Biogāze ir gāze, ko iegūst, fermentējot biomasu ar metānu. Biomasas sadalīšanās komponentos notiek 3 veidu baktēriju ietekmē. Pārtikas ķēdē nākamās baktērijas barojas ar iepriekšējo baktēriju atkritumiem. Pirmais veids ir hidrolītiskās baktērijas, otrais ir skābi veidojošs, trešais ir metāns. Biogāzes ražošanā ir iesaistītas ne tikai metanogēna klases baktērijas, bet visas trīs sugas.

Biogāzes sastāvs

55%-75% metāna, 25%-45% CO2, nelieli H2 un H2S piemaisījumi. Pēc biogāzes attīrīšanas no CO2 tiek iegūts biometāns. Biometāns ir pilnīgs dabasgāzes analogs. Vienīgā atšķirība ir izcelsmē.

Izejvielas, kas jāiegūst

Organiskie atkritumi: kūtsmēsli, graudu un krīta nogulsnes, izlietotie graudi, biešu mīkstums, fekāliju dūņas, zivis un kautuvju atkritumi (asinis, tauki, zarnas, cukurniedres), zāle, sadzīves atkritumi, piena produktu atkritumi - laktoze, sūkalas, ražošanas atkritumi biodīzeļdegviela - tehniskā glicerīns no rapša sēklām biodīzeļdegvielas ražošanā, sulu ražošanas atkritumi - augļu mīkstums, ogu mīkstums, vīnogu izspaidas, aļģes, cietes un melases ražošanas atkritumi - mīkstums un sīrups, kartupeļu pārstrādes atkritumi, čipsu ražošana - mizas , ādas, sapuvuši bumbuļi.

Biogāzes iznākums ir atkarīgs no sausnas satura un izmantotās izejvielas veida. Tonna kūtsmēslu saražo 30-50 m³ biogāzes ar metāna saturu 60 , 150-500 m3 biogāzes no dažāda veida iekārtām ar metāna saturu līdz 70%. Maksimālais biogāzes daudzums ir 1300 m3 ar metāna saturu līdz 87 var iegūt no taukiem.

Biogāzes aprēķinos tiek izmantots sausnas (DM vai angļu TS) vai sausās atliekas (CO) jēdziens. Biomasā esošais ūdens nerada gāzi.

No 1 kg sausnas iegūst 300 līdz 500 litrus biogāzes.

Lai aprēķinātu biogāzes iznākumu no konkrētas izejvielas, nepieciešams veikt laboratoriskās pārbaudes vai apskatīt references datus un noteikt tauku, olbaltumvielu un ogļhidrātu saturu. Nosakot pēdējo, svarīgi noskaidrot ātri noārdāmo (fruktoze, cukurs, saharoze, ciete) un grūti sadalāmo vielu (piemēram, celuloze, hemiceluloze, lignīns) procentuālo daudzumu. Pēc elementu satura noteikšanas gāzes iznākumu aprēķina katram atsevišķi un pēc tam summē.

Iepriekš, kad vēl nebija zinātnes par biogāzi un biogāze tika saistīta ar kūtsmēsliem, tika lietots jēdziens “dzīvnieku vienība”. Mūsdienās, kad viņi ir iemācījušies ražot biogāzi no visa organiskā, šī koncepcija ir aizgājusi prom un vairs netiek izmantota.

Papildus atkritumiem biogāzi var ražot arī no īpaši audzētām enerģijas kultūrām, piemēram, skābbarības kukurūzas vai silfija. Gāzes izlaide var sasniegt līdz 500 m3 uz tonnu.

Stāsts

Cilvēce jau sen iemācījās lietot biogāzi. 2. gadu tūkstotī pirms mūsu ēras. Mūsdienu Vācijas teritorijā jau pastāvēja primitīvas biogāzes stacijas. Alemaņi, kas apdzīvoja Elbas baseina mitrājus, iztēlojās pūķus purva dreifējošā mežā. Viņi uzskatīja, ka uzliesmojošā gāze, kas uzkrājas purvu bedrēs, ir Pūķa smirdošā elpa. Lai nomierinātu Pūķi, upuri un pāri palikušie ēdieni tika iemesti purvā. Cilvēki ticēja, ka Pūķis nāk naktī un viņa elpa paliek bedrēs. Alemanieši nāca klajā ar ideju šūt nojumes no ādas, nosegt ar tām purvu, novirzīt gāzi pa ādas caurulēm uz savu māju un sadedzināt ēdiena gatavošanai. Tas ir saprotams, jo sausu malku bija grūti atrast, un purva gāze (biogāze) lieliski atrisināja šo problēmu.

17. gadsimtā Jans Baptists Van Helmonts atklāja, ka bojājas biomasa izdala uzliesmojošas gāzes. Alesandro Volta 1776. gadā nonāca pie secinājuma, ka pastāv saistība starp sadalošās biomasas daudzumu un izdalītās gāzes daudzumu. 1808. gadā sers Hamfrijs Deivijs atklāja metānu biogāzē.

Pirmā dokumentētā biogāzes stacija tika uzcelta Bombejā, Indijā 1859. gadā. 1895. gadā Apvienotajā Karalistē ielu apgaismojumam tika izmantota biogāze. 1930. gadā, attīstoties mikrobioloģijai, tika atklātas baktērijas, kas iesaistītas biogāzes ražošanas procesā.

Ekoloģija

Biogāzes ražošana palīdz novērst metāna emisijas atmosfērā. Pārstrādātus kūtsmēslus lauksaimniecībā izmanto kā mēslojumu. Tas samazina ķīmiskā mēslojuma izmantošanu un samazina gruntsūdeņu slodzi.

Metāna siltumnīcas efekts ir 21 reizi lielāks nekā CO2, un tas saglabājas atmosfērā 12 gadus. Metāna uztveršana ir labākais īstermiņa veids, kā novērst globālo sasilšanu.

Ražošana

Kopumā pasaulē šobrīd tiek izmantotas vai izstrādātas aptuveni 60 veidu biogāzes ražošanas tehnoloģijas. Visizplatītākā metode ir anaerobā fermentācija metatankos jeb anaerobās kolonnas (krievu valodā termins nav izveidots). Daļa no biogāzes izmantošanas rezultātā iegūtās enerģijas tiek izmantota procesa uzturēšanai (līdz 15-20% ziemā). Valstīs ar karstu klimatu metāna tvertne nav jāuzsilda. Baktērijas pārvērš biomasu metānā temperatūrā no 25°C līdz 70°C.

Lai raudzētu dažu veidu izejvielas tīrā veidā, ir nepieciešama īpaša divpakāpju tehnoloģija. Piemēram, putnu mēsli un spirta rūpnīcu nogulsnes netiek pārstrādātas biogāzē parastajā reaktorā. Lai apstrādātu šādas izejvielas, ir nepieciešams papildu hidrolīzes reaktors. Šāds reaktors ļauj kontrolēt skābuma līmeni, tāpēc baktērijas nemirst, jo palielinās skābju vai sārmu saturs.

Biogāzes ražošana ir ekonomiski pamatota, pārstrādājot pastāvīgu atkritumu plūsmu, piemēram, lopkopības saimniecībās.

Poligona gāze ir viens no biogāzes veidiem. To iegūst poligonos no sadzīves sadzīves atkritumiem.

Pieteikums

Biogāzi izmanto kā degvielu elektroenerģijas, siltuma vai tvaika ražošanai vai kā degvielu transportlīdzekļiem. Indijā, Vjetnamā, Nepālā un citās valstīs tiek būvētas mazas (vienas ģimenes) biogāzes stacijas. Tajos saražotā gāze tiek izmantota ēdiena gatavošanai.

Biogāzes iekārtas var uzstādīt kā notekūdeņu attīrīšanas iekārtas fermās, putnu fermās, spirta rūpnīcās, cukurfabrikās un gaļas pārstrādes uzņēmumos. Biogāzes iekārta var aizstāt veterināro un sanitāro iekārtu. Tie. gaļas un kaulu miltus var pārstrādāt biogāzē, nevis ražot gaļas un kaulu miltus.

Visvairāk mazo biogāzes staciju atrodas Ķīnā - vairāk nekā 10 miljoni (90. gadu beigās). Tie saražo aptuveni 7 miljardus m³ biogāzes gadā, kas nodrošina degvielu aptuveni 60 miljoniem zemnieku. Indijā kopš 1981. gada ir uzstādīti 3,8 miljoni mazu biogāzes staciju.

2006. gada beigās Ķīnā darbojās aptuveni 18 miljoni biogāzes staciju. To izmantošana ļauj nomainīt 10,9 miljonus tonnu degvielas ekvivalenta.

Rūpnieciski attīstīto valstu vidū vadošā vieta biogāzes ražošanā un izmantošanā pēc relatīvajiem rādītājiem ir Dānijai - biogāze tās kopējā enerģijas bilancē aizņem līdz 18%. Absolūtos skaitļos Vācija ieņem vadošo vietu vidējo un lielo instalāciju skaitā - 8000 tūkstoši vienību. Rietumeiropā vismaz puse putnu fermu tiek apsildītas ar biogāzi.

Volvo un Scania ražo autobusus ar biogāzes dzinējiem. Šādi autobusi tiek aktīvi izmantoti Šveices pilsētās: Bernē, Bāzelē, Ženēvā, Lucernā un Lozannā. Saskaņā ar Šveices Gāzes nozares asociācijas prognozēm līdz 2010. gadam 10% Šveices transportlīdzekļu darbosies ar biogāzi.

Gāzi plaši izmanto gan rūpniecībā, tostarp ķīmiskajā (piemēram, izejvielas plastmasas ražošanai), gan sadzīvē. Sadzīves apstākļos gāzi izmanto dzīvojamo privāto un daudzdzīvokļu māju apkurei, ēdiena gatavošanai, ūdens sildīšanai, kā degvielu automašīnām u.c.

No vides viedokļa gāze ir viens no tīrākajiem kurināmajiem. Salīdzinot ar citiem degvielas veidiem, tai ir viszemākais kaitīgo izmešu daudzums.

Bet, ja mēs runājam par gāzi, mēs automātiski domājam dabasgāzi, kas iegūta no zemes zarnām.

Kādu dienu avīzē uzgāju rakstu, kurā stāstīts, kā viens vectēvs salika vienkāršu instalāciju un iegūst gāzi no kūtsmēsliem. Šī tēma mani ļoti interesēja. Un es gribētu runāt par šo dabasgāzes alternatīvu - biogāzi. Es uzskatu, ka šī tēma ir diezgan interesanta un noderīga vienkāršajiem cilvēkiem un īpaši zemniekiem.

Jebkuras zemnieku sētas sētā var izmantot ne tikai vēja, saules enerģiju, bet arī biogāzi.

Biogāze- gāzveida degviela, organisko vielu anaerobās mikrobioloģiskās sadalīšanās produkts. Gāzes ražošanas tehnoloģija ir videi draudzīga, bezatkritumu metode dažādu augu un dzīvnieku izcelsmes organisko atkritumu pārstrādei, pārstrādei un dezinfekcijai.

Izejvielas biogāzes ražošanai ir parastie kūtsmēsli, lapas, zāle, kopumā jebkuri organiskie atkritumi: galotnes, pārtikas atkritumi, kritušās lapas.

Iegūtā gāze, metāns, ir metāna baktēriju dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultāts. Metāns, saukts arī par purva vai raktuvju gāzi, veido 90-98% no dabasgāzes, ko izmanto ikdienā.

Gāzes ražošanas uzstādīšana ir ļoti vienkārša ražošanā. Mums ir nepieciešams galvenais konteiners, to varat pagatavot pats vai izmantot kādu gatavu, tas var būt jebkas. Lai ierīci izmantotu aukstajā sezonā, konteinera sānos ir jāuzstāda siltumizolācija. Uz augšu izgatavojam pāris lūkas. No viena no tiem savienojam caurules gāzes noņemšanai. Intensīvai fermentācijas procesam un gāzes izdalīšanai maisījums periodiski jāmaisa. Tāpēc jums ir jāinstalē sajaukšanas ierīce. Tālāk gāze ir jāsavāc un jāuzglabā vai jāizmanto paredzētajam mērķim. Lai savāktu gāzi, varat izmantot parasto automašīnas kameru, un pēc tam, ja jums ir kompresors, saspiediet to un iesūknējiet to cilindros.

Darbības princips ir pavisam vienkāršs: kūtsmēslus iekrauj caur vienu lūku. Iekšpusē šo biomasu sadala īpašas metāna baktērijas. Lai process būtu intensīvāks, saturs ir jāmaisa un vēlams karsē. Apkurei iekšpusē varat uzstādīt caurules, caur kurām jācirkulē karstais ūdens. Baktēriju vitālās darbības rezultātā izdalītais metāns caur caurulēm nonāk automašīnas kamerās, un, uzkrājoties pietiekamam daudzumam, tas ar kompresora palīdzību tiek saspiests un iesūknēts cilindros.

Siltā laikā vai izmantojot mākslīgo apkuri, iekārta var saražot diezgan lielu gāzes daudzumu, apmēram 8 m 3 / dienā.

Gāzi no sadzīves atkritumiem iespējams iegūt arī no poligoniem, taču problēma ir sadzīvē izmantojamās ķīmiskās vielas.

Metāna baktērijas atrodas dzīvnieku zarnās un līdz ar to arī kūtsmēslos. Bet, lai viņi sāktu darboties, ir jāierobežo to mijiedarbība ar skābekli, jo tas kavē viņu dzīvībai svarīgās funkcijas. Tāpēc ir jāizveido īpašas instalācijas, lai baktērijas nenonāktu saskarē ar gaisu.

Iegūtajā biogāzē metāna koncentrācija ir nedaudz zemāka nekā dabasgāzē, tāpēc, sadedzinot, tā radīs nedaudz mazāk siltuma. Dedzinot 1 m 3 dabasgāzes, izdalās 7-7,5 Gcal, tad, sadedzinot biogāzi - 6-6,5 Gcal.

Šī gāze ir piemērota gan apkurei (mums ir arī vispārīga informācija par apkuri), gan izmantošanai sadzīves krāsnīs. Biogāzes izmaksas ir zemas un dažos gadījumos praktiski vienādas ar nulli, ja viss ir izgatavots no lūžņiem un tur, piemēram, govi.

Gāzes ražošanas atkritumi ir vermikomposts - organiskais mēslojums, kurā sabrukšanas procesā bez skābekļa pieejamības viss, sākot no nezāļu sēklām, sapūst un paliek tikai augiem nepieciešamie noderīgie mikroelementi.

Ir pat metodes mākslīgo gāzes atradņu izveidošanai ārvalstīs. Tas izskatās šādi. Tā kā liela daļa izmesto sadzīves atkritumu ir organiskās vielas, kas var pūst un ražot biogāzi. Lai gāze sāktu izdalīties, ir nepieciešams atņemt organisko vielu mijiedarbību ar gaisu. Tāpēc atkritumi tiek sarullēti slāņos, un virsējais slānis ir izgatavots no gāzi necaurlaidīga materiāla, piemēram, māla. Tad viņi urbj akas un iegūst gāzi it kā no dabas atradnēm. Un vienlaikus tiek risinātas vairākas problēmas, piemēram, atkritumu apglabāšana un enerģijas ražošana.

Kādos apstākļos tiek ražota biogāze?

Biogāzes iegūšanas nosacījumi un enerģētiskā vērtība

Lai saliktu maza izmēra iekārtu, ir jāzina, no kādām izejvielām un ar kādu tehnoloģiju var iegūt biogāzi.

Gāze tiek iegūta organisko vielu sadalīšanās (fermentācijas) laikā bez gaisa pieejamības (anaerobs process): mājdzīvnieku mēsli, salmi, galotnes, kritušās lapas un citi organiskie atkritumi, kas rodas individuālajās mājsaimniecībās. No tā izriet, ka biogāzi var iegūt no jebkuriem sadzīves atkritumiem, kas var sadalīties un rūgt šķidrā vai mitrā stāvoklī.

Sadalīšanās (fermentācijas) process notiek divās fāzēs:

1. Biomasas sadalīšanās (hidrotācija);
2. Gazifikācija (biogāzes izdalīšana).

Šie procesi notiek fermentatorā (anaerobās biogāzes iekārtā).

Dūņas, kas iegūtas pēc sadalīšanās biogāzes stacijās, palielina augsnes auglību un produktivitāti par 10-50%. Tādējādi tiek iegūts visvērtīgākais mēslojums.

Biogāze sastāv no gāzu maisījuma:

• metāns-55-75%;
• oglekļa dioksīds - 23-33%;
• sērūdeņradis - 7%.

Metāna fermentācija ir sarežģīts organisko vielu fermentācijas process – baktēriju process. Galvenais nosacījums, lai šis process notiktu, ir siltuma klātbūtne.

Biomasas sadalīšanās laikā rodas siltums, kas ir pietiekams procesa norisei, lai šo siltumu saglabātu, fermentatoram jābūt termiski izolētam. Pazeminoties temperatūrai fermentatorā, samazinās gāzu izdalīšanās intensitāte, jo palēninās mikrobioloģiskie procesi organiskajā masā. Tāpēc uzticama biogāzes stacijas (biofermentētāja) siltumizolācija ir viens no svarīgākajiem tās normālas darbības nosacījumiem. Iekraujot kūtsmēslus fermentatorā, tie jāsajauc ar karstu ūdeni 35-40 o C temperatūrā. Tas palīdzēs nodrošināt nepieciešamo darbības režīmu.

Pārkraujot jāsamazina siltuma zudumi.Inženiertehniskā palīdzība biogāzei

Labākai fermentatora sildīšanai varat izmantot “siltumnīcas efektu”. Lai to izdarītu, virs kupola ir uzstādīts koka vai vieglā metāla rāmis un pārklāts ar plastmasas plēvi. Vislabākie rezultāti tiek sasniegti 30-32°C raudzētās izejvielas temperatūrā un 90-95% mitrumā. Vidējās un ziemeļu zonas reģionos daļa saražotās gāzes gada aukstajos periodos jāiztērē raudzētās masas papildu karsēšanai, kas apgrūtina biogāzes staciju projektēšanu.

Instalācijas ir viegli uzbūvējamas atsevišķās saimniecībās, izmantojot īpašus fermentatorus biomasas raudzēšanai. Galvenā organiskā izejviela iekraušanai fermentatorā ir kūtsmēsli.

Pirmo reizi iekraujot liellopu kūtsmēslus, fermentācijas procesam jāilgst vismaz 20 dienas, bet cūkgaļas kūtsmēsliem vismaz 30 dienas. Iekraujot dažādu komponentu maisījumu, jūs varat iegūt vairāk gāzes nekā iekraujot, piemēram, kūtsmēslus.

Piemēram, liellopu kūtsmēslu un mājputnu kūtsmēslu maisījums, pārstrādājot, veido līdz 70% metāna biogāzē.

Kad fermentācijas process ir stabilizējies, katru dienu jāiekrauj izejvielas ar ne vairāk kā 10% no fermentatorā apstrādātās masas daudzuma.

Fermentācijas laikā papildus gāzes ražošanai tiek dezinficētas organiskās vielas. Organiskie atkritumi atbrīvojas no patogēnās mikrofloras un dezodorē nepatīkamās smakas.

Iegūtās dūņas periodiski jāizkrauj no fermentatora, tās izmanto kā mēslojumu.

Pirmo reizi uzpildot biogāzes staciju, iegūtā gāze nedeg, tas notiek tāpēc, ka pirmā saražotā gāze satur lielu daudzumu oglekļa dioksīda, aptuveni 60%. Tāpēc tas ir jāizlaiž atmosfērā, un pēc 1-3 dienām biogāzes stacijas darbība stabilizēsies.

Tabula Nr.1 ​​- viena dzīvnieka ekskrementu fermentācijas laikā iegūtais gāzes daudzums dienā

Pēc izdalītās enerģijas daudzuma 1 m 3 biogāzes ir līdzvērtīgs:

• 1,5 kg ogļu;
• 0,6 kg petrolejas;
• 2 kW/h elektroenerģijas;
• 3,5 kg malkas;
• 12 kg kūtsmēslu briketes.

Maza izmēra biogāzes staciju projektēšana

1. attēls - vienkāršākās biogāzes stacijas diagramma ar piramīdveida kupolu: 1 - kūtsmēslu bedre; 2 - rieva - ūdens blīvējums; 3 — zvans gāzes savākšanai; 4, 5 - gāzes izplūdes caurule; 6 - manometrs.

Atbilstoši 1. attēlā redzamajiem izmēriem ir aprīkota bedre 1 un kupols 3. Bedre ir izklāta ar 10 cm biezām dzelzsbetona plāksnēm, kuras apmestas ar cementa javu un hermētiskumam pārklātas ar sveķiem. No jumta dzelzs metināts 3 m augsts zvans, kura augšējā daļā uzkrāsies biogāze. Lai pasargātu to no korozijas, zvans tiek periodiski krāsots ar diviem eļļas krāsas slāņiem. Vēl labāk ir vispirms pārklāt zvana iekšpusi ar sarkanu svinu. Zvana augšējā daļā ir uzstādīta caurule 4, lai noņemtu biogāzi, un ir uzstādīts manometrs 5, lai mērītu tās spiedienu. Gāzes izplūdes caurule 6 var būt izgatavota no gumijas šļūtenes, plastmasas vai metāla caurules.

Ap fermentatora bedres ierīkota betona rieva - ūdens blīvējums 2. piepildīts ar ūdeni, kurā 0,5 m iegremdēta zvana apakšējā puse.

2. attēls - ierīce kondensāta noņemšanai: 1 - cauruļvads gāzes noņemšanai; 2 - U-veida caurule kondensātam; 3 - kondensāts.

Gāzi var piegādāt, piemēram, virtuves plītij caur metāla, plastmasas vai gumijas caurulēm. Lai caurules neaizsaltu kondensācijas ūdens sasalšanas dēļ ziemā, izmantojiet vienkāršu ierīci, kas parādīta 2. attēlā: U-veida caurule 2 ir savienota ar cauruļvadu 1 zemākajā punktā. Tās brīvās daļas augstumam jābūt lielākam par biogāzes spiedienu (mm ūdens kolonnā). Kondensāts 3 tiek novadīts caur caurules brīvo galu, un nebūs gāzes noplūdes.

3. attēls - vienkāršākās biogāzes stacijas diagramma ar konisku kupolu: 1 - kūtsmēslu bedre; 2 — kupols (zvans); 3 — izvērsta caurules daļa; 4 - gāzes izplūdes caurule; 5 - rieva - ūdens blīvējums.

3. attēlā redzamajā instalācijā bedre 1 ar diametru 4 mm un dziļumu 2 m iekšpusē ir izklāta ar jumta dzelzi, kuras loksnes ir cieši sametinātas. Metinātās tvertnes iekšējā virsma ir pārklāta ar sveķiem pretkorozijas aizsardzībai. Betona tvertnes augšējās malas ārpusē ir uzstādīta apļveida rieva 5 līdz 1 m dziļumā, kas ir piepildīta ar ūdeni. Kupola 2 vertikālā daļa, kas aptver tvertni, ir brīvi uzstādīta tajā. Tādējādi rieva ar tajā ielejamo ūdeni kalpo kā ūdens blīvējums. Biogāze tiek savākta kupola augšējā daļā, no kurienes tā tiek piegādāta pa izplūdes cauruli 3 un pēc tam pa cauruļvadu 4 (vai šļūteni) uz lietošanas vietu.

Apmēram 12 kubikmetrus organiskās masas (vēlams svaigu kūtsmēslu) ievieto apaļajā tvertnē 1, kas tiek piepildīta ar šķidro kūtsmēslu frakciju (urīnu), nepievienojot ūdeni. Nedēļu pēc iepildīšanas fermentators sāk darboties. Šajā iekārtā fermentatora jauda ir 12 kubikmetri, kas ļauj to izbūvēt 2-3 ģimenēm, kuru mājas atrodas blakus. Šādu instalāciju lauku sētā var uzbūvēt, ja ģimene audzē, piemēram, buļļus vai tur vairākas govis.

4. attēls - Vienkāršāko iekārtu variantu shēmas: 1 - organisko atkritumu piegāde; 2 - konteiners organiskajiem atkritumiem; 3 - gāzes savākšanas laukums zem kupola; 4 - gāzes izplūdes caurule; 5 - dūņu drenāža; 6 — manometrs; 7 — kupols no polietilēna plēves; 8 - ūdens blīvējums un; 9 — krava; 10-viendaļīgs līmēts polietilēna maisiņš.

Vienkāršāko maza izmēra iekārtu konstrukcijas un tehnoloģiskās diagrammas ir parādītas 4. attēlā. Bultiņas norāda sākotnējās organiskās masas, gāzes un dūņu tehnoloģiskās kustības. Strukturāli kupols var būt stingrs vai izgatavots no polietilēna plēves. Cietu kupolu var izgatavot ar garu cilindrisku daļu dziļai iegremdēšanai apstrādātajā masā, peldošu, 4. attēls, d, vai ievietot hidrauliskajā blīvē, 4. attēls, e. Plēves kupolu var ievietot hidrauliskajā blīvē, attēls 4, e, vai izgatavots vienlaidus salīmētas lielas maisa formā, 4. attēls un. Pēdējā variantā uz plēves maisiņa tiek uzlikts atsvars 9, lai maiss pārāk neuzbriest, kā arī radītu pietiekamu spiedienu zem plēves.

Gāze, kas tiek savākta zem kupola vai plēves, tiek piegādāta pa gāzes vadu uz lietošanas vietu. Lai izvairītos no gāzes eksplozijas, uz izplūdes caurules var uzstādīt vārstu, kas pielāgots noteiktam spiedienam. Tomēr gāzes sprādziena briesmas ir maz ticamas, jo, ievērojami palielinoties gāzes spiedienam zem kupola, pēdējais tiks pacelts hidrauliskajā blīvē līdz kritiskajam augstumam un apgāzīsies, atbrīvojot gāzi.

Biogāzes ražošana var samazināties, jo fermentācijas laikā uz organiskās izejvielas virsmas fermentatorā veidojas garoza. Lai nodrošinātu, ka tas netraucē gāzei izplūst, to salauž, sajaucot masu fermentatorā. Jaukt var nevis ar rokām, bet no apakšas kupolam piestiprinot metāla dakšiņu. Kupols paceļas hidrauliskajā blīvē līdz noteiktam augstumam, kad gāze uzkrājas, un nolaižas lietošanas laikā.

Pateicoties kupola sistemātiskai kustībai no augšas uz leju, ar kupolu savienotās dakšiņas iznīcinās garoza.

Augsts mitrums un sērūdeņraža klātbūtne (līdz 0,5%) veicina paaugstinātu biogāzes iekārtu metāla daļu koroziju. Tāpēc visu fermentatora metāla elementu stāvoklis tiek regulāri uzraudzīts un bojātās vietas rūpīgi aizsargātas, vēlams ar svina svinu vienā vai divos slāņos, un pēc tam krāsot divās kārtās ar jebkuru eļļas krāsu.

5. attēls. Apsildāmās biogāzes stacijas diagramma: 1 - fermentators; 2 — koka vairogs; 3 - pildījuma kakls; 4 — metāna tvertne; 5 - maisītājs; 6 — atzarojuma caurule biogāzes izvēlei; 7 - siltumizolācijas slānis; 8 - režģis; 9 - iztukšošanas vārsts apstrādātai masai; 10 — gaisa padeves kanāls; 11 - pūtējs.

Biogāzes iekārta ar raudzētās masas karsēšanu ar siltumu , kas izdalās kūtsmēslu sadalīšanās laikā aerobajā fermentatorā, parādīts 5. attēlā. Tajā ietilpst bioreaktora tvertne - cilindrisks metāla konteiners ar uzpildes kaklu 3. drenāžas vārsts 9. mehāniskais maisītājs 5 un sprausla 6 biogāzes izvēlei.

Fermentatoru 1 var izgatavot taisnstūrveida un 3 koka materiālus. Apstrādātu kūtsmēslu izkraušanai sulas sienas ir noņemamas. Fermentatora grīda ir režģīta, gaiss tiek izpūsts pa tehnoloģisko kanālu 10 no pūtēja 11. Fermentatora augšdaļa ir pārklāta ar koka loksnēm 2. Lai samazinātu siltuma zudumus, sienas un apakšdaļa ir izgatavota ar siltumizolācijas slāni. 7.

Instalācija darbojas šādi. Metāna tvertnē 4 caur galvu 3 ielej iepriekš sagatavotus šķidros kūtsmēslus ar mitruma saturu 88-92%, šķidruma līmeni nosaka uzpildes kakla apakšējā daļa. Aerobo fermentatoru 1 caur augšējo atveres daļu piepilda ar pakaišu kūtsmēsliem vai kūtsmēslu maisījumu ar irdenu, sausu organisko pildvielu (salmiem, zāģu skaidām) ar mitruma saturu 65-69%. Kad fermentatorā pa tehnoloģisko kanālu tiek pievadīts gaiss, organiskā masa sāk sadalīties un izdalās siltums. Pietiek, lai uzsildītu metāna tvertnes saturu. Rezultātā tiek atbrīvota biogāze. Tas uzkrājas bioreaktora tvertnes augšējā daļā. Caur cauruli 6 to izmanto sadzīves vajadzībām. Fermentācijas procesā kūtsmēslus bioreaktorā sajauc ar maisītāju 5.

Šāda iekārta atmaksāsies gada laikā, tikai pateicoties atkritumu izmešanai personīgajās mājsaimniecībās. Aptuvenās biogāzes patēriņa vērtības ir norādītas 2. tabulā.

Tabula Nr.2 – aptuvenās biogāzes patēriņa vērtības

Piezīme: iekārta var darboties jebkurā klimata zonā.

6. attēls - atsevišķas biogāzes stacijas IBGU-1 diagramma: 1 - uzpildes kakls; 2 - maisītājs; 3 - caurule gāzes paraugu ņemšanai; 4 - siltumizolācijas slānis; 5 — caurule ar krānu apstrādātās masas izkraušanai; 6 - termometrs.

Individuāla biogāzes stacija (IBGU-1) ģimenei ar 2 līdz 6 govīm vai 20-60 cūkām, vai 100-300 mājputniem (6. attēls). Iekārta katru dienu var pārstrādāt no 100 līdz 300 kg kūtsmēslu un saražo 100-300 kg videi draudzīga organiskā mēslojuma un 3-12 m 3 biogāzes.

Biogāze ir gāze, kas iegūta organisko vielu (piemēram, salmu; nezāļu; dzīvnieku un cilvēku fekāliju; atkritumu; sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu organisko atkritumu uc) fermentācijas (fermentācijas) rezultātā anaerobos apstākļos. Biogāzes ražošanā tiek iesaistīti dažāda veida mikroorganismi ar dažādu katabolisko funkciju skaitu.

Biogāzes sastāvs.

Vairāk nekā pusi biogāzes veido metāns (CH 4). Metāns veido aptuveni 60% no biogāzes. Turklāt biogāze satur aptuveni 35% oglekļa dioksīda (CO 2), kā arī citas gāzes, piemēram, ūdens tvaikus, sērūdeņradi, oglekļa monoksīdu, slāpekli un citas. Dažādos apstākļos iegūtās biogāzes sastāvs atšķiras. Tādējādi biogāze no cilvēku ekskrementiem, kūtsmēsliem un kaušanas atkritumiem satur līdz 70% metāna un no augu atliekām, kā likums, aptuveni 55% metāna.

Biogāzes mikrobioloģija.

Biogāzes fermentāciju atkarībā no iesaistīto baktēriju mikrobu sugām var iedalīt trīs posmos:

Pirmo sauc par baktēriju fermentācijas sākumu. Dažādas organiskās baktērijas, vairojoties, izdala ārpusšūnu enzīmus, kuru galvenā loma ir sarežģītu organisko savienojumu iznīcināšana ar vienkāršu vielu hidrolītisko veidošanos. Piemēram, no polisaharīdiem līdz monosaharīdiem; olbaltumvielas pārvērš peptīdos vai aminoskābēs; tauki glicerīnā un taukskābēs.

Otro posmu sauc par ūdeņradi. Ūdeņradis veidojas etiķskābes baktēriju darbības rezultātā. To galvenā loma ir etiķskābes baktēriju sadalīšanās, lai iegūtu oglekļa dioksīdu un ūdeņradi.

Trešo posmu sauc par metanogēno. Tas ietver baktēriju veidu, kas pazīstams kā metanogēni. Viņu uzdevums ir izmantot etiķskābi, ūdeņradi un oglekļa dioksīdu, lai iegūtu metānu.

Biogāzes fermentācijas izejvielu klasifikācija un raksturojums.

Gandrīz visus dabiskos organiskos materiālus var izmantot kā izejvielu biogāzes fermentācijai. Galvenās izejvielas biogāzes ražošanai ir notekūdeņi: notekūdeņi; pārtikas, farmācijas un ķīmiskā rūpniecība. Laukos tie ir ražas novākšanas laikā radušies atkritumi. Izcelsmes atšķirību dēļ atšķiras arī biogāzes veidošanās process, ķīmiskais sastāvs un struktūra.

Biogāzes izejvielu avoti atkarībā no izcelsmes:

1. Lauksaimniecības izejvielas.

Šīs izejvielas var iedalīt izejvielās ar augstu slāpekļa saturu un izejvielās ar augstu oglekļa saturu.

Izejvielas ar augstu slāpekļa saturu:

cilvēku izkārnījumi, kūtsmēsli, putnu mēsli. Oglekļa un slāpekļa attiecība ir 25:1 vai mazāka. Šāda neapstrādāta barība ir pilnībā sagremota cilvēka vai dzīvnieka kuņģa-zarnu traktā. Parasti tas satur lielu skaitu zemas molekulmasas savienojumu. Ūdens šādās izejvielās tika daļēji pārveidots un kļuva par zemas molekulmasas savienojumu daļu. Šai izejvielai ir raksturīga viegla un ātra anaerobā sadalīšanās biogāzē. Un arī bagātīga metāna izlaide.

Izejvielas ar augstu oglekļa saturu:

salmi un miziņa. Oglekļa un slāpekļa attiecība ir 40:1. Tajā ir augsts lielmolekulāro savienojumu saturs: celuloze, hemiceluloze, pektīns, lignīns, augu vaski. Anaerobā sadalīšanās notiek diezgan lēni. Lai palielinātu gāzes ražošanas ātrumu, šādiem materiāliem pirms fermentācijas parasti ir nepieciešama pirmapstrāde.

2. Pilsētas organiskie ūdens atkritumi.

Ietver cilvēku radītos atkritumus, notekūdeņus, organiskos atkritumus, organiskos rūpnieciskos notekūdeņus, dūņas.

3. Ūdensaugi.

Ietver ūdens hiacintes, citus ūdensaugus un aļģes. Ražošanas jaudu paredzamo plānoto jaudu noslogojumu raksturo liela atkarība no saules enerģijas. Viņiem ir augsta rentabilitāte. Tehnoloģiskā organizācija prasa rūpīgāku pieeju. Anaerobā sadalīšanās notiek viegli. Metāna cikls ir īss. Šādu izejvielu īpatnība ir tāda, ka bez iepriekšējas apstrādes tās peld reaktorā. Lai to novērstu, izejvielas nedaudz jāžāvē vai 2 dienas iepriekš jākompostē.

Biogāzes izejvielu avoti atkarībā no mitruma:

1.Cietās izejvielas:

salmi, organiskie atkritumi ar salīdzinoši augstu sausnas saturu. Tos apstrādā, izmantojot sausās fermentācijas metodi. Grūtības rodas, no rektora noņemot lielu daudzumu cieto nogulšņu. Kopējo izmantoto izejvielu daudzumu var izteikt kā cietvielu satura (TS) un gaistošo vielu (VS) summu. Gaistošās vielas var pārvērst metānā. Gaistošo vielu aprēķināšanai izejvielu paraugu ievieto mufeļkrāsnī 530-570°C temperatūrā.

2. Šķidrās izejvielas:

svaigi izkārnījumi, kūtsmēsli, mēsli. Satur apmēram 20% sausnas. Turklāt tiem ir nepieciešams pievienot ūdeni 10% apmērā, lai sausās fermentācijas laikā sajauktos ar cietām izejvielām.

3. Vidēja mitruma organiskie atkritumi:

spirta ražošanas notekūdeņi, celulozes rūpnīcu notekūdeņi utt. Šādas izejvielas satur dažādu daudzumu olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu, un tās ir labas izejvielas biogāzes ražošanai. Šim izejmateriālam tiek izmantotas UASB tipa ierīces (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - upward anaerobic process).

1. tabula. Informācija par biogāzes plūsmas ātrumu (veidošanās ātrumu) apstākļiem: 1) fermentācijas temperatūra 30°C; 2) partijas fermentācija

Raudzēto atkritumu nosaukums	Vidējais biogāzes plūsmas ātrums normālas gāzes ražošanas laikā (m 3 /m 3 /d)	Biogāzes izlaide, m 3 /Kg/TS	Biogāzes ražošana (% no kopējās biogāzes ražošanas)
			0-15 d	25-45 d	45-75 d	75-135 d
Sausie kūtsmēsli	0,20	0,12	11	33,8	20,9	34,3
Ķīmiskās rūpniecības ūdens	0,40	0,16	83	17	0	0
Rogulnik (čilim, ūdens kastanis)	0,38	0,20	23	45	32	0
Ūdens salāti	0,40	0,20	23	62	15	0
Cūku kūtsmēsli	0,30	0,22	20	31,8	26	22,2
Sausa zāle	0,20	0,21	13	11	43	33
Salmi	0,35	0,23	9	50	16	25
Cilvēka ekskrementi	0,53	0,31	45	22	27,3	5,7

Metāna fermentācijas procesa aprēķins.

Fermentācijas inženiertehnisko aprēķinu vispārīgie principi ir balstīti uz organisko izejvielu slodzes palielināšanu un metāna cikla ilguma samazināšanu.

Izejvielu aprēķins ciklā.

Izejvielu iekraušanu raksturo: Masas daļa TS (%), masas daļa VS (%), koncentrācija ĶSP (COD - ķīmiskais skābekļa patēriņš, kas nozīmē ĶSP - skābekļa ķīmiskais indikators) (Kg/m 3). Koncentrācija ir atkarīga no fermentācijas ierīču veida. Piemēram, mūsdienu rūpnieciskie notekūdeņu reaktori ir UASB (augšupējie anaerobie procesi). Cietām izejvielām izmanto AF (anaerobos filtrus) - parasti koncentrācija ir mazāka par 1%. Rūpnieciskajiem atkritumiem kā biogāzes izejvielai visbiežāk ir augsta koncentrācija un tie ir jāatšķaida.

Lejupielādēt ātruma aprēķinu.

Reaktora ikdienas slodzes daudzuma noteikšanai: koncentrācija ĶSP (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Šie rādītāji ir svarīgi rādītāji biogāzes efektivitātes novērtēšanai. Ir jācenšas ierobežot slodzi un tajā pašā laikā nodrošināt augstu gāzes ražošanas apjomu.

Reaktoru tilpuma attiecības pret gāzes izvadi aprēķins.

Šis rādītājs ir svarīgs rādītājs reaktora efektivitātes novērtēšanai. Mērīts Kg/m 3 ·d.

Biogāzes iznākums uz fermentācijas masas vienību.

Šis rādītājs raksturo pašreizējo stāvokli biogāzes ražošanā. Piemēram, gāzes kolektora tilpums ir 3 m 3. Katru dienu tiek piegādāts 10 kg/TS. Biogāzes iznākums ir 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Atkarībā no situācijas varat izmantot teorētisko gāzes izvadi vai faktisko gāzes izvadi.

Teorētisko biogāzes iznākumu nosaka pēc formulām:

Metāna ražošana (E):

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

Oglekļa dioksīda ražošana (D):

D = 0,37 A + 0,49 B + 0,36 C. Kur A ir ogļhidrātu saturs vienā gramā fermentācijas materiāla, B ir olbaltumvielas, C ir tauku saturs

Hidrauliskais tilpums.

Lai palielinātu efektivitāti, nepieciešams samazināt fermentācijas periodu. Zināmā mērā pastāv saistība ar fermentējošo mikroorganismu zudumu. Pašlaik dažiem efektīviem reaktoriem fermentācijas laiks ir 12 dienas vai pat mazāks. Hidraulisko tilpumu aprēķina, aprēķinot ikdienas izejvielu iekraušanas apjomu no dienas, kad sākās izejvielu iekraušana, un tas ir atkarīgs no uzturēšanās laika reaktorā. Piemēram, fermentācija plānota 35°C, barības koncentrācija 8% (kopējais TS daudzums), dienas barības apjoms 50 m 3, fermentācijas periods reaktorā 20 dienas. Hidrauliskais tilpums būs: 50·20 = 100 m3.

Organisko piesārņotāju noņemšana.

Biogāzes ražošanā, tāpat kā jebkurā bioķīmiskajā ražošanā, ir atkritumi. Bioķīmiskie ražošanas atkritumi var radīt kaitējumu videi nekontrolētas atkritumu iznīcināšanas gadījumā. Piemēram, iekrītot blakus esošā upē. Mūsdienu lielās biogāzes stacijas dienā saražo tūkstošiem un pat desmitiem tūkstošu kilogramu atkritumu. Lielo biogāzes staciju atkritumu kvalitatīvo sastāvu un apglabāšanas metodes kontrolē uzņēmumu laboratorijas un valsts vides dienests. Mazajām saimniecību biogāzes stacijām šādas kontroles nav divu iemeslu dēļ: 1) tā kā atkritumu ir maz, kaitējums videi būs mazs. 2) Lai veiktu kvalitatīvu atkritumu analīzi, ir nepieciešams specifisks laboratorijas aprīkojums un augsti specializēts personāls. Mazajiem lauksaimniekiem tādas nav, un valsts aģentūras pamatoti uzskata, ka šāda kontrole nav piemērota.

Biogāzes reaktora atkritumu piesārņojuma līmeņa indikators ir ĶSP (skābekļa ķīmiskais indikators).

Tiek izmantota šāda matemātiskā sakarība: Organiskās slodzes ĶSP Kg/m 3 ·d = ĶSP slodzes koncentrācija (Kg/m 3) / hidrauliskais glabāšanas laiks (d).

Gāzes plūsmas ātrums reaktora tilpumā (kg/(m 3 ·d)) = biogāzes iznākums (m 3 /kg) / organiskās slodzes ĶSP kg/(m 3 ·d).

Biogāzes enerģijas staciju priekšrocības:

cietajiem un šķidrajiem atkritumiem ir specifiska smaka, kas atbaida mušas un grauzējus;

spēja ražot noderīgu galaproduktu - metānu, kas ir tīra un ērta degviela;

fermentācijas procesā iet bojā nezāļu sēklas un daži patogēni;

fermentācijas procesā gandrīz pilnībā saglabājas slāpeklis, fosfors, kālijs un citas mēslojuma sastāvdaļas, daļa organiskā slāpekļa tiek pārvērsta amonjaka slāpeklī, un tas palielina tā vērtību;

fermentācijas atlikumu var izmantot kā dzīvnieku barību;

biogāzes fermentācijai nav nepieciešams izmantot skābekli no gaisa;

anaerobās dūņas var uzglabāt vairākus mēnešus, nepievienojot barības vielas, un tad, pievienojot neapstrādātu barību, fermentācija var ātri sākties no jauna.

Biogāzes enerģijas staciju trūkumi:

sarežģīta ierīce un prasa salīdzinoši lielus ieguldījumus būvniecībā;

prasa augstu būvniecības, vadības un uzturēšanas līmeni;

Sākotnējā anaerobā fermentācijas izplatīšanās notiek lēni.

Metāna fermentācijas procesa un procesa kontroles iezīmes:

1. Biogāzes ražošanas temperatūra.

Temperatūra biogāzes ražošanai var būt salīdzinoši plašā temperatūras diapazonā no 4 līdz 65°C. Paaugstinoties temperatūrai, biogāzes ražošanas ātrums palielinās, bet ne lineāri. Temperatūra 40-55°C ir pārejas zona dažādu mikroorganismu dzīvības aktivitātei: termofīlajām un mezofilajām baktērijām. Vislielākais anaerobās fermentācijas ātrums notiek šaurā temperatūras diapazonā no 50 līdz 55 °C. Pie fermentācijas temperatūras 10°C gāzes plūsmas ātrums ir 59% 90 dienās, bet tāds pats plūsmas ātrums pie fermentācijas temperatūras 30°C notiek 27 dienās.

Pēkšņa temperatūras maiņa būtiski ietekmēs biogāzes ražošanu. Biogāzes stacijas projektā obligāti jāparedz tāda parametra kā temperatūras kontrole. Temperatūras izmaiņas, kas pārsniedz 5°C, būtiski samazina biogāzes reaktora produktivitāti. Piemēram, ja temperatūra biogāzes reaktorā ilgu laiku bija 35°C, bet pēc tam pēkšņi pazeminājās līdz 20°C, tad biogāzes reaktora ražošana gandrīz pilnībā apstāsies.

2. Potēšanas materiāls.

Metāna fermentācijas pabeigšanai parasti ir nepieciešams noteikts skaits un noteikts mikroorganismu veids. Ar metāna mikrobiem bagātos nogulumus sauc par inokulātu. Biogāzes raudzēšana dabā ir plaši izplatīta un tikpat plaši ir vietas ar potēšanas materiālu. Tās ir: kanalizācijas dūņas, dūņu nogulsnes, kūtsmēslu bedru grunts nogulsnes, dažādas notekūdeņu dūņas, gremošanas atliekas u.c. Pateicoties bagātīgajai organiskajai vielai un labiem anaerobiem apstākļiem, tajos veidojas bagātīgas mikrobu kopienas.

Inokulāts, kas pirmo reizi pievienots jaunam biogāzes reaktoram, var ievērojami samazināt stagnācijas periodu. Jaunajā biogāzes reaktorā ir nepieciešams manuāli mēslot ar potēšanas materiālu. Izmantojot rūpnieciskos atkritumus kā izejvielas, tam tiek pievērsta īpaša uzmanība.

3. Anaerobā vide.

Vides anaerobitāti nosaka anaerobitātes pakāpe. Parasti redokspotenciālu parasti apzīmē ar vērtību Eh. Anaerobos apstākļos Eh ir negatīva vērtība. Anaerobām metāna baktērijām Eh ir diapazonā no -300 līdz -350 mV. Dažas baktērijas, kas ražo fakultatīvās skābes, spēj dzīvot normālu dzīvi pie Eh -100 ~ + 100 mV.

Lai nodrošinātu anaerobos apstākļus, nepieciešams nodrošināt, lai biogāzes reaktori būtu būvēti cieši noslēgti, nodrošinot to ūdensnecaurlaidību un bezsūces. Lieliem rūpnieciskiem biogāzes reaktoriem Eh vērtība vienmēr tiek kontrolēta. Mazo saimniecību biogāzes reaktoriem šīs vērtības regulēšanas problēma rodas, jo ir jāiegādājas dārgas un sarežģītas iekārtas.

4. Barotnes skābuma (pH) kontrole biogāzes reaktorā.

Metanogēniem ir nepieciešams pH diapazons ļoti šaurā diapazonā. Vidēji pH=7. Fermentācija notiek pH diapazonā no 6,8 līdz 7,5. Mazajiem biogāzes reaktoriem ir pieejama pH kontrole. Lai to izdarītu, daudzi lauksaimnieki izmanto vienreizējās lietošanas lakmusa indikatora papīra sloksnes. Lielos augos bieži tiek izmantotas elektroniskas pH kontroles ierīces. Normālos apstākļos metāna fermentācijas līdzsvars ir dabisks process, parasti bez pH regulēšanas. Tikai atsevišķos nepareizas pārvaldības gadījumos parādās masveida gaistošo skābju uzkrāšanās un pH pazemināšanās.

Pasākumi augsta skābuma pH ietekmes mazināšanai ietver:

(1) Daļēji nomainiet barotni biogāzes reaktorā, tādējādi atšķaidot gaistošās skābes saturu. Tas palielinās pH.

(2) Pievienojiet pelnus vai amonjaku, lai palielinātu pH.

(3) Noregulējiet pH ar kaļķi. Šis pasākums ir īpaši efektīvs gadījumos, kad ir ļoti augsts skābes saturs.

5. Barotnes sajaukšana biogāzes reaktorā.

Tipiskā fermentācijas tvertnē fermentācijas barotne parasti ir sadalīta četros slāņos: augšējā garoza, supernatanta slānis, aktīvais slānis un nogulumu slānis.

Sajaukšanas mērķis:

1) aktīvo baktēriju pārvietošana uz jaunu primāro izejvielu porciju, palielinot mikrobu un izejvielu saskares virsmu, lai paātrinātu biogāzes ražošanas ātrumu, palielinot izejvielu izmantošanas efektivitāti.

2) izvairoties no bieza garozas slāņa veidošanās, kas rada izturību pret biogāzes izdalīšanos. Sajaukšanai īpaši prasīgas ir tādas izejvielas kā salmi, nezāles, lapas u.c. Biezā garozas slānī tiek radīti apstākļi skābes uzkrāšanai, kas ir nepieņemami.

Sajaukšanas metodes:

1) mehāniska sajaukšana ar dažāda veida riteņiem, kas uzstādīti biogāzes reaktora darba telpā.

2) sajaukšana ar biogāzi, kas ņemta no bioreaktora augšējās daļas un ar pārspiedienu tiek padota uz apakšējo daļu.

3) sajaukšana ar cirkulācijas hidraulisko sūkni.

6. Oglekļa un slāpekļa attiecība.

Tikai optimāla uzturvielu attiecība veicina efektīvu fermentāciju. Galvenais rādītājs ir oglekļa un slāpekļa attiecība (C:N). Optimālā attiecība ir 25:1. Daudzi pētījumi ir pierādījuši, ka optimālās attiecības robežas ir 20-30:1, un biogāzes ražošana tiek ievērojami samazināta attiecībās 35:1. Eksperimentālie pētījumi atklāja, ka biogāzes fermentācija ir iespējama ar oglekļa un slāpekļa attiecību 6:1.

7. Spiediens.

Metāna baktērijas var pielāgoties augstam hidrostatiskajam spiedienam (apmēram 40 metri vai vairāk). Bet tie ir ļoti jutīgi pret spiediena izmaiņām, un tādēļ ir nepieciešams stabils spiediens (nav pēkšņu spiediena izmaiņu). Būtiskas spiediena izmaiņas var rasties gadījumos, kad: būtiski palielinās biogāzes patēriņš, salīdzinoši ātra un liela bioreaktora noslogošana ar primārajām izejvielām vai līdzīga reaktora izkraušana no nosēdumiem (attīrīšana).

Veidi, kā stabilizēt spiedienu:

2) piegādāt svaigas primārās izejvielas un tīrīšanu vienlaicīgi un ar vienādu izplūdes ātrumu;

3) peldošo pārsegu uzstādīšana uz biogāzes reaktora ļauj uzturēt samērā stabilu spiedienu.

8. Aktivatori un inhibitori.

Dažas vielas, ja tās tiek pievienotas nelielos daudzumos, uzlabo biogāzes reaktora darbību, šādas vielas sauc par aktivatoriem. Ja citas vielas, kas pievienotas nelielos daudzumos, ievērojami kavē procesus biogāzes reaktorā, šādas vielas sauc par inhibitoriem.

Ir zināmi daudzi aktivatoru veidi, tostarp daži fermenti, neorganiskie sāļi, organiskās un neorganiskās vielas. Piemēram, pievienojot noteiktu daudzumu enzīma celulāzes, ievērojami atvieglo biogāzes ražošanu. Augstāku oksīdu (R 2 O 5) pievienošana 5 mg/kg var palielināt gāzes ražošanu par 17%. Biogāzes iznākumu primārajām izejvielām no salmiem un tamlīdzīgiem materiāliem var būtiski palielināt, pievienojot amonija bikarbonātu (NH 4 HCO 3). Aktivatori ir arī aktīvā ogle vai kūdra. Bioreaktora barošana ar ūdeņradi var ievērojami palielināt metāna ražošanu.

Inhibitori galvenokārt attiecas uz dažiem metālu jonu savienojumiem, sāļiem, fungicīdiem.

Fermentācijas procesu klasifikācija.

Metāna fermentācija ir stingri anaeroba fermentācija. Fermentācijas procesus iedala šādos veidos:

Klasifikācija pēc fermentācijas temperatūras.

Var iedalīt "dabīgās" fermentācijas temperatūrās (mainīgas temperatūras fermentācija), šajā gadījumā fermentācijas temperatūra ir aptuveni 35 ° C un augstas temperatūras fermentācijas process (apmēram 53 ° C).

Klasifikācija pēc diferenciālisma.

Saskaņā ar fermentācijas atšķirīgo raksturu to var iedalīt vienpakāpes fermentācijā, divpakāpju fermentācijā un daudzpakāpju fermentācijā.

1) Vienpakāpes fermentācija.

Attiecas uz visizplatītāko fermentācijas veidu. Tas attiecas uz ierīcēm, kurās vienlaikus tiek ražotas skābes un metāns. Vienpakāpes fermentācijas var būt mazāk efektīvas attiecībā uz BSP (bioloģisko skābekļa pieprasījumu) nekā divu un daudzpakāpju fermentācijas.

2) Divpakāpju fermentācija.

Pamatojoties uz atsevišķu skābju un metanogēno mikroorganismu fermentāciju. Šiem diviem mikrobu veidiem ir atšķirīgas fizioloģijas un uztura prasības, un pastāv būtiskas atšķirības augšanā, vielmaiņas īpašībās un citos aspektos. Divpakāpju fermentācija var ievērojami uzlabot biogāzes iznākumu un gaistošo taukskābju sadalīšanos, saīsināt fermentācijas ciklu, ievērojami ietaupīt darbības izmaksas un efektīvi noņemt organiskos piesārņotājus no atkritumiem.

3) Daudzpakāpju fermentācija.

To izmanto primārajām izejvielām, kas bagātas ar celulozi šādā secībā:

(1) Celulozes materiāls tiek hidrolizēts skābju un sārmu klātbūtnē. Glikoze veidojas.

(2) Tiek ievadīts potēšanas materiāls. Parasti tās ir aktīvās dūņas vai notekūdeņi no biogāzes reaktora.

(3) Radīt piemērotus apstākļus skābo baktēriju ražošanai (ražo gaistošās skābes): pH=5,7 (bet ne vairāk kā 6,0), Eh=-240mV, temperatūra 22°C. Šajā posmā veidojas šādas gaistošās skābes: etiķskābe, propionskābe, sviestskābe, izosviestskābe.

(4) Radīt piemērotus apstākļus metāna baktēriju ražošanai: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, temperatūra 36-37°C

Klasifikācija pēc periodiskuma.

Fermentācijas tehnoloģija tiek klasificēta sērijveida fermentācijā, nepārtrauktā fermentācijā un daļēji nepārtrauktā fermentācijā.

1) Partijas fermentācija.

Izejvielas un potēšanas materiālus vienu reizi ievieto biogāzes reaktorā un pakļauj fermentācijai. Šo metodi izmanto, ja rodas grūtības un neērtības primāro izejvielu iekraušanā, kā arī atkritumu izkraušanā. Piemēram, nevis sasmalcinātus salmus vai lielas organisko atkritumu briketes.

2) Nepārtraukta fermentācija.

Tas ietver gadījumus, kad regulāri vairākas reizes dienā tiek iekrautas izejvielas biorektorā un tiek izņemti fermentācijas atkritumi.

3) Daļēji nepārtraukta fermentācija.

Tas attiecas uz biogāzes reaktoriem, kuriem ir normāli ik pa laikam pievienot dažādas primārās izejvielas nevienādos daudzumos. Šo tehnoloģisko shēmu visbiežāk izmanto Ķīnas mazās saimniecības, un tā ir saistīta ar lauksaimniecības īpatnībām. darbojas Biogāzes reaktoriem ar daļēji nepārtrauktu fermentāciju var būt dažādas konstrukcijas atšķirības. Šie dizaini ir apspriesti tālāk.

Shēma Nr.1. Biogāzes reaktors ar fiksētu vāku.

Konstrukcijas īpatnības: fermentācijas kameras un biogāzes krātuves apvienošana vienā struktūrā: izejvielas rūgst apakšējā daļā; biogāze tiek uzglabāta augšējā daļā.

Darbības princips:

Biogāze izplūst no šķidruma un tiek savākta zem biogāzes reaktora vāka tā kupolā. Biogāzes spiedienu līdzsvaro šķidruma svars. Jo augstāks gāzes spiediens, jo vairāk šķidruma iziet no fermentācijas kameras. Jo zemāks gāzes spiediens, jo vairāk šķidruma nonāk fermentācijas kamerā. Biogāzes reaktora darbības laikā tajā vienmēr atrodas šķidrums un gāze. Bet dažādās proporcijās.

Shēma Nr.2. Biogāzes reaktors ar peldošu vāku.

Shēma Nr.3. Biogāzes reaktors ar fiksētu vāku un ārējo gāzes turētāju.

Dizaina īpatnības: 1) peldošā vāka vietā ir atsevišķi izbūvēta gāzes tvertne; 2) biogāzes spiediens pie izejas ir nemainīgs.

Shēmas Nr. 3 priekšrocības: 1) ideāli piemērots biogāzes degļu darbībai, kam stingri nepieciešams noteikts spiediena rādītājs; 2) ar zemu fermentācijas aktivitāti biogāzes reaktorā ir iespējams nodrošināt stabilu un augstu biogāzes spiedienu patērētājam.

Mājas biogāzes reaktora būvniecības rokasgrāmata.

GB/T 4750-2002 Sadzīves biogāzes reaktori.

GB/T 4751-2002 Sadzīves biogāzes reaktoru kvalitātes pieņemšana.

GB/T 4752-2002 Sadzīves biogāzes reaktoru būvniecības noteikumi.

GB 175 -1999 Portlandcements, parasts portlandcements.

GB 134-1999 Portlendas izdedžu cements, tufa cements un vieglie pelnu cements.

GB 50203-1998 Mūra celtniecība un pieņemšana.

JGJ52-1992 Kvalitātes standarts parastam smilšu betonam. Pārbaudes metodes.

JGJ53- 1992 Parasta šķembu vai grants betona kvalitātes standarts. Pārbaudes metodes.

JGJ81 -1985 Parasta betona mehāniskās īpašības. Pārbaudes metode.

JGJ/T 23-1992 Tehniskā specifikācija betona spiedes stiprības pārbaudei ar atsitiena metodi.

JGJ70 -90 java. Testa metode pamata raksturlielumiem.

GB 5101-1998 Ķieģeļi.

GB 50164-92 Betona kvalitātes kontrole.

Gaisa necaurlaidība.

Biogāzes reaktora konstrukcija nodrošina iekšējo spiedienu 8000 (vai 4000 Pa). Noplūdes ātrums pēc 24 stundām ir mazāks par 3%.

Biogāzes ražošanas vienība uz reaktora tilpumu.

Apmierinošiem apstākļiem biogāzes ražošanai tiek uzskatīts par normālu, ja uz kubikmetru reaktora tilpuma tiek saražots 0,20-0,40 m 3 biogāzes.

Normālais gāzes uzglabāšanas apjoms ir 50% no ikdienas biogāzes saražotās produkcijas.

Drošības koeficients nav mazāks par K=2,65.

Normāls kalpošanas laiks ir vismaz 20 gadi.

Dzīvā slodze 2 kN/m2.

Pamatu konstrukcijas nestspēja ir vismaz 50 kPa.

Gāzes tvertnes ir paredzētas spiedienam, kas nepārsniedz 8000 Pa, un ar peldošu vāku spiedienam, kas nepārsniedz 4000 Pa.

Maksimālais spiediena ierobežojums baseinam nav lielāks par 12000 Pa.

Minimālais reaktora arkveida velves biezums ir vismaz 250 mm.

Reaktora maksimālā slodze ir 90% no tā tilpuma.

Reaktora dizains paredz, ka zem reaktora vāka ir vieta gāzes flotācijai, kas sastāda 50% no ikdienas biogāzes produkcijas.

Reaktora tilpums ir 6 m 3, gāzes plūsmas ātrums ir 0,20 m 3 /m 3 /d.

Pēc šiem rasējumiem iespējams uzbūvēt reaktorus ar tilpumu 4 m3, 8 m3, 10 m3. Lai to izdarītu, ir jāizmanto korekcijas izmēru vērtības, kas norādītas zīmējumu tabulā.

Sagatavošanās biogāzes reaktora būvniecībai.

Biogāzes reaktora veida izvēle ir atkarīga no raudzētās izejvielas daudzuma un īpašībām. Turklāt izvēle ir atkarīga no vietējiem hidroģeoloģiskajiem un klimatiskajiem apstākļiem un būvniecības tehnoloģijas līmeņa.

Sadzīves biogāzes reaktoram jābūt izvietotam pie tualetēm un telpām, kurās ir mājlopi, ne tālāk kā 25 metru attālumā. Biogāzes reaktoram jābūt novietotam aizvējā un saulainā pusē uz cietas zemes ar zemu gruntsūdens līmeni.

Lai izvēlētos biogāzes reaktora konstrukciju, izmantojiet zemāk esošās būvmateriālu patēriņa tabulas.

3. tabula. Saliekamā betona paneļu biogāzes reaktora materiālu skala

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,828	2,148	2,508	2,956
	Cements, kg	523	614	717	845
	Smiltis, m 3	0,725	0,852	0,995	1,172
	Grants, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553
	Tilpums, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cements, kg	158	197	222	265
	Smiltis, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Cementa pasta	Cements, kg	78	93	103	120
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	759	904	1042	1230
	Smiltis, m 3	1,096	1,313	1,514	1,792
	Grants, m 3	1,579	1,856	2,167	2,553

4. tabula. Saliekamā betona paneļu biogāzes reaktora materiālu skala

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,540	1,840	2,104	2,384
	Cements, kg	471	561	691	789
	Smiltis, m 3	0,863	0,990	1,120	1,260
	Grants, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Saliekamās ēkas apmetums	Tilpums, m 3	0,393	0,489	0,551	0,658
	Cements, kg	158	197	222	265
	Smiltis, m 3	0,371	0,461	0,519	0,620
Cementa pasta	Cements, kg	78	93	103	120
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	707	851	1016	1174
	Smiltis, m 3	1,234	1,451	1,639	1,880
	Grants, m 3	1,413	1,690	1,900	2,170
Tērauda materiāli	Tērauda stieņa diametrs 12 mm, kg	14	18,98	20,98	23,00
	Tērauda stiegrojuma diametrs 6,5 mm, kg	10	13,55	14,00	15,00

5. tabula. Materiālu skala ielietā betona biogāzes reaktoram

		Reaktora tilpums, m 3
		4	6	8	10
	Tilpums, m 3	1,257	1,635	2,017	2,239
	Cements, kg	350	455	561	623
	Smiltis, m 3	0,622	0,809	0,997	1,107
	Grants, m 3	0,959	1,250	1,510	1,710
Saliekamās ēkas apmetums	Tilpums, m 3	0,277	0,347	0,400	0,508
	Cements, kg	113	142	163	208
	Smiltis, m 3	0,259	0,324	0,374	0,475
Cementa pasta	Cements, kg	6	7	9	11
Kopējais materiāla daudzums	Cements, kg	469	604	733	842
	Smiltis, m 3	0,881	1,133	1,371	1,582
	Grants, m 3	0,959	1,250	1,540	1,710

6. tabula. Simboli zīmējumos.

Apraksts	Apzīmējums uz rasējumiem
Materiāli:
Caurule (tranšeja zemē)
Simboli:
Saite uz detaļu zīmējumu. Augšējais cipars norāda daļas numuru. Apakšējais cipars norāda rasējuma numuru ar detalizētu detaļas aprakstu. Ja apakšējā skaitļa vietā ir norādīta zīme “-”, tas norāda, ka šajā zīmējumā ir sniegts detalizēts detaļas apraksts.
Daļas sadaļa. Treknās līnijas norāda griezuma plakni un skata virzienu, un cipari norāda griezuma identifikācijas numuru.
Bultiņa norāda rādiusu. Cipari aiz burta R norāda rādiusa vērtību.
Parasti pieņemts:
Attiecīgi elipsoīda puslielākā ass un īsā ass
Garums

Biogāzes reaktoru konstrukcijas.

Īpatnības:

Galvenā baseina dizaina iezīmes veids.

Apakšējais slīpums no ieplūdes atveres līdz izplūdes atverei. Tas nodrošina pastāvīgas kustīgas plūsmas veidošanos. Zīmējumos Nr.1-9 norādītas trīs veidu biogāzes reaktoru konstrukcijas: A tips, B tips, C tips.

A tipa biogāzes reaktors: visvienkāršākā konstrukcija. Šķidrās vielas izvadīšana tiek nodrošināta tikai caur izplūdes logu ar biogāzes spiediena spēku fermentācijas kamerā.

Biogāzes reaktors B tips: Galvenais baseins ir aprīkots ar vertikālu cauruli centrā, pa kuru ekspluatācijas laikā ir iespējams padot vai izņemt šķidru vielu, atkarībā no nepieciešamības. Turklāt, lai veidotu vielas plūsmu caur vertikālu cauruli, šāda veida biogāzes reaktoram galvenā baseina apakšā ir atstarojoša (deflektora) starpsiena.

C tipa biogāzes reaktors: tam ir līdzīga konstrukcija kā B tipa reaktoram, taču tas ir aprīkots ar vienkāršas konstrukcijas manuālu virzuļsūkni, kas uzstādīts centrālajā vertikālajā caurulē, kā arī citiem atstarojošiem deflektoriem galvenā baseina apakšā. . Šīs konstrukcijas īpašības ļauj efektīvi kontrolēt galveno tehnoloģisko procesu parametrus galvenajā baseinā, pateicoties ekspresparaugu vienkāršībai. Un arī izmantot biogāzes reaktoru kā biogāzes baktēriju donoru. Šāda veida reaktorā substrāta difūzija (maisīšanās) notiek pilnīgāk, kas savukārt palielina biogāzes iznākumu.

Fermentācijas īpašības:

Process sastāv no potēšanas materiāla izvēles; primāro izejvielu sagatavošana (apdares blīvums ar ūdeni, skābuma regulēšana, potēšanas materiāla pievienošana); fermentācija (substrātu sajaukšanas un temperatūras kontrole).

Kā fermentācijas materiāli tiek izmantoti cilvēku izkārnījumi, kūtsmēsli un putnu mēsli. Ar nepārtrauktu fermentācijas procesu tiek radīti salīdzinoši stabili apstākļi efektīvai biogāzes reaktora darbībai.

Dizaina principi.

Atbilstība “trīskāršajai” sistēmai (biogāze, tualete, šķūnis). Biogāzes reaktors ir vertikāla cilindriska tvertne. Cilindriskās daļas augstums H=1 m. Tvertnes augšdaļai ir izliekta velve. Arkas augstuma attiecība pret cilindriskās daļas diametru ir f 1 /D=1/5. Apakšējais slīpums no ieplūdes atveres līdz izplūdes atverei. Slīpuma leņķis 5 grādi.

Tvertnes konstrukcija nodrošina apmierinošus fermentācijas apstākļus. Substrāta kustība notiek gravitācijas ietekmē. Sistēma darbojas, kad tvertne ir pilnībā noslogota, un kontrolē sevi, pamatojoties uz izejvielu uzturēšanās laiku, palielinot biogāzes ražošanu. B un C tipa biogāzes reaktoriem ir papildu ierīces substrāta apstrādei.

Tvertne var nebūt pilnībā piekrauta ar izejvielām. Tas samazina gāzes izlaidi, nezaudējot efektivitāti.

Zemas izmaksas, vienkārša vadība, plaši izplatīta populāra izmantošana.

Būvmateriālu apraksts.

Biogāzes reaktora sienu, dibena un jumta materiāls ir betons.

Kvadrātveida daļas, piemēram, iekraušanas kanālu, var izgatavot no ķieģeļiem. Betona konstrukcijas var izgatavot, ielejot betona maisījumu, bet var izgatavot arī no saliekamiem betona elementiem (piemēram: ieplūdes atveres vāks, baktēriju tvertne, centrālā caurule). Baktēriju būris šķērsgriezumā ir apaļš un sastāv no saplīstām olu čaumalām, kas ievietotas bizē.

Būvniecības darbību secība.

Veidņu liešanas metode ir šāda. Uz zemes iezīmētas topošā biogāzes reaktora kontūras. Augsne tiek noņemta. Vispirms tiek piepildīta apakšdaļa. Apakšā ir uzstādīti veidņi betona ieliešanai gredzenā. Sienas tiek izlietas, izmantojot veidņus un pēc tam arkveida velvi. Veidņiem var izmantot tēraudu, koku vai ķieģeļu. Ielešana notiek simetriski un stiprībai tiek izmantotas blietēšanas ierīces. Pārmērīgs plūstošs betons tiek noņemts ar lāpstiņu.

Konstrukciju rasējumi.

Būvniecība tiek veikta saskaņā ar rasējumiem Nr.1-9.

Zīmējums 1. Biogāzes reaktors 6 m 3. A tips:

Zīmējums 2. Biogāzes reaktors 6 m 3. A tips:

Biogāzes reaktoru būvniecība no saliekamām betona plāksnēm ir progresīvāka būvniecības tehnoloģija. Šī tehnoloģija ir progresīvāka, pateicoties vienkāršai izpildei, saglabājot izmēru precizitāti, samazinot būvniecības laiku un izmaksas. Konstrukcijas galvenā iezīme ir tāda, ka reaktora galvenie elementi (arkveida velve, sienas, kanāli, vāki) tiek ražoti prom no uzstādīšanas vietas, pēc tam tiek transportēti uz uzstādīšanas vietu un samontēti uz vietas lielā bedrē. Saliekot šādu reaktoru, galvenā uzmanība tiek pievērsta uzstādīšanas precizitātei horizontāli un vertikāli, kā arī sadursavienojumu blīvumam.

Zīmējums 13. Biogāzes reaktors 6 m 3. Sīkāka informācija par biogāzes reaktoru no dzelzsbetona plātnēm:

Zīmējums 14. Biogāzes reaktors 6 m 3. Biogāzes reaktora montāžas elementi:

Zīmējums 15. Biogāzes reaktors 6 m 3. Dzelzsbetona reaktora montāžas elementi:

Energoresursu cenu kāpums liek aizdomāties par iespēju pašiem ar tām nodrošināties. Viena iespēja ir biogāzes stacija. Ar tās palīdzību no kūtsmēsliem, izkārnījumiem un augu atliekām tiek iegūta biogāze, kuru pēc attīrīšanas var izmantot gāzes iekārtām (krāsnīm, katliem), iesūknēt balonos un izmantot kā degvielu automašīnām vai elektroģeneratoriem. Kopumā kūtsmēslu pārstrāde biogāzē var apmierināt visas mājas vai saimniecības enerģijas vajadzības.

Biogāzes stacijas būvniecība ir veids, kā patstāvīgi nodrošināt energoresursus

Visparīgie principi

Biogāze ir produkts, ko iegūst, sadaloties organiskām vielām. Puves/rūgšanas procesā izdalās gāzes, kuras savācot var apmierināt savas mājsaimniecības vajadzības. Iekārtas, kurās notiek šis process, sauc par “biogāzes iekārtu”.

Biogāzes veidošanās process notiek dažādu baktēriju, kas atrodas pašos atkritumos, dzīvībai svarīgas aktivitātes dēļ. Bet, lai viņi aktīvi “strādātu”, viņiem ir jārada noteikti apstākļi: mitrums un temperatūra. Lai tos izveidotu, tiek būvēta biogāzes stacija. Šis ir ierīču komplekss, kura pamatā ir bioreaktors, kurā notiek atkritumu sadalīšanās, ko pavada gāzes veidošanās.

Kūtsmēslu pārstrādei biogāzē ir trīs režīmi:

• Psihofiliskais režīms. Temperatūra biogāzes stacijā ir no +5°C līdz +20°C. Šādos apstākļos sadalīšanās process ir lēns, veidojas daudz gāzes, un tās kvalitāte ir zema.
• Mezofīls. Ierīce ieslēdz šo režīmu temperatūrā no +30°C līdz +40°C. Šajā gadījumā mezofīlās baktērijas aktīvi vairojas. Šajā gadījumā veidojas vairāk gāzes, apstrādes process aizņem mazāk laika - no 10 līdz 20 dienām.
• Termofīls. Šīs baktērijas vairojas temperatūrā no +50°C. Process notiek visātrāk (3-5 dienas), gāzes izplūde ir vislielākā (ideālos apstākļos ar 1 kg piegādi var iegūt līdz 4,5 litriem gāzes). Lielākā daļa atsauces tabulu par gāzes ieguvi no apstrādes ir norādītas tieši šim režīmam, tāpēc, izmantojot citus režīmus, ir vērts veikt mazāku korekciju.

Visgrūtāk ieviestais biogāzes stacijās ir termofīlais režīms. Tam nepieciešama kvalitatīva biogāzes stacijas siltumizolācija, apkure un temperatūras kontroles sistēma. Bet izejā mēs iegūstam maksimālo biogāzes daudzumu. Vēl viena termofīlās apstrādes iezīme ir papildu slodzes neiespējamība. Atlikušie divi režīmi - psihofilais un mezofīlais - ļauj katru dienu pievienot svaigu sagatavoto izejvielu daļu. Bet termofīlajā režīmā īsais apstrādes laiks ļauj sadalīt bioreaktoru zonās, kurās tiks apstrādāta to izejvielu daļa ar dažādiem iekraušanas laikiem.

Biogāzes stacijas diagramma

Biogāzes stacijas pamatā ir bioreaktors jeb bunkurs. Tajā notiek fermentācijas process, un tajā uzkrājas iegūtā gāze. Ir arī iekraušanas un izkraušanas piltuve, radītā gāze tiek izvadīta caur cauruli, kas ievietota augšējā daļā. Tālāk seko gāzes attīrīšanas sistēma - tās tīrīšana un spiediena palielināšana gāzes vadā līdz darba spiedienam.

Mezofilajiem un termofīlajiem režīmiem ir nepieciešama arī bioreaktora apkures sistēma, lai sasniegtu nepieciešamos režīmus. Šim nolūkam parasti tiek izmantoti gāzes katli, kas darbojas ar saražoto kurināmo. No tā cauruļvadu sistēma nonāk bioreaktorā. Parasti tās ir polimēru caurules, jo tās vislabāk iztur atrašanos agresīvā vidē.

Biogāzes stacijai nepieciešama arī vielas sajaukšanas sistēma. Fermentācijas laikā augšpusē veidojas cieta garoza, un smagas daļiņas nogulsnējas. Tas viss kopā pasliktina gāzu veidošanās procesu. Maisītāji ir nepieciešami, lai uzturētu apstrādātās masas viendabīgu stāvokli. Tie var būt mehāniski vai pat manuāli. Tos var palaist ar taimeri vai manuāli. Tas viss ir atkarīgs no tā, kā tiek izgatavota biogāzes stacija. Automatizētas sistēmas uzstādīšana ir dārgāka, taču ekspluatācijas laikā tai nepieciešama minimāla uzmanība.

Atkarībā no atrašanās vietas veida biogāzes stacija var būt:

• Virszemes.
• Daļēji padziļināts.
• Padziļināta.

Padziļināto uzstādīšana ir dārgāka - nepieciešams liels rakšanas darbu apjoms. Bet, izmantojot mūsu apstākļos, tie ir labāki - ir vieglāk organizēt izolāciju, un apkures izmaksas ir zemākas.

Ko var pārstrādāt

Biogāzes stacija būtībā ir visēdāja – var pārstrādāt jebkuru organisko vielu. Ir piemēroti jebkuri kūtsmēsli un urīns, augu atliekas. Mazgāšanas līdzekļi, antibiotikas un ķīmiskās vielas negatīvi ietekmē procesu. Ieteicams samazināt to uzņemšanu, jo tie nogalina floru, kas tos apstrādā.

Liellopu kūtsmēsli tiek uzskatīti par ideāliem, jo ​​tajos ir liels daudzums mikroorganismu. Ja saimniecībā nav govju, piekraujot bioreaktoru, vēlams pievienot daļu kūtsmēslu, lai substrātu apdzīvotu ar nepieciešamo mikrofloru. Augu atliekas iepriekš sasmalcina un atšķaida ar ūdeni. Augu materiāli un ekskrementi tiek sajaukti bioreaktorā. Šī “pildījuma” apstrāde aizņem ilgāku laiku, bet dienas beigās, pie pareizā režīma, mēs iegūstam visaugstāko produktu ražu.

Vietas noteikšana

Lai samazinātu procesa organizēšanas izmaksas, ir lietderīgi biogāzes staciju izvietot tuvu atkritumu rašanās vietai - pie ēkām, kurās tiek turēti mājputni vai dzīvnieki. Vēlams izstrādāt konstrukciju tā, lai slodze notiktu gravitācijas ietekmē. No šķūņa vai cūkkūts nogāzē var ieklāt cauruļvadu, pa kuru kūtsmēsli gravitācijas ietekmē ieplūdīs bunkurā. Tas ievērojami vienkāršo reaktora apkopi, kā arī kūtsmēslu izņemšanu.

Vēlams biogāzes staciju izvietot tā, lai atkritumi no saimniecības varētu plūst ar gravitācijas spēku

Parasti ēkas ar dzīvniekiem atrodas zināmā attālumā no dzīvojamās ēkas. Tāpēc saražotā gāze būs jānodod patērētājiem. Bet vienas gāzes caurules ielikšana ir lētāka un vienkāršāka nekā kūtsmēslu transportēšanas un iekraušanas līnijas organizēšana.

Bioreaktors

Kūtsmēslu pārstrādes tvertnēm ir diezgan stingras prasības:

Visas šīs prasības biogāzes stacijas būvniecībai ir jāievēro, jo tās nodrošina drošību un rada normālus apstākļus kūtsmēslu pārstrādei biogāzē.

No kādiem materiāliem to var izgatavot?

Izturība pret agresīvu vidi ir galvenā prasība materiāliem, no kuriem var izgatavot konteinerus. Substrāts bioreaktorā var būt skābs vai sārmains. Attiecīgi materiālam, no kura izgatavots konteiners, ir labi jāiztur dažādas vides.

Ne daudzi materiāli atbilst šiem pieprasījumiem. Pirmā lieta, kas nāk prātā, ir metāls. Tas ir izturīgs un no tā var izgatavot jebkuras formas konteinerus. Labi ir tas, ka var izmantot jau gatavu konteineru – kādu vecu tvertni. Šajā gadījumā biogāzes stacijas būvniecība prasīs ļoti maz laika. Metāla trūkums ir tāds, ka tas reaģē ar ķīmiski aktīvām vielām un sāk sabrukt. Lai neitralizētu šo trūkumu, metāls ir pārklāts ar aizsargpārklājumu.

Lielisks variants ir bioreaktora konteiners, kas izgatavots no polimēra. Plastmasa ir ķīmiski neitrāla, nepūst, nerūsē. Jums vienkārši jāizvēlas no materiāliem, kas var izturēt sasalšanu un karsēšanu līdz diezgan augstām temperatūrām. Reaktora sienām jābūt biezām, vēlams armētām ar stikla šķiedru. Šādi konteineri nav lēti, taču tie kalpo ilgu laiku.

Lētāks variants ir biogāzes stacija ar konteineru no ķieģeļiem, betona blokiem vai akmens. Lai mūris izturētu lielas slodzes, nepieciešams armēt mūru (ik pēc 3-5 rindām atkarībā no sienas biezuma un materiāla). Pēc sienas būvniecības procesa pabeigšanas, lai nodrošinātu ūdens un gāzes necaurlaidību, ir nepieciešama sienu daudzslāņu apstrāde gan iekšpusē, gan ārpusē. Sienas apmestas ar cementa-smilšu sastāvu ar piedevām (piedevām), kas nodrošina nepieciešamās īpašības.

Reaktora izmēra noteikšana

Reaktora tilpums ir atkarīgs no izvēlētās temperatūras kūtsmēslu pārstrādei biogāzē. Visbiežāk tiek izvēlēts mezofīlais - to ir vieglāk uzturēt un tas pieļauj reaktora ikdienas pārslogošanu. Biogāzes ražošana pēc normālā režīma sasniegšanas (apmēram 2 dienas) ir stabila, bez pārspriegumiem vai kritumiem (kad tiek radīti normāli apstākļi). Šajā gadījumā ir lietderīgi aprēķināt biogāzes stacijas tilpumu atkarībā no kūtsmēslu daudzuma, kas saimniecībā rodas dienā. Viss ir viegli aprēķināms, pamatojoties uz vidējiem statistikas datiem.

Kūtsmēslu sadalīšanās mezofilā temperatūrā ilgst no 10 līdz 20 dienām. Attiecīgi tilpumu aprēķina, reizinot ar 10 vai 20. Aprēķinot ir jāņem vērā ūdens daudzums, kas nepieciešams, lai substrāts nonāktu ideālā stāvoklī - tā mitrumam jābūt 85-90%. Atrastais tilpums tiek palielināts par 50%, jo maksimālā slodze nedrīkst pārsniegt 2/3 no tvertnes tilpuma - gāzei jāuzkrājas zem griestiem.

Piemēram, fermā ir 5 govis, 10 cūkas un 40 vistas. Rezultāts ir 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Lai panāktu vistas kūtsmēslu mitrumu līdz 85%, jums jāpievieno nedaudz vairāk par 5 litriem ūdens (tas ir vēl 5 kg). Kopējais svars ir 331,8 kg. Apstrādei 20 dienu laikā nepieciešams: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - apmēram 7 kubikmetri tikai substrātam. Atrasto skaitli reizinām ar 1,5 (pieaugums par 50%), iegūstam 10,5 kubikmetrus. Tā būs aprēķinātā biogāzes stacijas reaktora tilpuma vērtība.

Iekraušanas un izkraušanas lūkas nonāk tieši bioreaktora tvertnē. Lai substrāts būtu vienmērīgi sadalīts pa visu laukumu, tie ir izgatavoti konteinera pretējos galos.

Padziļināti uzstādot biogāzes staciju, iekraušanas un izkraušanas caurules tuvojas korpusam akūtā leņķī. Turklāt caurules apakšējam galam jābūt zem šķidruma līmeņa reaktorā. Tas novērš gaisa iekļūšanu tvertnē. Tāpat uz caurulēm ir uzstādīti rotējošie vai slēgvārsti, kas ir aizvērti normālā stāvoklī. Tie atveras tikai iekraušanas vai izkraušanas laikā.

Tā kā kūtsmēslos var būt lielas daļiņas (pakaišu elementi, zāles stublāji utt.), maza diametra caurules bieži aizsērēsies. Līdz ar to iekraušanai un izkraušanai tiem jābūt 20-30 cm diametrā, tie jāuzstāda pirms biogāzes stacijas siltināšanas darbu uzsākšanas, bet pēc konteinera uzstādīšanas vietā.

Ērtākais biogāzes stacijas darbības režīms ir ar regulāru substrāta iekraušanu un izkraušanu. Šo operāciju var veikt reizi dienā vai reizi divās dienās. Kūtsmēslus un citas sastāvdaļas iepriekš savāc uzglabāšanas tvertnē, kur tos nogādā vajadzīgajā stāvoklī - sasmalcina, ja nepieciešams, samitrina un sajauc. Ērtības labad šim konteineram var būt mehānisks maisītājs. Sagatavoto substrātu ielej uztveršanas lūkā. Novietojot uztveršanas konteineru saulē, substrāts tiks iepriekš uzsildīts, kas samazinās nepieciešamās temperatūras uzturēšanas izmaksas.

Uztvērējpiltuves uzstādīšanas dziļumu ieteicams aprēķināt tā, lai atkritumi tajā ieplūstu gravitācijas ietekmē. Tas pats attiecas uz izkraušanu bioreaktorā. Labākais gadījums ir tad, ja sagatavotais substrāts kustas gravitācijas ietekmē. Un slēģs to norobežos sagatavošanas laikā.

Lai nodrošinātu biogāzes stacijas hermētiskumu, lūkām uz pieņemšanas tvertnes un izkraušanas zonā jābūt ar blīvgumijas blīvējumu. Jo mazāk gaisa ir tvertnē, jo tīrāka būs gāze pie izejas.

Biogāzes savākšana un izvešana

Biogāze no reaktora tiek izņemta pa cauruli, kuras viens gals atrodas zem jumta, otrs parasti tiek nolaists ūdens blīvē. Tas ir konteiners ar ūdeni, kurā tiek novadīta iegūtā biogāze. Ūdens blīvē ir otra caurule - tā atrodas virs šķidruma līmeņa. Tajā izplūst tīrāka biogāze. Viņu bioreaktora izejā ir uzstādīts gāzes slēgvārsts. Labākais variants ir bumbiņa.

Kādus materiālus var izmantot gāzes pārvades sistēmai? Cinkotas metāla caurules un gāzes caurules no HDPE vai PPR. Tiem jānodrošina hermētiskumu, šuves un savienojumus pārbauda ar ziepju putām. Viss cauruļvads ir samontēts no tāda paša diametra caurulēm un veidgabaliem. Nav kontrakciju vai izplešanās.

Attīrīšana no netīrumiem

Iegūtās biogāzes aptuvenais sastāvs ir:

• metāns - līdz 60%;
• oglekļa dioksīds - 35%;
• citas gāzveida vielas (tai skaitā sērūdeņradis, kas gāzei rada nepatīkamu smaku) - 5%.

Lai biogāze būtu bez smaržas un labi degtu, no tās nepieciešams atdalīt oglekļa dioksīdu, sērūdeņradi, ūdens tvaikus. Oglekļa dioksīds tiek noņemts ūdens blīvē, ja iekārtas apakšā ir pievienots dzēstais kaļķis. Šāda grāmatzīme būs periodiski jāmaina (tiklīdz gāze sāk degt sliktāk, ir pienācis laiks to mainīt).

Gāzes žāvēšanu var veikt divos veidos - izgatavojot ūdens blīvējumus gāzes vadā - zem ūdens blīvēm caurulē ievietojot izliektus posmus, kuros uzkrāsies kondensāts. Šīs metodes trūkums ir nepieciešamība regulāri iztukšot ūdens blīvējumu - ja ir liels savāktā ūdens daudzums, tas var bloķēt gāzes pāreju.

Otrs veids ir uzstādīt filtru ar silikagelu. Princips ir tāds pats kā ūdens blīvē - gāze tiek piegādāta silikagelam un izžāvēta no zem vāka. Izmantojot šo biogāzes žāvēšanas metodi, silikagels periodiski jāžāvē. Lai to izdarītu, kādu laiku tas jāuzsilda mikroviļņu krāsnī. Tas uzsilst un mitrums iztvaiko. Varat to aizpildīt un izmantot vēlreiz.

Lai noņemtu sērūdeņradi, tiek izmantots filtrs, kas piekrauts ar metāla skaidām. Konteinerā varat iekraut vecus metāla berzes. Attīrīšana notiek tieši tādā pašā veidā: gāze tiek piegādāta tvertnes apakšējai daļai, kas piepildīta ar metālu. Kad tas iet, tas tiek attīrīts no sērūdeņraža, kas savākts filtra augšējā brīvajā daļā, no kurienes tas tiek izvadīts caur citu cauruli/šļūteni.

Gāzes tvertne un kompresors

Attīrītā biogāze nonāk uzglabāšanas tvertnē - gāzes turētājā. Tas var būt noslēgts plastmasas maisiņš vai plastmasas trauks. Galvenais nosacījums ir gāzes necaurlaidība, formai un materiālam nav nozīmes. Gāzes turētājs uzglabā biogāzes krājumus. No tā ar kompresora palīdzību patērētājam tiek piegādāta gāze ar noteiktu spiedienu (ko nosaka kompresors) - uz gāzes plīti vai katlu. Šo gāzi var izmantot arī elektroenerģijas ražošanai, izmantojot ģeneratoru.

Lai izveidotu stabilu spiedienu sistēmā pēc kompresora, ieteicams uzstādīt uztvērēju - nelielu ierīci spiediena pārspriegumu izlīdzināšanai.

Maisīšanas ierīces

Lai biogāzes stacija normāli darbotos, nepieciešams regulāri maisīt šķidrumu bioreaktorā. Šis vienkāršais process atrisina daudzas problēmas:

• sajauc svaigu slodzes daļu ar baktēriju koloniju;
• veicina saražotās gāzes izdalīšanos;
• izlīdzina šķidruma temperatūru, izslēdzot siltākas un aukstākas zonas;
• saglabā substrāta viendabīgumu, novēršot dažu komponentu nosēšanos vai peldēšanu.

Parasti mazai pašdarinātai biogāzes stacijai ir mehāniski maisītāji, kurus darbina muskuļu spēks. Liela apjoma sistēmās maisītājus var darbināt ar dzinējiem, kurus aktivizē taimeris.

Otrā metode ir šķidruma maisīšana, izlaižot caur to daļu no radītās gāzes. Lai to izdarītu, pēc iziešanas no metatankas tiek uzstādīts tee un daļa gāzes ieplūst reaktora apakšējā daļā, kur tā iziet caur cauruli ar caurumiem. Šo gāzes daļu nevar uzskatīt par patēriņu, jo tā joprojām atkal nonāk sistēmā un rezultātā nonāk gāzes tvertnē.

Trešā sajaukšanas metode ir izmantot fekāliju sūkņus, lai sūknētu substrātu no apakšējās daļas un ielej to augšpusē. Šīs metodes trūkums ir atkarība no elektroenerģijas pieejamības.

Apkures sistēma un siltumizolācija

Nesildot apstrādāto šķidrumu, vairosies psihofīlās baktērijas. Apstrādes process šajā gadījumā prasīs 30 dienas, un gāzes izlaide būs neliela. Vasarā, ja ir siltumizolācija un slodzes priekšsildīšana, var sasniegt temperatūru līdz 40 grādiem, kad sākas mezofilo baktēriju attīstība, bet ziemā šāda iekārta praktiski nedarbojas - procesi norit ļoti gausi. . Pie temperatūras zem +5°C tie praktiski sasalst.

Ko sildīt un kur to novietot

Lai iegūtu labākos rezultātus, izmantojiet apkuri. Visracionālākā ir ūdens sildīšana no katla. Katls var darboties ar elektrību, cieto vai šķidro kurināmo, kā arī to var darbināt ar saražoto biogāzi. Maksimālā temperatūra, līdz kurai ūdens jāuzsilda, ir +60°C. Karstākas caurules var izraisīt daļiņu pielipšanu virsmai, samazinot apkures efektivitāti.

Var izmantot arī tiešo apkuri - ievietojiet sildelementus, taču, pirmkārt, ir grūti organizēt sajaukšanu, otrkārt, substrāts pielips pie virsmas, samazinot siltuma pārnesi, sildelementi ātri izdegs

Biogāzes staciju var apsildīt, izmantojot standarta apkures radiatorus, vienkārši spolē savītas caurules vai metinātus reģistrus. Labāk ir izmantot polimēru caurules - metāla plastmasas vai polipropilēna. Piemērotas ir arī gofrētās nerūsējošā tērauda caurules, tās ir vieglāk montējamas, it īpaši cilindriskos vertikālos bioreaktoros, bet gofrētā virsma provocē nogulumu salipšanu, kas nav īpaši laba siltuma pārnesei.

Lai samazinātu iespēju daļiņām nosēsties uz sildelementiem, tie atrodas maisītāja zonā. Tikai šajā gadījumā viss ir jāprojektē tā, lai maisītājs nevarētu pieskarties caurulēm. Bieži vien šķiet, ka sildītājus labāk novietot apakšā, taču prakse ir parādījusi, ka apakšā esošo nosēdumu dēļ šāda apkure ir neefektīva. Tāpēc racionālāk ir novietot sildītājus uz biogāzes stacijas metatvertnes sienām.

Ūdens sildīšanas metodes

Atkarībā no cauruļu izvietojuma metodes apkure var būt ārēja vai iekšēja. Iebūvējot iekšpusi, apkure ir efektīva, bet sildītāju remonts un apkope nav iespējama bez sistēmas apturēšanas un izsūknēšanas. Tāpēc īpaša uzmanība tiek pievērsta materiālu izvēlei un savienojumu kvalitātei.

Apkure palielina biogāzes stacijas produktivitāti un samazina izejvielu apstrādes laiku

Ja sildītāji atrodas ārpusē, nepieciešams vairāk siltuma (biogāzes stacijas satura apkures izmaksas ir daudz lielākas), jo daudz siltuma tiek tērēts sienu apsildīšanai. Bet sistēma vienmēr ir pieejama remontam, un apkure ir vienmērīgāka, jo vide tiek sasildīta no sienām. Vēl viena šī risinājuma priekšrocība ir tā, ka maisītāji nevar sabojāt apkures sistēmu.

Kā izolēt

Vispirms bedres apakšā ielej izlīdzinošu smilšu slāni, pēc tam siltumizolācijas slāni. Tas var būt māls, kas sajaukts ar salmiem un keramzīts, izdedži. Visas šīs sastāvdaļas var sajaukt un liet atsevišķos slāņos. Tie tiek nolīdzināti līdz horizontam un uzstādīta biogāzes stacijas jauda.

Bioreaktora malas var izolēt ar moderniem materiāliem vai ar klasiskām vecmodīgām metodēm. Viena no vecmodīgām metodēm ir pārklāšana ar māliem un salmiem. Uzklājiet vairākos slāņos.

Mūsdienu materiāli ietver augsta blīvuma ekstrudēta putupolistirola putas, zema blīvuma gāzbetona blokus utt. Tehnoloģiski vismodernākais šajā gadījumā ir poliuretāna putas (PPU), taču pakalpojumi to pielietošanai nav lēti. Bet rezultāts ir bezšuvju siltumizolācija, kas samazina apkures izmaksas. Ir vēl viens siltumizolācijas materiāls - putu stikls. Plātnēs tas ir ļoti dārgs, bet tā skaidas vai drupatas maksā ļoti maz, un pēc īpašībām tas ir gandrīz ideāls: tas neuzsūc mitrumu, nebaidās no sasalšanas, labi panes statiskās slodzes un ar zemu siltumvadītspēju.

Biogāzes ražošanas tehnoloģija. Mūsdienu lopkopības kompleksi nodrošina augstus ražošanas rādītājus. Izmantotie tehnoloģiskie risinājumi ļauj pilnībā ievērot spēkā esošo sanitāro un higiēnas standartu prasības pašu kompleksu telpās.

Tomēr liels daudzums šķidro kūtsmēslu, kas koncentrēts vienuviet, rada būtiskas problēmas kompleksam piegulošo teritoriju ekoloģijai. Piemēram, svaigi cūku kūtsmēsli un mēsli tiek klasificēti kā 3. bīstamības klases atkritumi. Vides jautājumi ir uzraudzības iestāžu pārziņā, un likumdošanas prasības šajos jautājumos pastāvīgi kļūst stingrākas.

Biokomplekss piedāvā visaptverošu risinājumu šķidro mēslu iznīcināšanai, kas ietver paātrinātu apstrādi modernās biogāzes stacijās (BGU). Apstrādes procesā dabiskie organisko vielu sadalīšanās procesi notiek paātrinātā režīmā, izdalot gāzes, tostarp: metānu, CO2, sēru utt. Tikai iegūtā gāze netiek izlaista atmosfērā, izraisot siltumnīcas efektu, bet tiek nosūtīta uz īpašām gāzes ģeneratoru (koģenerācijas) iekārtām, kas ģenerē elektrisko un siltumenerģiju.

Biogāze – uzliesmojoša gāze, kas veidojas biomasas anaerobās metāna fermentācijas laikā un sastāv galvenokārt no metāna (55-75%), oglekļa dioksīda (25-45%) un sērūdeņraža, amonjaka, slāpekļa oksīdu un citu piemaisījumu (mazāk par 1%).

Biomasas sadalīšanās notiek ķīmisko un fizikālo procesu un 3 galveno baktēriju grupu simbiotiskās dzīves aktivitātes rezultātā, savukārt dažu baktēriju grupu vielmaiņas produkti ir citu grupu pārtikas produkti, noteiktā secībā.

Pirmā grupa ir hidrolītiskās baktērijas, otrā – skābi veidojošās, trešā – metānu veidojošās baktērijas.

Kā izejvielas biogāzes ražošanai var izmantot gan organiskos agrorūpnieciskos vai sadzīves atkritumus, gan augu izejvielas.

Visizplatītākie lauksaimniecības atkritumu veidi, ko izmanto biogāzes ražošanai, ir:

• cūku un liellopu kūtsmēsli, mājputnu pakaiši;
• atliekas no liellopu kompleksu barošanas galda;
• dārzeņu topi;
• standartiem neatbilstoša labības un dārzeņu, cukurbiešu, kukurūzas raža;
• mīkstums un melase;
• milti, izlietoti graudi, mazie graudi, dīgļi;
• alus graudi, iesala kāposti, olbaltumvielu dūņas;
• cietes un sīrupa ražošanas atkritumi;
• augļu un dārzeņu izspaidas;
• serums;
• utt.

Izejvielu avots	Izejvielu veids	Izejvielu daudzums gadā, m3 (t)	Biogāzes daudzums, m3
1 slaucama govs	Nepiegružoti šķidrie kūtsmēsli
1 nobarojama cūka	Nepiegružoti šķidrie kūtsmēsli
1 nobarojamais bullis	Pakaiši cietie kūtsmēsli
1 zirgs	Pakaiši cietie kūtsmēsli
100 vistas	Sausie izkārnījumi
1 ha aramzemes	Svaiga kukurūzas skābbarība
1 ha aramzemes	Cukurbietes
1 ha aramzemes	Svaigu graudu skābbarība
1 ha aramzemes	Svaigas zāles skābbarība

Substrātu (atkritumu veidu) skaits, ko izmanto biogāzes ražošanai vienā biogāzes iekārtā (BGU), var svārstīties no viena līdz desmit vai vairāk.

Biogāzes projektus agroindustriālajā sektorā var izveidot saskaņā ar vienu no šādām iespējām:

• biogāzes ražošana no atsevišķa uzņēmuma atkritumiem (piemēram, kūtsmēsli no lopkopības saimniecības, cukurfabrikas cukurfabrikas kūtsmēsli, spirta rūpnīcas kūtsmēsli);
• biogāzes ražošana, kuras pamatā ir dažādu uzņēmumu atkritumi, projektu sasaistot ar atsevišķu uzņēmumu vai atsevišķi izvietotu centralizētu biogāzes staciju;
• biogāzes ražošana, primāri izmantojot enerģētikas stacijas atsevišķi izvietotās biogāzes stacijās.

Visizplatītākā biogāzes enerģijas izmantošanas metode ir sadedzināšana gāzes virzuļdzinējos kā daļa no mini-koģenerācijas, ražojot elektroenerģiju un siltumu.

Pastāv dažādas iespējas biogāzes staciju tehnoloģiskajām shēmām- atkarībā no izmantoto substrātu veidiem un veidu skaita. Iepriekšējas sagatavošanas izmantošana dažos gadījumos ļauj palielināt izejvielu sadalīšanās ātrumu un pakāpi bioreaktoros un līdz ar to palielināt kopējo biogāzes iznākumu. Ja tiek izmantoti vairāki substrāti ar atšķirīgām īpašībām, piemēram, šķidrie un cietie atkritumi, to uzkrāšana un iepriekšēja sagatavošana (sadalīšana frakcijās, malšana, karsēšana, homogenizācija, bioķīmiskā vai bioloģiskā apstrāde utt.) tiek veikta atsevišķi, pēc kuras tos vai nu sajauc pirms padeves bioreaktoros, vai piegādā atsevišķās plūsmās.

Tipiskas biogāzes stacijas galvenie strukturālie elementi ir:

• sistēma substrātu saņemšanai un iepriekšējai sagatavošanai;
• substrāta transportēšanas sistēma iekārtā;
• bioreaktori (fermentatori) ar sajaukšanas sistēmu;
• bioreaktora apkures sistēma;
• sistēma biogāzes noņemšanai un attīrīšanai no sērūdeņraža un mitruma piemaisījumiem;
• raudzētās masas un biogāzes uzglabāšanas tvertnes;
• programmatūras vadības un tehnoloģisko procesu automatizācijas sistēma.

Biogāzes staciju tehnoloģiskās shēmas atšķiras atkarībā no apstrādāto substrātu veida un skaita, galaproduktu veida un kvalitātes, tehnoloģisko risinājumu sniedzošā uzņēmuma konkrētās know-how un vairākiem citiem faktoriem. Mūsdienās visizplatītākās ir shēmas ar vairāku veidu substrātu vienpakāpes fermentāciju, no kurām viena parasti ir kūtsmēsli.

Attīstoties biogāzes tehnoloģijām, izmantotie tehniskie risinājumi kļūst sarežģītāki uz divpakāpju shēmām, kas atsevišķos gadījumos ir pamatots ar tehnoloģisko nepieciešamību pēc noteikta veida substrātu efektīvas apstrādes un kopējās darba apjoma izmantošanas efektivitātes paaugstināšanas. bioreaktori.

Biogāzes ražošanas īpatnības ir tas, ka to var ražot metāna baktērijas tikai no absolūti sausām organiskām vielām. Tāpēc pirmā ražošanas posma uzdevums ir izveidot tādu substrāta maisījumu, kurā ir augsts organisko vielu saturs, un tajā pašā laikā to var sūknēt. Šis ir substrāts ar sausnas saturu 10-12%. Risinājums tiek panākts, atbrīvojot lieko mitrumu, izmantojot skrūvju separatorus.

Šķidrie kūtsmēsli no ražošanas telpām nonāk tvertnē, tiek homogenizēti ar iegremdējamo maisītāju, un ar zemūdens sūkni tiek piegādāti separācijas cehā gliemežu separatoros. Šķidrā frakcija uzkrājas atsevišķā tvertnē. Cietā frakcija tiek ielādēta cieto izejvielu padevējā.

Saskaņā ar substrāta iekraušanas grafiku fermentatorā, saskaņā ar izstrādāto programmu, periodiski tiek ieslēgts sūknis, kas piegādā fermentatoram šķidro frakciju un vienlaikus tiek ieslēgts cieto izejvielu iekrāvējs. Pēc izvēles šķidro frakciju var ievadīt cieto izejvielu iekrāvējā, kam ir sajaukšanas funkcija, un pēc tam gatavo maisījumu ievada fermentatorā saskaņā ar izstrādāto iekraušanas programmu.Ieslēgumi ir īslaicīgi. Tas tiek darīts, lai novērstu pārmērīgu organiskā substrāta uzņemšanu fermentatorā, jo tas var izjaukt vielu līdzsvaru un izraisīt procesa destabilizāciju fermentatorā. Tajā pašā laikā tiek ieslēgti arī sūkņi, kas sūknē digestātu no fermentatora uz fermentatoru un no fermentatora uz digestāta uzglabāšanas tvertni (lagūnu), lai novērstu fermentatora un fermentatora pārplūdi.

Fermentatorā un fermentatorā esošās digestāta masas tiek sajauktas, lai nodrošinātu vienmērīgu baktēriju izplatīšanos visā konteineru tilpumā. Sajaukšanai tiek izmantoti īpašas konstrukcijas zema ātruma maisītāji.

Kamēr substrāts atrodas fermentatorā, baktērijas izdala līdz pat 80% no kopējās biogāzes stacijas saražotās biogāzes. Atlikušo biogāzes daļu izdala bioreaktorā.

Svarīga loma stabila izdalītās biogāzes daudzuma nodrošināšanā ir šķidruma temperatūrai fermentatorā un fermentatorā. Parasti process notiek mezofilā režīmā ar temperatūru 41-43ºС. Stabilas temperatūras uzturēšana tiek panākta, izmantojot īpašus cauruļveida sildītājus fermentatoros un fermentatoros, kā arī uzticamu sienu un cauruļvadu siltumizolāciju. Biogāzei, kas izplūst no digestāta, ir augsts sēra saturs. Biogāze tiek attīrīta no sēra, izmantojot īpašas baktērijas, kas kolonizē izolācijas virsmu, kas uzklāta uz koka siju velves fermentatoros un fermentatoros.

Biogāze tiek uzkrāta gāzes turētājā, kas veidojas starp digestāta virsmu un elastīgo, augstas stiprības materiālu, kas pārklāj fermentatoru un fermentatoru augšpusē. Materiālam piemīt spēja stipri stiepties (nesamazinot izturību), kas, uzkrājoties biogāzei, būtiski palielina gāzes turētāja ietilpību. Lai novērstu gāzes tvertnes pārplūšanu un materiāla plīsumu, ir drošības vārsts.

Tālāk biogāze nonāk koģenerācijas stacijā. Koģenerācijas iekārta (CGU) ir iekārta, kurā elektroenerģiju ražo ģeneratori, kurus darbina gāzes virzuļdzinēji, kas darbojas ar biogāzi. Ar biogāzi darbināmu koģeneratoru konstrukcija atšķiras no parastajiem gāzes ģeneratoru dzinējiem, jo ​​biogāze ir ļoti noplicināta degviela. Ģeneratoru saražotā elektriskā enerģija nodrošina strāvu paša BSU elektroiekārtām, un viss, kas pārsniedz to, tiek piegādāts tuvumā esošajiem patērētājiem. Koģeneratoru dzesēšanai izmantotā šķidruma enerģija ir saražotā siltumenerģija mīnus zudumi katlu ierīcēs. Saražoto siltumenerģiju daļēji izmanto fermentatoru un fermentatoru sildīšanai, bet atlikušo daļu nosūta arī tuvējiem patērētājiem. ienāk

Ir iespējams uzstādīt papildu iekārtas biogāzes attīrīšanai līdz dabasgāzes līmenim, taču tās ir dārgas iekārtas un tiek izmantotas tikai tad, ja biogāzes stacijas mērķis ir nevis siltumenerģijas un elektroenerģijas ražošana, bet gan kurināmā ražošana. gāzes virzuļdzinēji. Pārbaudītas un visbiežāk izmantotās biogāzes attīrīšanas tehnoloģijas ir ūdens absorbcija, spiediena adsorbcija, ķīmiskā nogulsnēšana un membrānas atdalīšana.

Biogāzes elektrostaciju energoefektivitāte lielā mērā ir atkarīga no izvēlētās tehnoloģijas, materiāliem un galveno konstrukciju dizaina, kā arī no klimatiskajiem apstākļiem teritorijā, kur tās atrodas. Vidējais siltumenerģijas patēriņš bioreaktoru apkurei mērenā klimata joslā ir 15-30% no koģeneratoros saražotās enerģijas (bruto).

Kopējā biogāzes kompleksa energoefektivitāte ar biogāzi kurināmu termoelektrostaciju vidēji ir 75-80%. Situācijā, kad visu elektroenerģijas ražošanas laikā no koģenerācijas stacijas saņemto siltumu nevar patērēt (parasta situācija ārējo siltuma patērētāju trūkuma dēļ), tas tiek izvadīts atmosfērā. Šajā gadījumā biogāzes termoelektrostacijas energoefektivitāte ir tikai 35% no kopējās biogāzes enerģijas.

Biogāzes staciju galvenie darbības rādītāji var būtiski atšķirties, ko lielā mērā nosaka izmantotie substrāti, pieņemtie tehnoloģiskie noteikumi, darbības prakse, katras atsevišķas stacijas veicamie uzdevumi.

Kūtsmēslu apstrādes process ilgst ne vairāk kā 40 dienas. Apstrādes rezultātā iegūtais digestāts ir bez smaržas un ir lielisks organiskais mēslojums, kurā ir sasniegta visaugstākā augu uzņemto barības vielu mineralizācijas pakāpe.

Digestātu parasti sadala šķidrās un cietās frakcijās, izmantojot skrūvju separatorus. Šķidrā frakcija tiek nosūtīta uz lagūnām, kur tā tiek uzkrāta līdz uzklāšanas periodam augsnē. Cieto frakciju izmanto arī kā mēslojumu. Ja cietajai frakcijai tiek veikta papildu žāvēšana, granulēšana un iepakošana, tā būs piemērota ilgstošai uzglabāšanai un transportēšanai lielos attālumos.

Biogāzes ražošana un enerģijas izmantošana ir vairākas priekšrocības, ko attaisno un apstiprina pasaules prakse, proti:

1. Atjaunojamais enerģijas avots (AER). Atjaunojamo biomasu izmanto biogāzes ražošanai.
2. Plašais biogāzes ražošanai izmantoto izejvielu klāsts ļauj būvēt biogāzes stacijas praktiski visur teritorijās, kur ir koncentrēta lauksaimnieciskā ražošana un ar to saistītās tehnoloģiskās nozares.
3. Biogāzes enerģijas izmantošanas metožu daudzpusība gan elektroenerģijas un/vai siltumenerģijas ražošanai tās veidošanās vietā, gan jebkurā gāzes transportēšanas tīklam pieslēgtā objektā (ja šim tīklam tiek piegādāta attīrīta biogāze ), kā arī motordegviela automašīnām.
4. Elektroenerģijas ražošanas stabilitāte no biogāzes visa gada garumā ļauj nosegt maksimālās slodzes tīklā, tai skaitā nestabilu atjaunojamo energoresursu izmantošanas gadījumā, piemēram, saules un vēja elektrostacijas.
5. Darba vietu radīšana, veidojot tirgus ķēdi no biomasas piegādātājiem līdz enerģētikas objektu apkalpojošajam personālam.
6. Negatīvās ietekmes uz vidi samazināšana, pārstrādājot un neitralizējot atkritumus, izmantojot kontrolētu fermentāciju biogāzes reaktoros. Biogāzes tehnoloģijas ir viens no galvenajiem un racionālākajiem veidiem, kā neitralizēt organiskos atkritumus. Biogāzes ražošanas projekti samazina siltumnīcefekta gāzu emisijas atmosfērā.
7. Biogāzes reaktoros raudzētās masas izmantošanas agrotehniskais efekts lauksaimniecības laukos izpaužas augsnes struktūras uzlabošanā, atjaunošanā un to auglības paaugstināšanā, ieviešot organiskas izcelsmes barības vielas. Organiskā mēslojuma, tostarp biogāzes reaktoros masveidā apstrādājamā mēslojuma, tirgus attīstība nākotnē veicinās videi draudzīgu lauksaimniecības produktu tirgus attīstību un palielinās tā konkurētspēju.

Paredzamās vienības ieguldījumu izmaksas

BGU 75 kWel. ~ 9.000 €/kWel.

BGU 150 kWel. ~ 6.500 €/kWel.

BGU 250 kWel. ~ 6.000 €/kWel.

BGU bis 500 kWel. ~ 4.500 €/kWel.

BGU 1 MWel. ~ 3.500 €/kWel.

Saražotā elektroenerģija un siltumenerģija var apmierināt ne tikai kompleksa, bet arī blakus esošās infrastruktūras vajadzības. Turklāt biogāzes staciju izejvielas ir bezmaksas, kas nodrošina augstu ekonomisko efektivitāti pēc atmaksāšanās perioda (4-7 gadi). Biogāzes elektrostacijās saražotās enerģijas izmaksas laika gaitā nepalielinās, bet, gluži pretēji, samazinās.