Úvod
Výroba bioplynu z fermentorů a zemědělských bioplynových stanic
Systémy skladování bioplynu
Složení bioplynu
Příprava bioplynu k použití
Hlavní směry a světoví lídři ve využití bioplynu
Závěr
Seznam použité literatury
Úvod
V celosvětové praxi dodávek plynu byly nashromážděny dostatečné zkušenosti s využíváním obnovitelných zdrojů energie, včetně energie z biomasy. Nejperspektivnějším plynným palivem je bioplyn, o jehož využití v posledních letech nejen neochabuje, ale stále se zvyšuje. Bioplyny jsou plyny obsahující metan, které vznikají při anaerobním rozkladu organické biomasy. V závislosti na zdroji výroby se bioplyny dělí na tři hlavní typy:
Digesční plyn produkovaný v komunálních čistírnách odpadních vod (BG STP);
Bioplyn produkovaný v bioplynových stanicích (BGU) při fermentaci zemědělského odpadu (BG Agricultural Production);
Skládkový plyn produkovaný na skládkách obsahujících organické složky (BG MSW).
Ve své práci jsem zkoumal technologie výroby těchto plynů, jejich složení, způsoby přípravy bioplynu k použití, zejména způsoby čištění od balastních látek. Bioplyn má široké využití, které jsem v této práci stručně rozebral.
Výroba bioplynu z fermentorů a zemědělských bioplynových stanic
Podle technického provedení se bioplynové stanice dělí na tři systémy: akumulační, periodické, kontinuální.
Akumulační systémy zajišťují fermentaci v reaktorech, které zároveň slouží jako sklad pro fermentovaný hnůj (substrát) až do jeho vyložení. Počáteční substrát je nepřetržitě přiváděn do nádrže, dokud není naplněn. Fermentovaný substrát se vykládá jednou až dvakrát ročně v období aplikace hnojiv do půdy. V tomto případě je část fermentovaného kalu speciálně ponechána v reaktoru a slouží jako zárodečný materiál pro následný fermentační cyklus. Skladovací objem spojený s bioreaktorem je vypočítán pro celkový objem hnoje odstraněného z komplexu během období mezi setím. Takové systémy vyžadují velké množství úložiště a používají se velmi zřídka.
Periodická tabulka Výroba bioplynu zahrnuje jednorázové naložení původního substrátu do reaktoru, dodání semenného materiálu a vyložení fermentovaného produktu. Takový systém se vyznačuje poměrně vysokou pracností, velmi nerovnoměrným výstupem plynu a vyžaduje alespoň dva reaktory, zásobník pro akumulaci počátečního hnoje a skladování fermentovaného substrátu.
Při kontinuálním schématu je výchozí substrát průběžně nebo v určitých intervalech (1-10x denně) nakládán do fermentační komory, odkud je současně odebíráno stejné množství fermentovaného sedimentu. Pro zintenzivnění fermentačního procesu lze do bioreaktoru přidávat různé přísady zvyšující nejen rychlost reakce, ale také výtěžnost a kvalitu plynu. Moderní bioplynové stanice jsou obvykle navrženy pro kontinuální proces a jsou vyrobeny z oceli, betonu, plastů a cihel. Pro tepelnou izolaci se používá sklolaminát, skelná vata a celulární plast.
Na základě denní produktivity lze stávající bioplynové systémy a zařízení rozdělit do 3 typů:
malý - do 50 m 3 /den;
střední – do 500 m 3 /den;
velké - až 30 tisíc m 3 / den.
Digesce a zemědělské bioplynové stanice nemají s výjimkou použitého substrátu žádné zásadní rozdíly. Technologické schéma bioplynového zemědělského zařízení je na Obr. 1.
Podle tohoto schématu se hnůj z objektu pro chov hospodářských zvířat (1) dostává do skladovací nádrže (2), poté je nakládán do vyhnívací nádrže - nádrže pro anaerobní vyhnívání (4) pomocí fekálního čerpadla (3). Bioplyn vznikající při fermentačním procesu se dostává do plynojemu (5) a následně ke spotřebiteli K ohřevu hnoje na fermentační teplotu a udržení tepelného režimu ve vyhnívací nádrži slouží výměník tepla (6), přes který dochází k ohřevu hnoje na fermentační teplotu. horká voda, ohřívaný v kotli (7) Zkvašený hnůj je vypouštěn do skladu hnoje (8).
Obr. 1. Zobecněné schéma výroby bioplynu (zemědělský bioplyn
Bioreaktor má tepelnou izolaci, která by měla stabilně udržovat fermentační teplotu a v případě poruchy by měla být rychle vyměněna. Bioreaktor je vytápěn umístěním výměníků tepla po obvodu stěn ve formě spirály trubek, kterými cirkuluje horká voda s počáteční teplotou 60-70 °C. Takto nízká teplota chladicí kapaliny je přijata, aby se zabránilo úhynu mikroorganismů produkujících metan a ulpívání částic substrátu na teplosměnném povrchu, což může vést ke zhoršení přenosu tepla. Bioreaktor má také zařízení pro neustálé promíchávání hnoje. Tok hnoje do fermentoru je regulován tak, aby proces fermentace probíhal rovnoměrně.
Během fermentace se v hnoji vyvíjí mikroflóra, která důsledně ničí organické látky na kyseliny a ty se vlivem syntrofních a metanotvorných bakterií přeměňují na plynné produkty - metan a oxid uhličitý.
Digestory poskytují všechny potřebné parametry procesu - teplotu (33-37º C), koncentraci organických látek, kyselost (6,8-7,4) atd. Růst buněk metanové biocenózy je dán také poměrem C:N a jeho optimální hodnotou je 30:1. Některé látky obsažené ve výchozím substrátu mohou inhibovat fermentaci metanu (tabulka 1). Kuřecí hnůj například často inhibuje fermentaci metanu přebytkem NH3.
stůl 1
Inhibitory fermentace metanu
Bioplyn produkovaný na skládkách pevného odpadu
Proces nekontrolované tvorby plynu na skládkách domovního a jiného odpadu obsahujícího velký podíl organických složek lze považovat za proces výroby plynu obsahujícího metan v akumulačním systému dobu trvání procesu do úplného rozkladu organické části je mnohem delší než v metatancích.
V domácí praxi se systémy využití bioplynu na skládkách pevného odpadu dosud neobjevily rozšířený, proto bude při dalším zvažování konstrukčních vlastností systémů sběru a přepravy bioplynu zohledněno Zahraniční zkušenosti. Schematický diagram jednoho z takových systémů na skládce pevného odpadu je na Obr. 2. Systém se skládá ze dvou hlavních částí: sběrné sítě plynu ve vakuu a distribuční sítě spotřebitelů bioplynu pod přetlakem nízkého nebo (méně často) středního tlaku.
Rýže. 2. Výstavba odplyňovacího systému pro skládky pevného odpadu
Níže jsou uvedeny definice nejdůležitějších prvků systému sběru plynu na skládce, znázorněné na Obr. 2, a požadavky na jednotlivé prvky systému.
Plynové kolektory jsou potrubí uložené v tloušťce odpadu, ve kterém vzniká podtlak. Zpravidla se provádějí buď vertikálně ve formě plynových vrtů, nebo horizontálně ve formě perforovaného potrubí, ale v praxi se používají i jiné formy (nádrže, štěrkové nebo drcené komory atd.).
Prefabrikovanými plynovody se rozumí plynovody, které jsou pod vakuem a vedou do části prefabrikovaných kolektorů. Pro kompenzaci úbytků mají flexibilní připojení k rozdělovači plynu (pro měření tlaku) a armatury pro odběr vzorků plynu jsou umístěny v připojovací jednotce.
Sběrné plynovody jsou sdruženy na odběrném místě plynu. Sběrné místo plynu může být provedeno ve formě potrubí, nádrže apod. a je umístěno v nejnižším místě, aby bylo zajištěno zachycování a odvod padajícího kondenzátu. Na sběrném místě plynu jsou umístěna přístrojová a automatizační zařízení.
Systém odvodu kondenzátu je zařízení na plynovodu pro shromažďování a odvádění kondenzátu v nejnižším bodě potrubního systému. Ve vakuové zóně je kondenzát odváděn přes sifony, v oblasti přetlaku - přes nastavitelné odtoky kondenzátu. Kondenzát lze také odvádět jak v podtlakové zóně, tak v přetlakové zóně pomocí chladicího zařízení.
Sací potrubí je přímá část potrubí před vstřikovacím zařízením a jsou zde také umístěny automatizační zařízení.
Tlaková zařízení (ventilátor, dmychadlo atd.) se používají k vytvoření podtlaku potřebného pro dopravu plynu z úložiště nebo k vytvoření přetlaku při dopravě plynu na místo použití (do fléru, do rekuperačního systému atd.). ).
Kompresorová jednotka slouží ke zvýšení přetlaku plynu.
Dmychadla jsou umístěna ve strojovně. Tradičními stavbami jsou kontejnery, kovové ohrádky nebo drobné stavby (garáže, blokové stavby atd.). Ve velkých instalacích jsou zařízení na vstřikování plynu umístěna ve strojovně, někdy mohou být umístěna na otevřených plochách pod přístřeškem.
Technologie výroby bioplynu. Moderní chovatelské komplexy zajišťují vysoké produkční ukazatele. Použitá technologická řešení umožňují plně vyhovět požadavkům současných sanitárních a hygienických norem v prostorách samotných areálů.
Velké množství kejdy soustředěné na jednom místě však vytváří značné problémy pro ekologii oblastí sousedících s komplexem. Například čerstvý prasečí hnůj a trus jsou klasifikovány jako odpad 3. třídy nebezpečnosti. Problematika životního prostředí je pod kontrolou dozorových orgánů a legislativní požadavky na tuto problematiku se neustále zpřísňují.
Biokomplex nabízí komplexní řešení pro likvidaci kejdy, které zahrnuje zrychlené zpracování v moderních bioplynových stanicích (BGU). Během procesu zpracování probíhají přirozené procesy rozkladu organické hmoty ve zrychleném režimu s uvolňováním plynu včetně: metanu, CO2, síry atd. Pouze výsledný plyn se neuvolňuje do atmosféry a způsobuje skleníkový efekt, ale je posílán do speciálních plynových generátorů (kogeneračních) jednotek, které generují elektrickou a tepelnou energii.
Bioplyn - hořlavý plyn, vznikající při anaerobní metanové fermentaci biomasy a sestávající převážně z metanu (55-75 %), oxidu uhličitého (25-45 %) a nečistot sirovodíku, čpavku, oxidů dusíku a dalších (méně než 1 %).
K rozkladu biomasy dochází v důsledku chemických a fyzikálních procesů a symbiotické životní aktivity 3 hlavních skupin bakterií, zatímco produkty látkové výměny některých skupin bakterií jsou produkty potravin jiných skupin, a to v určitém sledu.
První skupinou jsou hydrolytické bakterie, druhou kyselinotvornou, třetí metanotvornou.
Jako suroviny pro výrobu bioplynu lze využít jak organický zemědělsko-průmyslový nebo domovní odpad, tak rostlinné suroviny.
Nejběžnější druhy zemědělského odpadu používaného pro výrobu bioplynu jsou:
- prasečí a dobytčí hnůj, drůbeží trus;
- zbytky z krmného stolu komplexů pro dobytek;
- zeleninové vrcholy;
- nestandardní sklizeň obilovin a zeleniny, cukrové řepy, kukuřice;
- buničina a melasa;
- mouka, mláto, drobné zrno, klíčky;
- pivovarské obilí, sladové klíčky, bílkovinné kaly;
- odpad z výroby škrobu a sirupu;
- ovocné a zeleninové výlisky;
- sérum;
- atd.
Zdroj surovin |
Druh suroviny |
Množství surovin za rok, m3 (tuny) |
Množství bioplynu, m3 |
1 dojná kráva | Neupravený kejda | ||
1 prase na výkrm | Neupravený kejda | ||
1 býk ve výkrmu | Podestýlka pevný hnůj | ||
1 kůň | Podestýlka pevný hnůj | ||
100 kuřat | Suchý trus | ||
1 ha orné půdy | Čerstvá kukuřičná siláž | ||
1 ha orné půdy | Cukrovka | ||
1 ha orné půdy | Čerstvá obilná siláž | ||
1 ha orné půdy | Čerstvá travní siláž |
Počet substrátů (druhů odpadu) používaných k výrobě bioplynu v rámci jedné bioplynové stanice (BGU) se může lišit od jednoho do deseti nebo více.
Bioplynové projekty v agroprůmyslovém sektoru lze vytvořit podle jedné z následujících možností:
- výroba bioplynu z odpadu ze samostatného podniku (například hnůj z farmy hospodářských zvířat, bagasa z cukrovaru, výpalky z lihovaru);
- výroba bioplynu na základě odpadu z různých podniků, přičemž projekt je propojen se samostatným podnikem nebo samostatně umístěnou centralizovanou bioplynovou stanicí;
- výroba bioplynu s primárním využitím energetických zařízení na samostatně umístěných bioplynových stanicích.
Nejběžnějším způsobem energetického využití bioplynu je spalování v plynových pístových motorech v rámci mini-CHP, vyrábějící elektřinu a teplo.
Existovat různé možnosti technologická schémata bioplynových stanic- v závislosti na typech a počtu druhů použitých substrátů. Použití předběžné přípravy v některých případech umožňuje dosáhnout zvýšení rychlosti a stupně rozkladu surovin v bioreaktorech a v důsledku toho zvýšení obecný výstup bioplyn. V případě použití více substrátů s různými vlastnostmi, například tekuté a pevný odpad, jejich akumulace, předběžná příprava (separace na frakce, mletí, ohřev, homogenizace, biochemické nebo biologické zpracování atd.) se provádějí odděleně, poté se buď smíchají před plněním do bioreaktorů, nebo se přivádějí v samostatných proudech.
Hlavní konstrukční prvky typické bioplynové stanice jsou:
- systém pro příjem a předpřípravu podkladů;
- systém dopravy substrátu v rámci instalace;
- bioreaktory (fermentory) s míchacím systémem;
- topný systém bioreaktoru;
- systém pro odstraňování a čištění bioplynu od sirovodíku a vlhkostních nečistot;
- skladovací nádrže na fermentovanou hmotu a bioplyn;
- systém pro softwarové řízení a automatizaci technologických procesů.
Technologická schémata bioplynových stanic se liší v závislosti na typu a počtu zpracovávaných substrátů, typu a kvalitě finálních cílových produktů, konkrétním know-how firmy zajišťující technologické řešení a řadě dalších faktorů. Nejběžnější jsou dnes schémata s jednostupňovou fermentací několika typů substrátů, z nichž jedním je obvykle hnůj.
S rozvojem používaných bioplynových technologií technická řešení se stávají složitějšími směrem k dvoustupňovým schématům, což je v některých případech odůvodněno technologickou potřebou efektivního zpracování určitých typů substrátů a zvýšením celkové efektivity využití pracovního objemu bioreaktorů.
Vlastnosti výroby bioplynu spočívá v tom, že jej mohou produkovat metanové bakterie pouze z absolutně suchých organických látek. Úkolem prvního stupně výroby je proto vytvořit směs substrátu, která má vysoký obsah organických látek, a přitom je čerpatelná. Jedná se o substrát s obsahem sušiny 10-12%. Řešení je dosaženo uvolněním přebytečné vlhkosti pomocí šnekových separátorů.
Kejda přichází z výrobních prostor do nádrže, je homogenizována pomocí ponorného míchadla a je dodávána ponorným čerpadlem do separační dílny do šnekových separátorů. Kapalná frakce se hromadí v samostatné nádrži. Pevná frakce se naplní do podavače pevných surovin.
V souladu s harmonogramem zavážení substrátu do fermentoru se podle vyvinutého programu periodicky zapíná čerpadlo dodávající kapalnou frakci do fermentoru a současně se zapíná nakladač pevných surovin. Volitelně může být kapalná frakce přiváděna do nakladače pevných surovin, který má funkci míchání, a poté je hotová směs přiváděna do fermentoru podle vyvinutého nakládacího programu. Inkluze jsou krátkodobé. To se provádí, aby se zabránilo nadměrnému příjmu organického substrátu do fermentoru, protože to může narušit rovnováhu látek a způsobit destabilizaci procesu ve fermentoru. Současně se zapnou i čerpadla, která přečerpávají digestát z fermentoru do fermentoru a z fermentoru do zásobní nádrže digestátu (laguny), aby nedocházelo k přetečení fermentoru a fermentoru.
Hmoty digestátu umístěné ve fermentoru a fermentoru jsou smíchány, aby bylo zajištěno rovnoměrné rozložení bakterií v celém objemu nádob. K míchání se používají pomaloběžné míchačky speciální konstrukce.
Zatímco je substrát ve fermentoru, bakterie uvolňují až 80 % celkového bioplynu produkovaného bioplynovou stanicí. Zbývající část bioplynu se uvolňuje ve vyhnívací nádrži.
Důležitou roli pro zajištění stabilního množství uvolněného bioplynu hraje teplota kapaliny uvnitř fermentoru a fermentoru. Proces zpravidla probíhá v mezofilním režimu s teplotou 41-43ᴼС. Udržení stabilní teploty je dosaženo použitím speciálních trubkových ohřívačů uvnitř fermentorů a fermentorů a také spolehlivou tepelnou izolací stěn a potrubí. Bioplyn vycházející z digestátu má vysoký obsah síry. Bioplyn se čistí od síry pomocí speciálních bakterií, které kolonizují povrch izolace položené na dřevěné trámové klenbě uvnitř fermentorů a fermentorů.
Bioplyn je akumulován v plynojemu, který je vytvořen mezi povrchem digestátu a elastickým, vysoce pevným materiálem pokrývajícím fermentor a fermentor nahoře. Materiál má schopnost se značně roztáhnout (bez snížení pevnosti), což při akumulaci bioplynu výrazně zvyšuje kapacitu plynojemu. Aby nedošlo k přetečení plynojemu a protržení materiálu, je zde pojistný ventil.
Dále bioplyn vstupuje do kogeneračního zařízení. Kogenerační jednotka (CGU) je jednotka, ve které je elektrická energie generována generátory poháněnými plynovými pístovými motory na bioplyn. Kogenerátory na bioplyn mají konstrukční rozdíly od konvenčních plynových generátorových motorů, protože bioplyn je vysoce ochuzené palivo. Elektrická energie generovaná generátory dodává energii samotnému elektrickému vybavení BSU a vše nad rámec toho je dodáváno blízkým spotřebitelům. Energie kapaliny používané k chlazení kogenerátorů je generovaná tepelná energie mínus ztráty v kotlových zařízeních. Vyrobeno Termální energie, část jde na vytápění fermentorů a fermentorů a zbytek je také zasílán okolním spotřebitelům. vstoupí
Pro čištění bioplynu na úroveň lze nainstalovat další zařízení zemní plyn jedná se však o drahé zařízení a využívá se pouze v případě, že účelem bioplynové stanice není výroba tepelné a elektrické energie, ale výroba paliva pro plynové pístové motory. Osvědčenými a nejčastěji používanými technologiemi čištění bioplynu jsou absorpce vody, adsorpce tlakového nosiče, chemické srážení a membránová separace.
Energetická účinnost bioplynových elektráren do značné míry závisí na zvolené technologii, materiálech a provedení hlavních konstrukcí a také na klimatických podmínkách v oblasti, kde se nacházejí. Průměrná spotřeba tepelné energie na vytápění bioreaktorů v mírném klimatickém pásmu je 15-30 % energie vyrobené kogenerátory (brutto).
Celková energetická účinnost bioplynového komplexu s tepelnou elektrárnou na bioplyn je v průměru 75–80 %. V situaci, kdy veškeré teplo přijaté z kogenerační stanice při výrobě elektřiny nelze spotřebovat (běžná situace z důvodu nedostatku externích odběratelů tepla), je vypuštěno do atmosféry. V tomto případě je energetická účinnost bioplynové tepelné elektrárny pouze 35 % z celkové energie bioplynu.
Hlavní výkonnostní ukazatele bioplynových stanic se mohou výrazně lišit, což je do značné míry dáno použitými substráty, přijatými technologickými předpisy, provozními postupy a úkoly, které jednotlivé zařízení plní.
Proces zpracování hnoje netrvá déle než 40 dní. Digest získaný zpracováním je bez zápachu a je vynikajícím organickým hnojivem, ve kterém je dosaženo nejvyššího stupně mineralizace živin absorbovaných rostlinami.
Digestát se obvykle dělí na kapalné a pevné frakce pomocí šnekových separátorů. Kapalná frakce se posílá do lagun, kde se akumuluje až do doby aplikace do půdy. Pevná frakce se také používá jako hnojivo. Pokud se na pevnou frakci aplikuje dodatečné sušení, granulace a balení, bude vhodná pro dlouhodobé skladování a přepravu na velké vzdálenosti.
Výroba a energetické využití bioplynu má řadu výhod odůvodněných a potvrzených světovou praxí, a to:
- Obnovitelný zdroj energie (OZE). K výrobě bioplynu se využívá obnovitelná biomasa.
- Široká škála surovin používaných pro výrobu bioplynu umožňuje výstavbu bioplynových stanic prakticky všude v oblastech, kde se soustřeďuje zemědělská výroba a technologicky příbuzná odvětví.
- Všestrannost způsobů energetického využití bioplynu, a to jak pro výrobu elektrické a/nebo tepelné energie v místě jeho vzniku, tak na jakémkoli zařízení připojeném k přepravní síti plynu (v případě dodávky vyčištěného bioplynu do této sítě ), jakož i motorové palivo pro automobily.
- Stabilita výroby elektřiny z bioplynu v průběhu celého roku umožňuje pokrýt špičkové zatížení sítě, a to i v případě využití nestabilních obnovitelných zdrojů energie, například solárních a větrných elektráren.
- Tvorba pracovních míst prostřednictvím vytvoření tržního řetězce od dodavatelů biomasy až po obsluhu energetických zařízení.
- Snížení negativního dopadu na životní prostředí prostřednictvím recyklace a neutralizace odpadu prostřednictvím řízené fermentace v bioplynových reaktorech. Bioplynové technologie jsou jedním z hlavních a nejracionálnějších způsobů neutralizace organického odpadu. Projekty výroby bioplynu snižují emise skleníkových plynů do atmosféry.
- Agrotechnický efekt využití hmoty fermentované v bioplynových reaktorech na zemědělských polích se projevuje ve zlepšení půdní struktury, regeneraci a zvýšení jejich úrodnosti díky vnášení živin organického původu. Rozvoj trhu s organickými hnojivy, včetně těch z hmoty zpracovávaných v bioplynových reaktorech, v budoucnu přispěje k rozvoji trhu se zemědělskými produkty šetrnými k životnímu prostředí a zvýší jeho konkurenceschopnost.
Odhadované jednotkové investiční náklady
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.
Vyrobená elektrická a tepelná energie dokáže uspokojit nejen potřeby areálu, ale i přilehlé infrastruktury. Suroviny pro bioplynové stanice jsou navíc zdarma, což zajišťuje vysokou ekonomickou efektivitu po době návratnosti (4-7 let). Náklady na energii vyrobenou v bioplynových elektrárnách v čase nerostou, ale naopak klesají.
Bioplyn je plyn získaný v důsledku fermentace (fermentace) organických látek (například: sláma; plevel; zvířecí a lidské výkaly; odpadky; organický odpad z domovních a průmyslových odpadních vod atd.) za anaerobních podmínek. Produkce bioplynu zahrnuje různé typy mikroorganismů s různým počtem katabolických funkcí.
Složení bioplynu.
Více než polovinu bioplynu tvoří metan (CH 4). Metan tvoří přibližně 60 % bioplynu. Bioplyn navíc obsahuje oxid uhličitý (CO 2) asi 35% a další plyny jako vodní páru, sirovodík, oxid uhelnatý, dusík a další. Bioplyn vyrobený v různé podmínky, se liší svým složením. Bioplyn z lidských exkrementů, hnoje a jatečního odpadu tedy obsahuje až 70 % metanu a z rostlinných zbytků zpravidla asi 55 % metanu.
Mikrobiologie bioplynu.
Fermentaci bioplynu lze v závislosti na použitém mikrobiálním druhu bakterií rozdělit do tří fází:
První se nazývá začátek bakteriální fermentace. Různé organické bakterie při množení vylučují extracelulární enzymy, jejichž hlavní úlohou je ničit složité organické sloučeniny za hydrolýzy tvorby jednoduchých látek. Například polysacharidy až monosacharidy; protein na peptidy nebo aminokyseliny; tuky na glycerol a mastné kyseliny.
Druhý stupeň se nazývá vodík. Vodík vzniká jako důsledek činnosti bakterií octových kyselin. Jejich hlavní úlohou je bakteriální rozklad kyseliny octové za vzniku oxidu uhličitého a vodíku.
Třetí stupeň se nazývá metanogenní. Zahrnuje typ bakterií známých jako metanogeny. Jejich úlohou je využívat kyselinu octovou, vodík a oxid uhličitý k výrobě metanu.
Klasifikace a charakteristika surovin pro fermentaci bioplynu.
Téměř všechny přírodní organické materiály lze použít jako surovinu pro fermentaci bioplynu. Hlavními surovinami pro výrobu bioplynu jsou odpadní vody: splašky; potravinářský, farmaceutický a chemický průmysl. Ve venkovských oblastech se jedná o odpad vznikající při sklizni. Vzhledem k rozdílům v původu je také proces formování odlišný, chemické složení a struktura bioplynu.
Zdroje surovin pro bioplyn v závislosti na původu:
1. Zemědělské suroviny.
Tyto suroviny lze rozdělit na suroviny s vysokým obsahem dusíku a suroviny s vysokým obsahem uhlíku.
Suroviny s vysokým obsahem dusíku:
lidské výkaly, hnůj hospodářských zvířat, ptačí trus. Poměr uhlík-dusík je 25:1 nebo méně. Taková syrová strava byla zcela strávena gastrointestinálním traktem člověka nebo zvířete. Zpravidla obsahuje velké množství nízkomolekulárních sloučenin. Voda v těchto surovinách byla částečně přeměněna a stala se součástí nízkomolekulárních sloučenin. Tato surovina se vyznačuje snadným a rychlým anaerobním rozkladem na bioplyn. A také bohatý výstup metanu.
Suroviny s vysokým obsahem uhlíku:
sláma a plevy. Poměr uhlíku a dusíku je 40:1. Má vysoký obsah vysokomolekulárních sloučenin: celulóza, hemicelulóza, pektin, lignin, rostlinné vosky. Anaerobní rozklad probíhá poměrně pomalu. Aby se zvýšila rychlost produkce plynu, takové materiály obvykle vyžadují předběžnou úpravu před fermentací.
2. Městský organický odpad z vody.
Zahrnuje lidský odpad, splašky, organický odpad, organickou průmyslovou odpadní vodu, kal.
3. Vodní rostliny.
Zahrnuje vodní hyacint, další vodní rostliny a řasy. Odhadované plánované kapacitní využití výrobních kapacit se vyznačuje vysokou závislostí na solární energii. Mají vysokou ziskovost. Technologická organizace vyžaduje pečlivější přístup. Snadno dochází k anaerobnímu rozkladu. Metanový cyklus je krátký. Zvláštností takových surovin je, že bez předúpravy plavou v reaktoru. Aby se to vyloučilo, je třeba suroviny na 2 dny mírně vysušit nebo předkompostovat.
Zdroje surovin pro bioplyn v závislosti na vlhkosti:
1. Pevné suroviny:
sláma, organický odpad s relativně vysokým obsahem sušiny. Zpracovávají se metodou suché fermentace. Potíže vznikají při odstraňování velkého množství pevných usazenin z rektora. Celkové množství použitých surovin lze vyjádřit jako součet obsahu pevných látek (TS) a těkavých látek (VS). Těkavé látky lze přeměnit na metan. Pro výpočet těkavých látek se vzorek surovin vloží do muflové pece o teplotě 530-570°C.
2. Tekuté suroviny:
čerstvé výkaly, hnůj, trus. Obsahuje asi 20 % sušiny. Navíc vyžadují přidání vody v množství 10 % pro smíchání s pevnými surovinami během suché fermentace.
3. Organický odpad střední vlhkosti:
výpalky z výroby lihu, odpadní vody z celulózek atd. Takové suroviny obsahují různá množství bílkovin, tuků a sacharidů a jsou dobrými surovinami pro výrobu bioplynu. Pro tuto surovinu se používají zařízení typu UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - vzestupný anaerobní proces).
Název fermentovaného odpadu | Průměrný průtok bioplynu při normální produkci plynu (m 3 /m 3 /d) | Výkon bioplynu, m 3 /Kg/TS | Výroba bioplynu (% celkové produkce bioplynu) | |||
0-15 d | 25-45 d | 45-75 d | 75-135 d | |||
Suchý hnůj | 0,20 | 0,12 | 11 | 33,8 | 20,9 | 34,3 |
Voda pro chemický průmysl | 0,40 | 0,16 | 83 | 17 | 0 | 0 |
Rogulnik (chilim, vodní kaštan) | 0,38 | 0,20 | 23 | 45 | 32 | 0 |
Vodní salát | 0,40 | 0,20 | 23 | 62 | 15 | 0 |
Prasečí hnůj | 0,30 | 0,22 | 20 | 31,8 | 26 | 22,2 |
Suchá tráva | 0,20 | 0,21 | 13 | 11 | 43 | 33 |
Sláma | 0,35 | 0,23 | 9 | 50 | 16 | 25 |
Lidské exkrementy | 0,53 | 0,31 | 45 | 22 | 27,3 | 5,7 |
Výpočet procesu fermentace metanu.
Obecné zásady Fermentační inženýrské výpočty jsou založeny na zvýšení zatížení organických surovin a zkrácení doby trvání metanového cyklu.
Výpočet surovin na cyklus.
Nakládání surovin je charakterizováno: Hmotnostním zlomkem TS (%), hmotnostním zlomkem VS (%), koncentrací CHSK (CHSK - chemická spotřeba kyslíku, což znamená CHSK - chemický indikátor kyslíku) (Kg/m 3). Koncentrace závisí na typu fermentačních zařízení. Například moderní průmyslové reaktory na odpadní vody jsou UASB (upstream anaerob process). Pro pevné suroviny se používají AF (anaerobní filtry) - obvykle je koncentrace menší než 1%. Průmyslový odpad jako surovina pro bioplyn má nejčastěji vysokou koncentraci a je třeba jej ředit.
Výpočet rychlosti stahování.
Pro stanovení denního množství zatížení reaktoru: koncentrace CHSK (kg/m 3 ·d), TS (kg/m 3 ·d), VS (kg/m 3 ·d). Tyto ukazatele jsou důležitými ukazateli pro hodnocení účinnosti bioplynu. Je nutné usilovat o omezení zátěže a zároveň mít vysokou úroveň objemu produkce plynu.
Výpočet poměru objemu reaktoru k výkonu plynu.
Tento ukazatel je důležitým ukazatelem pro hodnocení účinnosti reaktoru. Měřeno v kg/m 3 ·d.
Výtěžek bioplynu na jednotku hmotnosti fermentace.
Tento ukazatel charakterizuje současný stav výroby bioplynu. Například objem sběrače plynu je 3 m3. Denně se dodává 10 kg/TS. Výtěžnost bioplynu je 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). V závislosti na situaci můžete použít teoretický výstup plynu nebo skutečný výstup plynu.
Teoretický výtěžek bioplynu je určen vzorcem:
Produkce metanu (E):
E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.
Produkce oxidu uhličitého (D):
D = 0,37A + 0,49B + 0,36C. Kde A je obsah sacharidů na gram fermentačního materiálu, B je protein, C je obsah tuku
Hydraulický objem.
Pro zvýšení účinnosti je nutné zkrátit dobu kvašení. Do jisté míry je zde souvislost s úbytkem fermentujících mikroorganismů. V současné době mají některé účinné reaktory dobu fermentace 12 dní nebo méně. Hydraulický objem se vypočítává výpočtem objemu denního plnění suroviny ode dne zahájení plnění surovinou a závisí na době zdržení v reaktoru. Například fermentace je plánována při 35°C, koncentrace krmiva je 8% (celkové množství TS), denní objem krmiva je 50 m 3, doba fermentace v reaktoru je 20 dní. Hydraulický objem bude: 50·20 = 100 m3.
Odstraňování organických nečistot.
Výroba bioplynu, jako každá biochemická výroba, má odpad. Odpad z biochemické výroby může v případech nekontrolované likvidace odpadu způsobit poškození životního prostředí. Například pád do řeky vedle. Moderní velké bioplynové stanice produkují tisíce a dokonce desetitisíce kilogramů odpadu denně. Kvalitativní složení a způsoby nakládání s odpady z velkých bioplynových stanic kontrolují podnikové laboratoře a státní správa životního prostředí. Malé farmářské bioplynové stanice nemají takové kontroly ze dvou důvodů: 1) protože je zde málo odpadu, bude jen málo škodit životnímu prostředí. 2) Provádění kvalitní analýzy odpadů vyžaduje specifické laboratorní vybavení a vysoce specializovaný personál. Drobní zemědělci toto nemají a státní úřady takovou kontrolu právem považují za nevhodnou.
Indikátorem úrovně kontaminace odpadu bioplynového reaktoru je CHSK (chemický indikátor kyslíku).
Je použit následující matematický vztah: CHSK rychlosti organického zatížení Kg/m 3 ·d = zatížení koncentrace CHSK (kg/m 3) / hydraulická skladovatelnost (d).
Průtok plynu v objemu reaktoru (kg/(m 3 · d)) = výtěžek bioplynu (m 3 /kg) / CHSK organického zatížení kg/(m 3 · d).
Výhody bioplynových energetických stanic:
pevný a kapalný odpad mají specifický zápach, který odpuzuje mouchy a hlodavce;
schopnost produkovat užitečný konečný produkt - metan, což je čisté a pohodlné palivo;
během fermentačního procesu odumírají semena plevelů a některé z patogenů;
během fermentačního procesu jsou dusík, fosfor, draslík a další složky hnojiv téměř zcela zachovány, část organického dusíku se přeměňuje na amoniakální dusík, což zvyšuje jeho hodnotu;
fermentační zbytek může být použit jako krmivo pro zvířata;
fermentace bioplynu nevyžaduje použití kyslíku ze vzduchu;
anaerobní kal lze skladovat několik měsíců bez přidávání živin a poté, když se přidá panenské krmivo, může fermentace rychle začít znovu.
Nevýhody bioplynových energetických stanic:
složité zařízení a vyžaduje poměrně velké investice do konstrukce;
vyžaduje vysokou úroveň výstavby, správy a údržby;
Počáteční anaerobní propagace fermentace probíhá pomalu.
Vlastnosti procesu fermentace metanu a řízení procesu:
1. Teplota výroby bioplynu.
Teplota pro výrobu bioplynu může být v relativně širokém teplotním rozmezí 4~65°C. S rostoucí teplotou se rychlost produkce bioplynu zvyšuje, ale ne lineárně. Teplota 40~55°C je přechodová zóna pro životní aktivitu různých mikroorganismů: termofilních a mezofilních bakterií. Nejvyšší rychlost anaerobní fermentace nastává v úzkém teplotním rozmezí 50~55°C. Při teplotě fermentace 10 °C je průtok plynu 59 % za 90 dní, ale ke stejnému průtoku při teplotě fermentace 30 °C dochází za 27 dní.
Náhlá změna teploty bude mít významný dopad na produkci bioplynu. Konstrukce bioplynové stanice musí nutně umožňovat řízení takového parametru, jako je teplota. Teplotní změny o více než 5°C výrazně snižují produktivitu bioplynového reaktoru. Pokud byla například teplota v bioplynovém reaktoru po dlouhou dobu 35 °C a pak náhle klesla na 20 °C, pak se výroba bioplynového reaktoru téměř úplně zastaví.
2. Roubovací materiál.
Fermentace metanu obvykle vyžaduje k dokončení specifický počet a typ mikroorganismů. Sediment bohatý na metanové mikroby se nazývá inokulum. Bioplynová fermentace je v přírodě rozšířená a stejně rozšířená jsou místa s roubovacím materiálem. Jedná se o: čistírenské kaly, kaly, dnové sedimenty hnojišť, různé čistírenské kaly, trávicí zbytky atd. Díky bohaté organické hmotě a dobrým anaerobním podmínkám se u nich vyvíjejí bohatá mikrobiální společenstva.
Inokulum přidané poprvé do nového bioplynového reaktoru může významně zkrátit dobu stagnace. V novém bioplynovém reaktoru je nutné ruční hnojení roubovacím materiálem. Při využití průmyslového odpadu jako suroviny je tomu věnována zvláštní pozornost.
3. Anaerobní prostředí.
Anaerobnost prostředí je dána stupněm anaerobnosti. Typicky se redoxní potenciál obvykle označuje hodnotou Eh. Za anaerobních podmínek má Eh zápornou hodnotu. U anaerobních metanových bakterií leží Eh v rozmezí -300 ~ -350 mV. Některé bakterie, které produkují fakultativní kyseliny, jsou schopny žít normální život při Eh -100 ~ + 100 mV.
Pro zajištění anaerobních podmínek je nutné zajistit, aby bioplynové reaktory byly postaveny těsně uzavřené, aby byly vodotěsné a těsní. U velkých průmyslových bioplynových reaktorů je hodnota Eh vždy řízena. U malých farmářských bioplynových reaktorů vyvstává problém kontroly této hodnoty z důvodu nutnosti nákupu drahého a složitého zařízení.
4. Kontrola kyselosti média (pH) v bioplynovém reaktoru.
Methanogeny vyžadují rozmezí pH ve velmi úzkém rozmezí. V průměru pH=7. Fermentace probíhá v rozmezí pH od 6,8 do 7,5. Regulace pH je k dispozici pro malé bioplynové reaktory. Mnoho farmářů k tomu používá jednorázové lakmusové papírové proužky. Velké závody často používají elektronická zařízení pro monitorování pH. Za normálních okolností je rovnováha fermentace metanu přirozený proces, obvykle bez úpravy pH. Pouze v ojedinělých případech špatného hospodaření se objevuje masivní hromadění těkavých kyselin a pokles pH.
Zmírňující opatření zvýšená kyselost pH jsou:
(1) Částečně vyměňte médium v bioplynovém reaktoru, čímž se zředí obsah těkavých kyselin. Tím se zvýší pH.
(2) Přidejte popel nebo čpavek pro zvýšení pH.
(3) Upravte pH vápnem. Toto opatření je zvláště účinné v případech extrémně vysokého obsahu kyselin.
5. Míchání média v bioplynovém reaktoru.
V typické fermentační nádrži je fermentační médium obvykle rozděleno do čtyř vrstev: vrchní kůra, vrstva supernatantu, aktivní vrstva a vrstva kalů.
Účel míchání:
1) přemístění aktivních bakterií do nové části primárních surovin, zvýšení kontaktní plochy mikrobů a surovin pro urychlení rychlosti produkce bioplynu, zvýšení efektivity využití surovin.
2) zamezení tvorby silné vrstvy kůry, která vytváří odpor proti uvolňování bioplynu. Náročné na míchání jsou především suroviny jako sláma, plevel, listí apod. V silné vrstvě kůry jsou vytvořeny podmínky pro hromadění kyseliny, což je nepřijatelné.
Způsoby míchání:
1) mechanické míchání koly různých typů instalovanými uvnitř pracovního prostoru bioplynového reaktoru.
2) smíchání s bioplynem odebraným z horní části bioreaktoru a přiváděným do spodní části s přetlakem.
3) míchání oběhovým hydraulickým čerpadlem.
6. Poměr uhlíku k dusíku.
Pouze optimální poměr živin přispívá k efektivní fermentaci. Hlavním ukazatelem je poměr uhlíku k dusíku (C:N). Optimální poměr je 25:1. Četné studie prokázaly, že hranice optimálního poměru jsou 20-30:1 a produkce bioplynu je výrazně snížena při poměru 35:1. Experimentální výzkum Bylo zjištěno, že fermentace bioplynu je možná s poměrem uhlíku k dusíku 6:1.
7. Tlak.
Metanové bakterie se mohou přizpůsobit vysokým hydrostatickým tlakům (asi 40 metrů nebo více). Jsou ale velmi citlivé na změny tlaku a proto je potřeba stabilní tlak (žádné náhlé změny tlaku). K výrazným změnám tlaku může dojít v případech: výrazného zvýšení spotřeby bioplynu, relativně rychlého a velkého zatěžování bioreaktoru primárními surovinami, nebo podobného vykládání reaktoru od usazenin (čištění).
Způsoby stabilizace tlaku:
2) dodávat čerstvé primární suroviny a čištění současně a při stejné rychlosti vypouštění;
3) instalace plovoucích krytů na bioplynový reaktor umožňuje udržovat relativně stabilní tlak.
8. Aktivátory a inhibitory.
Některé látky, když se přidávají v malých množstvích, zlepšují výkon bioplynového reaktoru, takové látky jsou známé jako aktivátory. Zatímco jiné látky přidávané v malých množstvích vedou k výrazné inhibici procesů v bioplynovém reaktoru, takové látky se nazývají inhibitory.
Je známo mnoho typů aktivátorů, včetně některých enzymů, anorganických solí, organických a anorganické látky. Například přidání určitého množství enzymu celulázy značně usnadňuje produkci bioplynu. Přídavek 5 mg/kg vyšších oxidů (R 2 O 5) může zvýšit produkci plynu o 17 %. Výtěžnost bioplynu pro primární suroviny ze slámy a podobně lze výrazně zvýšit přidáním hydrogenuhličitanu amonného (NH 4 HCO 3). Aktivátory jsou také aktivní uhlí nebo rašelina. Napájení bioreaktoru vodíkem může dramaticky zvýšit produkci metanu.
Inhibitory se týkají především některých sloučenin kovových iontů, solí, fungicidů.
Klasifikace fermentačních procesů.
Metanová fermentace je přísně anaerobní fermentace. Fermentační procesy jsou rozděleny do následujících typů:
Rozdělení podle teploty kvašení.
Lze rozdělit na "přirozené" teploty fermentace (kvašení s proměnnou teplotou), v tomto případě je teplota fermentace asi 35 °C a proces fermentace při vysoké teplotě (asi 53 °C).
Klasifikace podle diferencovanosti.
Podle rozdílného charakteru kvašení ji lze rozdělit na jednostupňovou, dvoustupňovou a vícestupňovou.
1) Jednostupňová fermentace.
Odkazuje na nejběžnější typ fermentace. To platí pro zařízení, ve kterých současně vznikají kyseliny a metan. Jednostupňové fermentace mohou být méně účinné z hlediska BSK (biologická spotřeba kyslíku) než dvou a vícestupňové fermentace.
2) Dvoustupňová fermentace.
Na základě oddělené fermentace kyselin a metanogenních mikroorganismů. Tyto dva typy mikrobů mají odlišnou fyziologii a nutriční požadavky a existují významné rozdíly v růstu, metabolických vlastnostech a dalších aspektech. Dvoustupňová fermentace může výrazně zlepšit výtěžnost bioplynu a rozklad těkavých mastných kyselin, zkrátit fermentační cyklus, přinést výrazné úspory provozních nákladů a efektivně odstranit organické nečistoty z odpadu.
3) Vícestupňová fermentace.
Používá se pro primární suroviny bohaté na celulózu v následujícím pořadí:
(1) Celulózový materiál se hydrolyzuje v přítomnosti kyselin a zásad. Tvoří se glukóza.
(2) Zavádí se roubovací materiál. Obvykle se jedná o aktivní kal nebo odpadní vodu z bioplynového reaktoru.
(3) Vytvořte vhodné podmínky pro produkci kyselých bakterií (produkujících těkavé kyseliny): pH=5,7 (ale ne více než 6,0), Eh=-240mV, teplota 22°C. V této fázi vznikají tyto těkavé kyseliny: octová, propionová, máselná, izomáselná.
(4) Vytvořte vhodné podmínky pro produkci metanových bakterií: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, teplota 36-37°C
Klasifikace podle periodicity.
Technologie fermentace se dělí na vsádkovou fermentaci, kontinuální fermentaci, polokontinuální fermentaci.
1) Vsádková fermentace.
Suroviny a roubovací materiál se jednou vloží do bioplynového reaktoru a podrobí se fermentaci. Tato metoda se používá při potížích a nepříjemnostech při nakládání primárních surovin a také při vykládání odpadu. Například ne nasekanou slámu nebo velké brikety z organického odpadu.
2) Kontinuální fermentace.
To zahrnuje případy, kdy jsou suroviny rutinně nakládány do biorektoru několikrát denně a odpad z fermentace je odstraňován.
3) Polokontinuální fermentace.
Týká se to bioplynových reaktorů, u kterých je normální čas od času přidávat různé primární suroviny v nestejném množství. Toto technologické schéma nejčastěji využívají malé farmy v Číně a je spojeno se zvláštnostmi hospodaření. funguje Bioplynové reaktory s polokontinuální fermentací mohou mít různé konstrukční rozdíly. Tyto návrhy jsou diskutovány níže.
Schéma č. 1. Bioplynový reaktor s pevným víkem.
Konstrukční prvky: spojení fermentační komory a skladu bioplynu v jedné konstrukci: suroviny fermentují ve spodní části; v horní části je uložen bioplyn.
Princip fungování:
Bioplyn vychází z kapaliny a shromažďuje se pod víkem bioplynového reaktoru v jeho kopuli. Tlak bioplynu je vyvážen hmotností kapaliny. Čím vyšší je tlak plynu, tím více kapaliny opouští fermentační komoru. Čím nižší je tlak plynu, tím více kapaliny vstupuje do fermentační komory. Během provozu bioplynového reaktoru je v něm vždy kapalina a plyn. Ale v různých poměrech.
Schéma č. 2. Bioplynový reaktor s plovoucím krytem.
Schéma č. 3. Bioplynový reaktor s pevným víkem a externím držákem plynu.
Konstrukční vlastnosti: 1) místo plovoucího krytu má samostatně zabudovanou nádrž na plyn; 2) tlak bioplynu na výstupu je konstantní.
Výhody schématu č. 3: 1) ideální pro provoz bioplynových hořáků, které striktně vyžadují určitý jmenovitý tlak; 2) s nízkou fermentační aktivitou v bioplynovém reaktoru je možné zajistit spotřebiteli stabilní a vysoký tlak bioplynu.
Průvodce stavbou domácího bioplynového reaktoru.
GB/T 4750-2002 Domácí bioplynové reaktory.
GB/T 4751-2002 Kvalitní akceptace domácích bioplynových reaktorů.
GB/T 4752-2002 Pravidla pro stavbu domácích bioplynových reaktorů.
GB 175 -1999 portlandský cement, obyčejný portlandský cement.
GB 134-1999 Portlandský struskový cement, tufový cement a popílkový cement.
GB 50203-1998 Stavba zdiva a přejímka.
JGJ52-1992 Standard kvality pro běžný pískový beton. Testovací metody.
JGJ53- 1992 Standard kvality pro běžný drcený kámen nebo štěrkový beton. Testovací metody.
JGJ81 -1985 Mechanické vlastnosti obyčejného betonu. Testovací metoda.
JGJ/T 23-1992 Technická specifikace pro zkoušení pevnosti betonu v tlaku metodou odrazu.
JGJ70 -90 Minomet. Zkušební metoda pro základní charakteristiky.
Cihly GB 5101-1998.
GB 50164-92 Kontrola kvality betonu.
Vzduchotěsnost.
Konstrukce bioplynového reaktoru poskytuje vnitřní tlak 8000 (nebo 4000 Pa). Míra úniku po 24 hodinách je menší než 3 %.
Jednotka produkce bioplynu na objem reaktoru.
Pro uspokojivé podmínky pro výrobu bioplynu se považuje za normální, když se na metr krychlový objemu reaktoru vyrobí 0,20-0,40 m 3 bioplynu.
Normální objem uskladnění plynu je 50 % denní produkce bioplynu.
Bezpečnostní faktor není menší než K=2,65.
Běžná životnost je minimálně 20 let.
Živé zatížení 2 kN/m 2 .
Únosnost základové konstrukce je minimálně 50 kPa.
Plynojemy jsou konstruovány pro tlak maximálně 8000 Pa a s plovoucím víkem pro tlak maximálně 4000 Pa.
Maximální tlakový limit pro bazén není vyšší než 12000 Pa.
Minimální tloušťka obloukové klenby reaktoru je minimálně 250 mm.
Maximální zatížení reaktoru je 90 % jeho objemu.
Konstrukce reaktoru počítá s přítomností prostoru pod víkem reaktoru pro flotaci plynu ve výši 50 % denní produkce bioplynu.
Objem reaktoru je 6 m3, průtok plynu je 0,20 m3/m3/d.
Podle těchto výkresů je možné postavit reaktory o objemu 4 m3, 8 m3, 10 m3. K tomu je nutné použít korekční rozměrové hodnoty uvedené v tabulce na výkresech.
Příprava výstavby bioplynového reaktoru.
Volba typu bioplynového reaktoru závisí na množství a vlastnostech fermentované suroviny. Výběr navíc závisí na místních hydrogeologických a klimatických podmínkách a na úrovni technologie výstavby.
Bioplynový reaktor pro domácnost by měl být umístěn v blízkosti toalet a prostor s hospodářskými zvířaty ve vzdálenosti nejvýše 25 metrů. Umístění bioplynového reaktoru by mělo být na závětrné a slunečné straně na pevné zemi s nízkou hladinou spodní vody.
Pro výběr konstrukce bioplynového reaktoru použijte průtokové tabulky stavební materiál Níže uvedené.
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,828 | 2,148 | 2,508 | 2,956 | |
Cement, kg | 523 | 614 | 717 | 845 | |
Písek, m 3 | 0,725 | 0,852 | 0,995 | 1,172 | |
Štěrk, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 | |
Objem, m3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 | |
Cement, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Písek, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 759 | 904 | 1042 | 1230 |
Písek, m 3 | 1,096 | 1,313 | 1,514 | 1,792 | |
Štěrk, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 |
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,540 | 1,840 | 2,104 | 2,384 | |
Cement, kg | 471 | 561 | 691 | 789 | |
Písek, m 3 | 0,863 | 0,990 | 1,120 | 1,260 | |
Štěrk, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Omítání montované stavby | Objem, m3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 |
Cement, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
Písek, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 707 | 851 | 1016 | 1174 |
Písek, m 3 | 1,234 | 1,451 | 1,639 | 1,880 | |
Štěrk, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
Ocelové materiály | Průměr ocelové tyče 12 mm, kg | 14 | 18,98 | 20,98 | 23,00 |
Průměr ocelové výztuže 6,5 mm, kg | 10 | 13,55 | 14,00 | 15,00 |
Objem reaktoru, m3 | |||||
4 | 6 | 8 | 10 | ||
Objem, m3 | 1,257 | 1,635 | 2,017 | 2,239 | |
Cement, kg | 350 | 455 | 561 | 623 | |
Písek, m 3 | 0,622 | 0,809 | 0,997 | 1,107 | |
Štěrk, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,510 | 1,710 | |
Omítání montované stavby | Objem, m3 | 0,277 | 0,347 | 0,400 | 0,508 |
Cement, kg | 113 | 142 | 163 | 208 | |
Písek, m 3 | 0,259 | 0,324 | 0,374 | 0,475 | |
Cementová pasta | Cement, kg | 6 | 7 | 9 | 11 |
Celkové množství materiálu | Cement, kg | 469 | 604 | 733 | 842 |
Písek, m 3 | 0,881 | 1,133 | 1,371 | 1,582 | |
Štěrk, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,540 | 1,710 |
Popis | Označení na výkresech |
Materiály: | |
Potrubí (příkop v zemi) | |
Symboly: | |
Odkaz na detailní výkres. Horní číslo označuje číslo dílu. Spodní číslo označuje číslo výkresu s podrobným popisem dílu. Pokud je místo spodní číslice uvedeno znaménko „-“, znamená to Detailní popis detaily jsou znázorněny na tomto výkresu. | |
Řez dílu. Tučné čáry označují rovinu řezu a směr pohledu a čísla označují identifikační číslo řezu. | |
Šipka ukazuje poloměr. Čísla za písmenem R označují hodnotu poloměru. | |
Běžně přijímané: | |
V souladu s tím hlavní poloosa a krátká osa elipsoidu | |
Délka | |
Návrhy bioplynových reaktorů.
Zvláštnosti:
Typ konstrukčního prvku hlavního bazénu.
Dno se svažuje od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru. Tím je zajištěno vytvoření konstantního pohyblivého proudu. Na výkresech č. 1-9 jsou vyznačeny tři typy konstrukcí bioplynových reaktorů: typ A, typ B, typ C.
Bioplynový reaktor typu A: Nejjednodušší konstrukce. Odvod kapalné látky je zajištěn pouze výstupním okénkem silou tlaku bioplynu uvnitř fermentační komory.
Bioplynový reaktor typ B: Hlavní bazén je vybaven svislým potrubím uprostřed, kterým je možné za provozu přivádět nebo odebírat kapalnou látku dle potřeby. Kromě toho má tento typ bioplynového reaktoru pro vytvoření toku látky vertikálním potrubím reflexní (deflektorovou) přepážku na dně hlavního bazénu.
Bioplynový reaktor typ C: Má podobnou konstrukci jako reaktor typu B, je však vybaven ručním pístovým čerpadlem jednoduché konstrukce instalovaným ve středovém vertikálním potrubí a dalšími reflexními přepážkami na dně hlavní nádrže. . Tyto konstrukční vlastnosti umožňují díky jednoduchosti expresních vzorků efektivně řídit parametry hlavních technologických procesů v hlavním bazénu. A také využít bioplynový reaktor jako dárce bioplynových bakterií. V reaktoru tohoto typu dochází k úplnější difúzi (promíchání) substrátu, což zase zvyšuje výtěžek bioplynu.
Fermentační vlastnosti:
Proces spočívá ve výběru roubovacího materiálu; příprava primárních surovin (upravení hustoty vodou, úprava kyselosti, přidání roubovacího materiálu); fermentace (kontrola míchání substrátu a teploty).
Jako fermentační materiály se používají lidské výkaly, hnůj hospodářských zvířat a ptačí trus. Při procesu kontinuální fermentace jsou vytvořeny relativně stabilní podmínky pro efektivní provoz bioplynového reaktoru.
Principy designu.
Dodržování „trojitého“ systému (bioplyn, záchod, stodola). Bioplynový reaktor je vertikální válcová nádrž. Výška válcové části H=1m. Horní část nádrže má klenutou klenbu. Poměr výšky oblouku k průměru válcové části je f 1 /D=1/5. Dno se svažuje od vstupního otvoru k výstupnímu otvoru. Úhel sklonu 5 stupňů.
Konstrukce tanku zajišťuje uspokojivé podmínky kvašení. K pohybu substrátu dochází gravitací. Systém funguje, když je nádrž plně naložena a řídí se na základě doby zdržení surovin zvýšením produkce bioplynu. Bioplynové reaktory typu B a C mají další zařízení pro zpracování substrátu.
Nádrž nemusí být plně naplněna surovinami. To snižuje produkci plynu bez obětování účinnosti.
Nízká cena, snadná správa, široké populární použití.
Popis stavebních materiálů.
Materiál stěn, dna a střechy bioplynového reaktoru je beton.
Čtvercové části, jako je nakládací kanál, mohou být vyrobeny z cihel. Betonové konstrukce mohou být vyrobeny litím betonové směsi, ale mohou být také vyrobeny z prefabrikovaných betonových prvků (jako jsou: kryt vstupního otvoru, nádrž na bakterie, středová trubka). Bakteriální klec je kruhového průřezu a skládá se z rozbitých vaječných skořápek umístěných v copu.
Posloupnost stavebních operací.
Způsob lití bednění je následující. Na zemi je vyznačen obrys budoucího bioplynového reaktoru. Zemina se odstraní. Nejprve se naplní dno. Na spodní straně je instalováno bednění pro lití betonu do prstence. Stěny jsou vylévány pomocí bednění a poté obloukové klenby. Na bednění lze použít ocel, dřevo nebo cihlu. Lití se provádí symetricky a pro pevnost se používají pěchovací zařízení. Přebytečný tekutý beton se odstraní špachtlí.
Stavební výkresy.
Stavba je provedena dle výkresů č. 1-9.
Nákres 1. Bioplynový reaktor 6 m 3. Typ A:
Nákres 2. Bioplynový reaktor 6 m 3. Typ A:
Stavba bioplynových reaktorů z prefabrikovaných betonových desek je pokročilejší stavební technologií. Tato technologie je pokročilejší díky snadné implementaci zachování rozměrové přesnosti, zkrácení doby výstavby a nákladů. Hlavní rys konstrukce spočívá v tom, že hlavní prvky reaktoru (klenutá klenba, stěny, kanály, kryty) jsou vyráběny mimo místo instalace, poté jsou přepravovány na místo instalace a smontovány na místě ve velké jámě. Při montáži takového reaktoru je hlavní pozornost věnována přesnosti horizontální a vertikální instalace a také hustotě tupých spojů.
Výkres 13. Bioplynový reaktor 6 m 3. Podrobnosti o bioplynovém reaktoru ze železobetonových desek:
Výkres 14. Bioplynový reaktor 6 m 3. Prvky sestavy bioplynového reaktoru:
Výkres 15. Bioplynový reaktor 6 m 3. Montážní prvky železobetonového reaktoru:
Jedním z problémů, které je třeba v zemědělství vyřešit, je likvidace hnoje a rostlinného odpadu. A to je hezké vážný problém která vyžaduje neustálou pozornost. Recyklace vyžaduje nejen čas a úsilí, ale také značné částky. Dnes existuje alespoň jeden způsob, jak to umožnit bolest hlavy proměnit ve zdroj příjmu: zpracování hnoje na bioplyn. Technologie je založena na přirozeném procesu rozkladu hnoje a rostlinných zbytků díky bakteriím, které obsahují. Celý úkol spočívá ve vytvoření speciálních podmínek pro co nejúplnější rozklad. Těmito podmínkami jsou nepřítomnost kyslíku a optimální teplota (40-50 o C).
Každý ví, jak se hnůj nejčastěji likviduje: dávají ho na hromady, pak ho po vykvašení vyvezou na pole. Vzniklý plyn se v tomto případě uvolní do atmosféry a unikne tam i 40 % dusíku obsaženého ve výchozí látce a většina fosforu. Výsledné hnojivo má k ideálu daleko.
Pro získání bioplynu je nutné, aby proces rozkladu hnoje probíhal bez přístupu kyslíku, v uzavřeném objemu. V tomto případě zůstává ve zbytkovém produktu dusík i fosfor a plyn se hromadí v horní části nádoby, odkud jej lze snadno odčerpat. Existují dva zdroje zisku: přímo plyn a účinné hnojivo. Kromě toho je hnojivo nejvyšší kvality az 99 % bezpečné: většina patogenních mikroorganismů a vajíček hlístů zahyne a semena plevelů obsažená v hnoji ztratí svou životaschopnost. Existují dokonce linky na balení tohoto zbytku.
Druhým předpokladem pro proces zpracování kejdy na bioplyn je udržování optimální teploty. Bakterie obsažené v biomase jsou při nízkých teplotách neaktivní. Začínají působit při okolní teplotě +30 o C. Navíc hnůj obsahuje dva druhy bakterií:
Nejúčinnější jsou termofilní zařízení s teplotami od +43 o C do +52 o C: v nich se hnůj zpracovává po dobu 3 dnů a výstup z 1 litru užitné plochy bioreaktoru je až 4,5 litru bioplynu (tj. maximální výkon). Ale udržování teploty +50 o C vyžaduje značný energetický výdej, který není rentabilní v každém klimatu. Bioplynové stanice proto často pracují při mezofilních teplotách. V tomto případě může být doba zpracování 12-30 dní, výtěžnost je přibližně 2 litry bioplynu na 1 litr objemu bioreaktoru.
Složení plynu se liší v závislosti na surovinách a podmínkách zpracování, ale je přibližně následující: metan - 50-70%, oxid uhličitý - 30-50% a obsahuje také malé množství sirovodíku (méně než 1 %) a velmi malá množství amoniaku, vodíku a sloučenin dusíku. V závislosti na konstrukci zařízení může bioplyn obsahovat značné množství vodní páry, což bude vyžadovat sušení (jinak prostě nebude hořet). Jak vypadá průmyslová instalace, ukazuje video.
Dá se říci, že jde o celý závod na výrobu plynu. Ale pro soukromou farmu nebo malou farmu jsou takové objemy k ničemu. Nejjednodušší zařízení na výrobu bioplynu je snadné vyrobit vlastníma rukama. Otázka však zní: Kam by měl být bioplyn poslán dál? Spalné teplo vzniklého plynu je od 5340 kcal/m3 do 6230 kcal/m3 (6,21 - 7,24 kWh/m3). Lze jej tedy dodávat do plynového kotle pro výrobu tepla (topení a ohřev vody), nebo do zařízení na výrobu elektřiny, do plynového sporáku atd. Takto využívá hnůj ze své křepelčí farmy Vladimír Rašin, projektant bioplynové stanice.
Ukazuje se, že pokud máte alespoň slušné množství hospodářských zvířat a drůbeže, můžete plně pokrýt potřeby své farmy na teplo, plyn a elektřinu. A pokud instalujete plynové instalace na auta, pak bude také poskytovat palivo pro vozový park. Vzhledem k tomu, že podíl energetických zdrojů na výrobních nákladech je 70-80%, můžete ušetřit pouze na bioreaktoru a pak vydělat spoustu peněz. Níže je screenshot ekonomického výpočtu rentability bioplynové stanice pro malou farmu (stav k září 2014). Farma se nedá nazvat malou, ale rozhodně není ani velká. Omlouváme se za terminologii - to je autorův styl.
Toto je přibližný rozpis požadovaných nákladů a možných výnosů Schémata pro domácí bioplynové stanice
Schémata domácích bioplynových stanic
Nejjednodušším schématem bioplynové stanice je uzavřená nádoba – bioreaktor, do které se nalévá připravená kejda. Podle toho je zde poklop pro nakládání hnoje a poklop pro vykládání zpracovaných surovin.
Nejjednodušší schéma bioplynové stanice bez jakýchkoli zvonků a píšťalek
Nádoba není zcela naplněna substrátem: 10-15 % objemu by mělo zůstat volných pro sběr plynu. Ve víku nádrže je zabudováno potrubí pro odvod plynu. Vzhledem k tomu, že výsledný plyn obsahuje poměrně velké množství vodní páry, nebude v této formě hořet. Proto je nutné jej protáhnout vodním uzávěrem, aby se vysušil. V tomto jednoduchém zařízení bude většina vodní páry kondenzovat a plyn bude dobře hořet. Poté je vhodné plyn očistit od nehořlavého sirovodíku a teprve poté jej lze přivádět do plynojemu - nádoby na sběr plynu. A odtud může být distribuován spotřebitelům: přiváděn do kotle nebo plynové trouby. Podívejte se na video, abyste viděli, jak vyrobit filtry pro bioplynovou stanici vlastníma rukama.
Velké průmyslové instalace jsou umístěny na povrchu. A to je v zásadě pochopitelné - objem zemních prací je příliš velký. Ale na malých farmách je mísa bunkru pohřbena v zemi. To vám za prvé umožňuje snížit náklady na udržování požadované teploty a za druhé, na soukromém dvorku je již dostatek všech druhů zařízení.
Kontejner může být odebrán hotový nebo vyrobený z cihel, betonu atd. ve vykopané jámě. V tomto případě se ale budete muset postarat o těsnost a nepropustnost vzduchu: proces je anaerobní - bez přístupu vzduchu, proto je nutné vytvořit vrstvu neprostupnou pro kyslík. Struktura se ukazuje jako vícevrstvá a výroba takového bunkru je dlouhý a nákladný proces. Proto je levnější a jednodušší hotovou nádobu zakopat. Dříve to byly nutně kovové sudy, často vyrobené z nerezové oceli. Dnes, s příchodem PVC kontejnerů na trh, je můžete použít. Jsou chemicky neutrální, mají nízkou tepelnou vodivost, dlouhou životnost a jsou několikanásobně levnější než nerez.
Ale výše popsaná bioplynová stanice bude mít nízkou produktivitu. Pro aktivaci procesu zpracování je nutné aktivní míchání hmoty umístěné v násypce. V opačném případě se na povrchu nebo v tloušťce substrátu tvoří krusta, která zpomaluje proces rozkladu a na výstupu se tvoří méně plynu. Míchání se provádí jakýmkoli dostupným způsobem. Například, jak je ukázáno na videu. V tomto případě lze provést jakýkoli pohon.
Existuje ještě jeden způsob promíchání vrstev, který je však nemechanický - barbitace: vzniklý plyn je pod tlakem přiváděn do spodní části nádoby s hnojem. Plynové bubliny stoupající vzhůru rozbijí kůru. Vzhledem k tomu, že je dodáván stejný bioplyn, nedojde k žádným změnám podmínek zpracování. Také tento plyn nelze považovat za spotřebu – opět skončí v plynojemu.
Jak bylo uvedeno výše, pro dobrý výkon jsou nutné zvýšené teploty. Abyste za udržování této teploty neutratili příliš mnoho peněz, musíte se postarat o izolaci. Jaký typ tepelného izolantu zvolit, je samozřejmě na vás, ale dnes je nejoptimálnější pěnový polystyren. Nebojí se vody, netrpí houbami a hlodavci, má dlouhou životnost a vynikající tepelně izolační vlastnosti.
Tvar bioreaktoru může být různý, ale nejběžnější je válcový. Není to ideální z hlediska náročnosti míchání substrátu, ale používá se to častěji, protože lidé nasbírali se stavbou takových nádob mnoho zkušeností. A pokud je takový válec rozdělen přepážkou, pak je lze použít jako dvě samostatné nádrže, ve kterých se proces posouvá v čase. V tomto případě lze do přepážky zabudovat topné těleso a vyřešit tak problém udržení teploty ve dvou komorách najednou.
V nejjednodušší verzi jsou domácí bioplynové stanice obdélníková jáma, jejíž stěny jsou vyrobeny z betonu a pro těsnost jsou ošetřeny vrstvou skelných vláken a polyesterové pryskyřice. Tato nádoba je opatřena víkem. Použití je extrémně nepohodlné: zahřívání, míchání a odstraňování fermentované hmoty je obtížné realizovat a je nemožné dosáhnout úplného zpracování a vysoké účinnosti.
O něco lepší je situace u zákopových bioplynových úpraven kejdy. Mají zkosené hrany, což usnadňuje nakládání čerstvého hnoje. Pokud uděláte dno ve svahu, pak se fermentovaná hmota samospádem posune na jednu stranu a bude snazší ji vybrat. V takových instalacích je nutné zajistit tepelnou izolaci nejen stěn, ale i víka. Realizovat takovou bioplynovou stanici vlastníma rukama není těžké. Nelze v něm ale dosáhnout úplného zpracování a maximálního množství plynu. I když zahřátý.
Základní technické problémy byly vyřešeny a nyní znáte několik způsobů, jak postavit zařízení na výrobu bioplynu z hnoje. Stále existují technologické nuance.
Co lze recyklovat a jak dosáhnout dobrých výsledků
Hnůj jakéhokoli zvířete obsahuje organismy nezbytné pro jeho zpracování. Bylo zjištěno, že na fermentačním procesu a produkci plynu se podílí více než tisíc různých mikroorganismů. Nejdůležitější roli hrají látky tvořící metan. Předpokládá se také, že všechny tyto mikroorganismy se nacházejí v optimálních poměrech v hnoji skotu. Každopádně při zpracování tohoto druhu odpadu v kombinaci s rostlinnou hmotou se uvolňuje největší množství bioplynu. V tabulce jsou uvedeny průměrné údaje pro nejběžnější druhy zemědělského odpadu. Vezměte prosím na vědomí, že toto množství plynu lze získat za ideálních podmínek.
Pro dobrou produktivitu je nutné udržovat určitou vlhkost substrátu: 85-90%. Musí se ale používat voda, která neobsahuje cizorodé látky. chemické substance. Rozpouštědla, antibiotika, detergenty atd. mají negativní vliv na procesy. Také, aby proces probíhal normálně, kapalina by neměla obsahovat velké úlomky. Maximální rozměryúlomky: 1*2 cm, lepší jsou menší. Pokud tedy plánujete přidat bylinné přísady, musíte je namlít.
Pro normální zpracování v substrátu je důležité udržovat optimální hodnotu pH: v rozmezí 6,7-7,6. Prostředí má obvykle normální kyselost a jen občas se kyselinotvorné bakterie vyvíjejí rychleji než bakterie tvořící metan. Pak se prostředí stává kyselým, produkce plynu klesá. Pro dosažení optimální hodnoty přidejte do substrátu běžné vápno nebo sodu.
Nyní něco málo o době, kterou zabere zpracování hnoje. Obecně platí, že doba závisí na vytvořených podmínkách, ale první plyn může začít proudit již třetí den po začátku fermentace. Nejaktivnější tvorba plynu nastává, když se hnůj rozloží o 30–33 %. Abyste měli představu o čase, řekněme, že po dvou týdnech se substrát rozloží o 20–25 %. To znamená, že optimálně by zpracování mělo trvat měsíc. V tomto případě je hnojivo nejvyšší kvality.
Výpočet objemu zásobníku pro zpracování
Pro malé farmy je optimální instalace konstantní – tehdy se čerstvý hnůj dodává v malých dávkách denně a odstraňuje ve stejných dávkách. Aby proces nebyl narušen, podíl denní zátěže by neměl přesáhnout 5 % zpracovávaného objemu.
Domácí zařízení pro zpracování hnoje na bioplyn nejsou vrcholem dokonalosti, ale jsou docela efektivní
Na základě toho snadno určíte potřebný objem nádrže pro domácí bioplynovou stanici. Denní objem chlévské mrvy z vaší farmy (již ve zředěném stavu s vlhkostí 85-90%) je potřeba vynásobit 20 (to je pro mezofilní teploty, pro teplomilné budete muset násobit 30). K výslednému číslu je třeba přidat dalších 15-20% - volný prostor pro sběr bioplynu pod kopulí. Znáte hlavní parametr. Veškeré další náklady a parametry systému závisí na tom, jaké schéma bioplynové stanice je pro realizaci zvoleno a jak vše uděláte. Je docela možné vystačit si s improvizovanými materiály, nebo si můžete objednat instalaci na klíč. Vývoj továrny bude stát od 1,5 milionu eur, instalace z Kulibinů budou levnější.
Zákonná registrace
Instalace bude muset být koordinována s SES, plynárenskou inspekcí a hasiči. Budete potřebovat:
- Technologické schéma instalace.
- Plán rozmístění zařízení a komponentů s ohledem na samotnou instalaci, místo instalace tepelné jednotky, umístění potrubí a energetických rozvodů a připojení čerpadel. Schéma by mělo označovat hromosvod a přístupové cesty.
- Pokud bude instalace umístěna uvnitř, pak bude nutný i plán větrání, který zajistí minimálně osminásobnou výměnu veškerého vzduchu v místnosti.
Jak vidíme, bez byrokracie se zde neobejdeme.
Na závěr něco málo o výkonu instalace. V průměru za den vyrobí bioplynová stanice objem plynu dvojnásobek užitečného objemu zásobníku. To znamená, že 40 m 3 kejdy vyprodukuje 80 m 3 plynu za den. Přibližně 30 % bude vynaloženo na zajištění samotného procesu (hlavní nákladovou položkou je vytápění). Tito. na výstupu obdržíte 56 m 3 bioplynu za den. Podle statistik je k pokrytí potřeb tříčlenné rodiny a vytápění průměrně velkého domu potřeba 10 m 3 . V čistém zůstatku máte 46 m3 za den. A to s malou instalací.
Výsledek
Investicí určité finanční částky do zřízení bioplynové stanice (vlastníma rukama nebo na klíč) uspokojíte nejen vlastní potřeby a potřeby tepla a plynu, ale budete moci plyn prodávat, as stejně jako vysoce kvalitní hnojiva vzniklá zpracováním.
Dobrý den všem! Tento příspěvek pokračuje v tématu alternativní energie pro vás. V něm vám povím o bioplynu a jeho využití pro vytápění domácnosti a vaření. Toto téma je nejzajímavější pro zemědělce, kteří mají přístup k různým surovinám pro získání tohoto typu paliva. Nejprve si ujasněme, co je bioplyn a odkud pochází.
Odkud bioplyn pochází a z čeho se skládá?
Bioplyn je hořlavý plyn, který vzniká jako produkt životně důležité činnosti mikroorganismů v živném médiu. Tento živné médium může být hnůj nebo siláž, která je umístěna ve speciálním bunkru. V tomto bunkru, zvaném reaktor, vzniká bioplyn. Vnitřek reaktoru bude uspořádán následovně:
Pro urychlení procesu fermentace biomasy je potřeba ji zahřát. K tomu lze použít topné těleso nebo výměník tepla připojený k libovolnému topnému kotli. Nesmíme zapomínat na dobrou tepelnou izolaci, abychom předešli zbytečným nákladům na energie na vytápění. Kromě zahřívání je třeba kvasnou hmotu míchat. Bez toho může být účinnost instalace výrazně snížena. Míchání může být ruční nebo mechanické. Vše závisí na rozpočtu nebo na tom, co je k dispozici technické prostředky. Nejdůležitější věcí v reaktoru je objem! Malý reaktor prostě není fyzicky schopen vyrobit velké množství plynu.
Chemické složení plynu silně závisí na tom, jaké procesy v reaktoru probíhají. Nejčastěji tam dochází k procesu kvašení metanu, při kterém vzniká plyn s vysokým procentem metanu. Ale místo fermentace metanu může dobře nastat proces s tvorbou vodíku. Ale podle mého názoru není vodík pro běžného spotřebitele nezbytný a může být dokonce nebezpečný. Jen si vzpomeňte na smrt vzducholodi Hindenburg. Nyní pojďme zjistit, z čeho lze bioplyn získat.
Z čeho můžete získat bioplyn?
Plyn lze získat z různé typy biomasa. Uveďme je ve formě seznamu:
- Odpad výroba potravin- může to být odpad z porážky nebo výroby mléka. Vhodný odpad z výroby slunečnicového nebo bavlníkového oleje. To je daleko od toho úplný seznam, ale k vyjádření podstaty to stačí. Tento druh suroviny produkuje nejvyšší obsah metanu v plynu (až 85 %).
- Zemědělské plodiny – v některých případech se k výrobě plynu pěstují speciální druhy rostlin. K tomu je vhodná například silážní kukuřice nebo mořské řasy. Procento obsahu metanu v plynu se pohybuje kolem 70 %.
- Hnůj se nejčastěji používá na velkochovech hospodářských zvířat. Procento metanu v plynu při použití hnoje jako suroviny obvykle nepřesáhne 60 % a zbytek bude tvořit oxid uhličitý a poměrně málo sirovodíku a čpavku.
Blokové schéma zařízení na bioplyn.
Abychom co nejlépe porozuměli fungování bioplynové stanice, podívejme se na následující obrázek:
Struktura bioreaktoru byla probrána výše, takže o ní nebudeme mluvit. Podívejme se na další součásti instalace:
- Přijímač odpadu je druh kontejneru, do kterého v první fázi spadají suroviny. V něm lze suroviny smíchat s vodou a rozdrtit.
- Čerpadlo (za sběračem odpadu) je fekální čerpadlo, pomocí kterého je do reaktoru čerpána biomasa.
- Kotel je topný kotel využívající jakékoli palivo, určený k ohřevu biomasy uvnitř reaktoru.
- Čerpadlo (vedle kotle) je oběhové.
- „Hnojivo“ je nádoba, do které padá fermentovaný kal. Jak je zřejmé z kontextu, lze jej použít jako hnojivo.
- Filtr je zařízení, ve kterém se bioplyn uvádí do stavu. Filtr odstraňuje přebytečné plyny a vlhkost.
- Kompresor - stlačuje plyn.
- Sklad plynu je uzavřená nádrž, ve které lze skladovat plyn připravený k použití po libovolně dlouhou dobu.
Bioplyn pro soukromý dům.
Mnoho majitelů malých farem přemýšlí o využití bioplynu pro vnitřní potřebu. Ale poté, co se podrobněji dozvěděli, jak to všechno funguje, většina od této myšlenky upouští. To je způsobeno tím, že zařízení na zpracování hnoje nebo siláže stojí hodně peněz a výstup plynu (v závislosti na surovině) může být malý. To zase činí instalaci zařízení nerentabilní. Farmáři obvykle instalují primitivní zařízení, která běží na hnoji pro soukromé domy. Nejčastěji jsou schopni zajistit pouze plyn do kuchyně a nízkopříkonový nástěnný plynový kotel. Ve stejnou dobu technologický postup budete muset vynaložit mnoho energie na vytápění, čerpání a provoz kompresoru. Ze zobrazení nelze vyloučit ani drahé filtry.
Obecně platí, že zde platí toto: čím větší je samotná instalace, tím výnosnější je její provoz. Ale pro domácí podmínky je to téměř vždy nemožné. To ale neznamená, že domácí instalace nikdo nedělá. Navrhuji, abyste se podívali na následující video, abyste viděli, jak to vypadá s použitím odpadních materiálů:
Souhrn.
Bioplyn — skvělá cesta užitečné zpracování organického odpadu. Výstupem je palivo a užitečné hnojivo ve formě fermentovaného kalu. Tato technologie funguje tím efektivněji, čím větší je objem zpracovávaných surovin. Moderní technologie umožňují výrazně zvýšit produkci plynu pomocí speciálních katalyzátorů a mikroorganismů. Hlavní nevýhodou toho všeho je vysoká cena jednoho metru krychlového. Pro obyčejní lidé nejčastěji bude mnohem levnější nakupovat plyn v lahvích, než stavět zařízení na zpracování odpadu. Ale samozřejmě existují výjimky ze všech pravidel, takže před rozhodnutím přejít na bioplyn se vyplatí spočítat cenu za metr krychlový a dobu návratnosti. To je zatím vše, dotazy pište do komentářů