može koristiti čelik, drvo ili cigla. Izlijevanje se vrši simetrično, a za čvrstoću koriste se naprave za nabijanje. Višak tekućeg betona uklanja se lopaticom.

Građevinski crteži.

Izgradnja se izvodi prema crtežima br. 1-9.

Crtež 1. Bioplinski reaktor 6 m 3. Tip A:

Crtež 2. Bioplinski reaktor 6 m 3. Tip A:

Izgradnja bioplinskih reaktora od montažnih betonskih ploča je naprednija tehnologija gradnje. Ova tehnologija je naprednija zbog jednostavnosti implementacije održavanja točnosti dimenzija, smanjenja vremena i troškova izgradnje. Glavna značajka konstrukcije je da se glavni elementi reaktora (lučni svod, zidovi, kanali, poklopci) proizvode izvan mjesta postavljanja, zatim se transportiraju do mjesta postavljanja i sklapaju na licu mjesta u velikoj jami. Prilikom sastavljanja takvog reaktora glavna se pozornost posvećuje točnosti ugradnje vodoravno i okomito, kao i gustoći čeonih spojeva.

Crtež 13. Bioplinski reaktor 6 m 3. Detalji bioplinskog reaktora od armirano-betonskih ploča:

Crtež 14. Bioplinski reaktor 6 m 3. Elementi sklopa bioplinskog reaktora:

Crtež 15. Bioplinski reaktor 6 m 3. Montažni elementi reaktora od armiranog betona:

Tehnologija proizvodnje bioplina. Suvremeni uzgojni kompleksi osiguravaju visoke proizvodne pokazatelje. Korištena tehnološka rješenja omogućuju potpuno ispunjavanje zahtjeva važećih sanitarnih i higijenskih standarda u prostorijama samih kompleksa.

Međutim, velike količine tekućeg gnoja koncentriranog na jednom mjestu stvaraju značajne probleme za ekologiju područja uz kompleks. Na primjer, svježi svinjski gnoj i izmet klasificirani su kao otpad 3. klase opasnosti. Pitanja zaštite okoliša su pod kontrolom nadzornih tijela, a zakonski zahtjevi o tim pitanjima stalno postaju sve stroži.

Biocomplex nudi cjelovito rješenje za zbrinjavanje gnojiva koje uključuje ubrzanu preradu u suvremenim bioplinskim postrojenjima (BGU). Tijekom procesa prerade odvijaju se ubrzani prirodni procesi razgradnje organske tvari uz oslobađanje plinova među kojima su: metan, CO2, sumpor i dr. Samo se nastali plin ne ispušta u atmosferu, stvarajući efekt staklenika, već se šalje u posebne plinske generatorske (kogeneracijske) jedinice koje proizvode električnu i toplinsku energiju.

Bioplin - zapaljivi plin, koji nastaje tijekom anaerobne metanske fermentacije biomase i sastoji se uglavnom od metana (55-75%), ugljičnog dioksida (25-45%) i nečistoća sumporovodika, amonijaka, dušikovih oksida i drugih (manje od 1%).

Razgradnja biomase nastaje kao rezultat kemijskih i fizikalnih procesa te simbiotske životne aktivnosti 3 glavne skupine bakterija, dok su metabolički produkti nekih skupina bakterija prehrambeni proizvodi drugih skupina, u određenom slijedu.

Prva skupina su hidrolitičke bakterije, druga kiselotvorne, treća metanformirajuće.

Kao sirovine za proizvodnju bioplina mogu se koristiti i organski agroindustrijski ili kućni otpad i biljne sirovine.

Najčešće vrste poljoprivrednog otpada koji se koristi za proizvodnju bioplina su:

• svinjski i goveđi gnoj, peradi;
• ostaci iz hranidbenog stola stočnih kompleksa;
• vrhovi povrća;
• nekvalitetna žetva žitarica i povrća, šećerne repe, kukuruza;
• pulpa i melasa;
• brašno, žito, strno žito, klica;
• pivsko zrno, klice slada, proteinski talog;
• otpad od proizvodnje škroba i sirupa;
• komine od voća i povrća;
• serum;
• itd.

Izvor sirovina	Vrsta sirovine	Količina sirovina godišnje, m3 (tona)	Količina bioplina, m3
1 muzna krava	Tekući gnoj bez stelja
1 svinja u tovu	Tekući gnoj bez stelja
1 bik u tovu	Stelja čvrsti stajnjak
1 konj	Stelja čvrsti stajnjak
100 kokoši	Suhi izmet
1 ha obradive zemlje	Svježa kukuruzna silaža
1 ha obradive zemlje	Šećerna repa
1 ha obradive zemlje	Silaža svježeg zrna
1 ha obradive zemlje	Silaža od svježe trave

Broj supstrata (vrsta otpada) koji se koriste za proizvodnju bioplina unutar jednog bioplinskog postrojenja (BGU) može varirati od jedan do deset ili više.

Bioplinski projekti u agroindustrijskom sektoru mogu se izraditi prema jednoj od sljedećih opcija:

• proizvodnja bioplina iz otpada iz zasebnog poduzeća (primjerice, gnojivo sa stočne farme, bagasa iz tvornice šećera, talog iz destilerije);
• proizvodnja bioplina na temelju otpada iz različitih poduzeća, s projektom vezanim uz zasebno poduzeće ili zasebno locirano centralizirano bioplinsko postrojenje;
• proizvodnja bioplina s primarnim korištenjem energetskih postrojenja na zasebno smještenim bioplinskim postrojenjima.

Najčešći način energetskog korištenja bioplina je izgaranje u plinskim klipnim motorima u sklopu mini-CHP, pri čemu se proizvodi električna i toplinska energija.

postojati razne mogućnosti tehnoloških shema bioplinskih stanica- ovisno o vrsti i broju vrsta podloga koje se koriste. Primjena predpripreme u nekim slučajevima omogućuje povećanje brzine i stupnja razgradnje sirovina u bioreaktorima, a time i povećanje ukupnog prinosa bioplina. U slučaju korištenja više supstrata različitih svojstava, na primjer, tekućeg i krutog otpada, njihovo akumuliranje i prethodna priprema (razdvajanje na frakcije, mljevenje, zagrijavanje, homogenizacija, biokemijska ili biološka obrada itd.) provodi se odvojeno, nakon čega ili se miješaju prije dopremanja u bioreaktore ili se dopremaju u odvojenim tokovima.

Glavni strukturni elementi tipičnog bioplinskog postrojenja su:

• sustav za prijem i prethodnu pripremu podloga;
• sustav transporta supstrata unutar instalacije;
• bioreaktori (fermentori) sa sustavom miješanja;
• sustav grijanja bioreaktora;
• sustav za uklanjanje i pročišćavanje bioplina od sumporovodika i nečistoća vlage;
• spremnici za skladištenje fermentirane mase i bioplina;
• sustav za programsko upravljanje i automatizaciju tehnoloških procesa.

Tehnološke sheme bioplinskih postrojenja variraju ovisno o vrsti i broju obrađenih supstrata, vrsti i kvaliteti konačnog ciljanog proizvoda, konkretnom znanju koje koristi tvrtka koja nudi tehnološko rješenje i nizu drugih čimbenika. Danas su najčešće sheme s jednostupanjskom fermentacijom nekoliko vrsta supstrata, od kojih je jedan obično gnoj.

Razvojem bioplinskih tehnologija tehnička rješenja koja se koriste postaju sve složenija prema dvostupanjskim shemama, što je u nekim slučajevima opravdano tehnološkom potrebom za učinkovitom obradom pojedinih vrsta supstrata i povećanjem ukupne učinkovitosti korištenja radnog volumena bioreaktorima.

Značajke proizvodnje bioplina je da ga metanske bakterije mogu proizvesti samo iz apsolutno suhih organskih tvari. Stoga je zadatak prve faze proizvodnje stvoriti smjesu supstrata koja ima visok sadržaj organskih tvari, a koja se ujedno može pumpati. Ovo je supstrat s udjelom suhe tvari 10-12%. Rješenje se postiže ispuštanjem viška vlage pomoću pužnih separatora.

Tekući stajnjak iz proizvodnih prostorija dolazi u spremnik, homogenizira se potapajućom miješalicom, te se potopnom pumpom dovodi u separatorsku radionicu u pužne separatore. Tekuća frakcija se nakuplja u zasebnom spremniku. Čvrsta frakcija se puni u dozator čvrste sirovine.

Sukladno rasporedu utovara supstrata u fermentor, prema razvijenom programu, povremeno se uključuje pumpa koja dovodi tekuću frakciju u fermentor, a istovremeno se uključuje i punjač čvrstih sirovina. Opcijski se tekuća frakcija može unijeti u punjač krute sirovine koji ima funkciju miješanja, a zatim se gotova smjesa unosi u fermentor prema razvijenom programu punjenja.Uključci su kratkotrajni. Ovo se radi kako bi se spriječilo prekomjerno unošenje organskog supstrata u fermentor, jer to može poremetiti ravnotežu tvari i uzrokovati destabilizaciju procesa u fermentoru. Istodobno se uključuju i pumpe koje pumpaju digestat iz fermentora u fermentor i iz fermentora u spremnik digestata (lagunu) kako bi se spriječilo prelijevanje fermentora i fermentora.

Mase digestata koje se nalaze u fermentoru i fermentoru se miješaju kako bi se osigurala ravnomjerna raspodjela bakterija po cijelom volumenu spremnika. Za miješanje se koriste sporohodne miješalice posebne izvedbe.

Dok je supstrat u fermentoru, bakterije ispuštaju do 80% ukupnog bioplina proizvedenog u bioplinskom postrojenju. Preostali dio bioplina oslobađa se u digestoru.

Važnu ulogu u osiguravanju stabilne količine oslobođenog bioplina ima temperatura tekućine unutar fermentora i fermentora. U pravilu, proces se odvija u mezofilnom načinu s temperaturom od 41-43ᴼS. Održavanje stabilne temperature postiže se korištenjem posebnih cijevnih grijača unutar fermentora i fermentora, kao i pouzdanom toplinskom izolacijom zidova i cjevovoda. Bioplin koji izlazi iz digestata ima visok sadržaj sumpora. Bioplin se pročišćava od sumpora pomoću posebnih bakterija koje naseljavaju površinu izolacije položene na svod od drvene grede unutar fermentora i fermentora.

Bioplin se akumulira u spremniku plina koji se formira između površine digestata i elastičnog materijala visoke čvrstoće koji pokriva fermentor i fermentor na vrhu. Materijal ima sposobnost jakog rastezanja (bez smanjenja čvrstoće), što, kada se bioplin akumulira, značajno povećava kapacitet spremnika plina. Kako bi se spriječilo prelijevanje spremnika plina i pucanje materijala, postoji sigurnosni ventil.

Zatim bioplin ulazi u kogeneracijsko postrojenje. Kogeneracijska jedinica (CGU) je jedinica u kojoj se električna energija proizvodi generatorima koje pokreću plinski klipni motori na bioplin. Kogeneratori koji rade na bioplin imaju konstrukcijske razlike od konvencionalnih plinskih generatorskih motora, budući da je bioplin visoko osiromašeno gorivo. Električna energija koju generiraju generatori opskrbljuje električnu opremu samog BSU-a, a sve izvan toga isporučuje se obližnjim potrošačima. Energija tekućine koja se koristi za hlađenje kogeneratora je proizvedena toplinska energija umanjena za gubitke u kotlovskim uređajima. Proizvedena toplinska energija dijelom se koristi za zagrijavanje fermentora i fermentora, a preostali dio također se šalje obližnjim potrošačima. ulazi

Moguće je ugraditi i dodatnu opremu za pročišćavanje bioplina do razine prirodnog plina, ali to je skupa oprema i koristi se samo ako namjena bioplinskog postrojenja nije proizvodnja toplinske i električne energije, već proizvodnja goriva za plinski klipni motori. Dokazane i najčešće korištene tehnologije pročišćavanja bioplina su vodena apsorpcija, adsorpcija pod tlakom, kemijsko taloženje i membranska separacija.

Energetska učinkovitost bioplinskih elektrana uvelike ovisi o odabranoj tehnologiji, materijalima i dizajnu glavnih konstrukcija, kao i o klimatskim uvjetima na području gdje se nalaze. Prosječna potrošnja toplinske energije za grijanje bioreaktora u umjerenom klimatskom pojasu iznosi 15-30% energije proizvedene kogeneratorima (bruto).

Ukupna energetska učinkovitost bioplinskog kompleksa s termoelektranom na bioplin u prosjeku iznosi 75-80%. U situaciji kada se sva toplina dobivena iz kogeneracijske stanice tijekom proizvodnje električne energije ne može potrošiti (česta situacija zbog nedostatka vanjskih potrošača topline), ona se ispušta u atmosferu. U ovom slučaju energetska učinkovitost bioplinske termoelektrane iznosi samo 35% ukupne energije bioplina.

Glavni pokazatelji rada bioplinskih postrojenja mogu značajno varirati, što je uvelike određeno korištenim supstratima, usvojenim tehnološkim propisima, radnom praksom i zadacima koje svako pojedino postrojenje obavlja.

Proces prerade gnojiva ne traje više od 40 dana. Preradom dobiveni digestat je bez mirisa i izvrsno je organsko gnojivo, u kojem se postiže najveći stupanj mineralizacije hranjivih tvari koje biljke apsorbiraju.

Digestat se obično odvaja na tekuću i krutu frakciju pomoću pužnih separatora. Tekuća frakcija se šalje u lagune, gdje se akumulira do razdoblja nanošenja na tlo. Čvrsta frakcija se također koristi kao gnojivo. Dodatnim sušenjem, granulacijom i pakiranjem krute frakcije bit će pogodna za dugotrajno skladištenje i transport na velike udaljenosti.

Proizvodnja i energetsko korištenje bioplina ima niz prednosti opravdanih i potvrđenih svjetskom praksom, a to su:

1. Obnovljivi izvor energije (OIE). Obnovljiva biomasa koristi se za proizvodnju bioplina.
2. Širok izbor sirovina koje se koriste za proizvodnju bioplina omogućuje izgradnju bioplinskih postrojenja gotovo posvuda u područjima gdje je koncentrirana poljoprivredna proizvodnja i tehnološki povezane industrije.
3. Raznovrsnost načina energetskog korištenja bioplina, kako za proizvodnju električne i/ili toplinske energije na mjestu njegovog nastanka, tako iu bilo kojem objektu priključenom na plinsku transportnu mrežu (u slučaju isporuke pročišćenog bioplina u ovu mrežu). ), kao i kao motorno gorivo za automobile.
4. Stabilnost proizvodnje električne energije iz bioplina tijekom cijele godine omogućuje pokrivanje vršnih opterećenja u mreži, uključujući iu slučaju korištenja nestabilnih obnovljivih izvora energije, na primjer, solarnih i vjetroelektrana.
5. Otvaranje radnih mjesta kroz formiranje tržišnog lanca od dobavljača biomase do operativnog osoblja energetskih objekata.
6. Smanjenje negativnog utjecaja na okoliš recikliranjem i neutralizacijom otpada kontroliranom fermentacijom u bioplinskim reaktorima. Bioplinske tehnologije jedan su od glavnih i najracionalnijih načina neutralizacije organskog otpada. Projekti proizvodnje bioplina smanjuju emisije stakleničkih plinova u atmosferu.
7. Agrotehnički učinak korištenja mase fermentirane u bioplinskim reaktorima na poljoprivrednim poljima očituje se u poboljšanju strukture tla, regeneraciji i povećanju njihove plodnosti unošenjem hranjiva organskog podrijetla. Razvoj tržišta organskih gnojiva, uključujući i ona iz mase prerađene u bioplinskim reaktorima, u budućnosti će pridonijeti razvoju tržišta ekološki prihvatljivih poljoprivrednih proizvoda i povećati njegovu konkurentnost.

Procijenjeni jedinični troškovi ulaganja

BGU 75 kWel. ~ 9.000 €/kWel.

BGU 150 kWel. ~ 6.500 €/kWel.

BGU 250 kWel. ~ 6.000 €/kWel.

BGU do 500 kWel. ~ 4.500 €/kWel.

BGU 1 MWel. ~ 3.500 €/kWel.

Proizvedena električna i toplinska energija može zadovoljiti ne samo potrebe kompleksa, već i okolne infrastrukture. Štoviše, sirovine za bioplinska postrojenja su besplatne, što osigurava visoku ekonomsku učinkovitost nakon razdoblja povrata (4-7 godina). Trošak energije proizvedene u bioplinskim elektranama s vremenom se ne povećava, već, naprotiv, opada.