Onafhankelijke biogasproductie

De stijging van de energieprijzen doet ons nadenken over de mogelijkheid om deze zelfstandig te voorzien. Een optie is een biogasinstallatie. Met zijn hulp wordt biogas gewonnen uit mest, uitwerpselen en plantenresten, dat na reiniging kan worden gebruikt voor gastoestellen (fornuis, boiler), in cilinders kan worden gepompt en kan worden gebruikt als brandstof voor auto's of elektrische generatoren. Over het algemeen kan de verwerking van mest tot biogas in alle energiebehoeften van een woning of boerderij voorzien.

Bouw van een biogasinstallatie - een manier om zelfstandig energiebronnen te leveren

Algemene principes

Biogas is een product dat wordt verkregen uit de afbraak van organisch materiaal. Tijdens het verval / fermentatieproces komen gassen vrij die kunnen worden opgevangen om aan de behoeften van uw eigen boerderij te voldoen. Ik noem de apparatuur waarin dit proces plaatsvindt "biogasinstallatie".

In sommige gevallen is de gasuitvoer te hoog en wordt het opgeslagen in gashouders - voor gebruik gedurende de periode dat het onvoldoende is. Met een competente organisatie van het proces kan er te veel gas zijn, waarna het overschot kan worden verkocht. Een andere bron van inkomsten zijn gefermenteerde restjes. Dit is een zeer effectieve en veilige meststof - tijdens het fermentatieproces sterven de meeste micro-organismen, verliezen plantenzaden hun kiemkracht en worden parasieteneieren niet meer levensvatbaar. Het afvoeren van dergelijke meststoffen naar de velden heeft een positief effect op de opbrengst.

Voorwaarden voor gasproductie

Het proces van biogasvorming vindt plaats door de vitale activiteit van verschillende soorten bacteriën die in het afval zelf zitten. Maar om actief te kunnen "werken", moeten ze bepaalde voorwaarden creëren: vochtigheid en temperatuur. Om ze aan te maken wordt er een biogasinstallatie gebouwd. Dit is een complex van apparaten, waarvan de basis een bioreactor is, waarin de afbraak van afval plaatsvindt, wat gepaard gaat met gasvorming.

Organisatie van een kringloop voor het verwerken van mest en plantaardig afval tot biogas

Er zijn drie manieren om mest tot biogas te verwerken:

• Psychofiel regime. De temperatuur in de biogasinstallatie is van + 5 ° C tot + 20 ° C. Onder dergelijke omstandigheden is het ontledingsproces traag, wordt er veel gas gevormd en is de kwaliteit ervan laag.
• Mesofiel. Het apparaat gaat naar deze modus bij temperaturen van + 30 ° C tot + 40 ° C. In dit geval prolifereren mesofiele bacteriën. In dit geval wordt meer gas gegenereerd, het verwerkingsproces kost minder tijd - van 10 tot 20 dagen.
• Thermofiel. Deze bacteriën vermenigvuldigen zich bij temperaturen vanaf + 50 ° C. Het proces is het snelste (3-5 dagen), de gasopbrengst is het grootst (onder ideale omstandigheden kan tot 4,5 liter gas worden verkregen uit 1 kg levering). De meeste referentietabellen voor gaswinning uit de verwerking worden specifiek voor deze modus gegeven, dus bij gebruik van andere modi is het de moeite waard om naar beneden bij te stellen.

Het moeilijkste bij biogasinstallaties is het thermofiele regime. Dit vereist hoogwaardige thermische isolatie van de biogasinstallatie, verwarming en een temperatuurregelsysteem. Maar bij de uitgang krijgen we de maximale hoeveelheid biogas. Een ander kenmerk van thermofiele verwerking is de onmogelijkheid van extra belasting. De andere twee modi - psychofiel en mesofiel - stellen je in staat dagelijks een verse portie bereide grondstoffen toe te voegen.Maar in de thermofiele modus zorgt de korte verwerkingstijd ervoor dat de bioreactor kan worden opgedeeld in zones waarin zijn eigen aandeel aan grondstoffen met verschillende laadtijden zal worden verwerkt.

Biogasinstallatie diagram

De basis van een biogasinstallatie is een bioreactor of bunker. Het fermentatieproces vindt daarin plaats en het resulterende gas hoopt zich erin op. Er is ook een laad- en lostrechter, het geproduceerde gas wordt afgevoerd via een pijp die in het bovendeel is gestoken. Vervolgens komt het gasbehandelingssysteem - het schoonmaken en de druk in de gasleiding verhogen naar de werkende.

Schema van een installatie voor het verwerken van mest tot biogas

Voor mesofiele en thermofiele modi is ook een bioreactorverwarmingssysteem vereist om de vereiste modi te bereiken. Hiervoor worden meestal gasketels gebruikt die de geproduceerde brandstof gebruiken. Van daaruit gaat het leidingsysteem naar de bioreactor. Meestal zijn dit polymeerbuizen, omdat ze het meest geschikt zijn om in een agressieve omgeving te zijn.

Een biogasinstallatie heeft ook een systeem nodig om de stof te mengen. Tijdens de fermentatie vormt zich bovenaan een harde korst, zware deeltjes bezinken. Dit alles bij elkaar verslechtert het vergassingsproces. Om een ​​homogene toestand van de verwerkte massa te behouden, zijn roerwerken nodig. Ze kunnen mechanisch of zelfs handmatig zijn. Ze kunnen worden gestart door een timer of handmatig. Het hangt allemaal af van hoe de biogasinstallatie is gemaakt. Een geautomatiseerd systeem is duurder om te installeren, maar vereist minimale aandacht tijdens het gebruik.

De eenvoudigste biogasinstallatie uit een plastic vat

Een biogasinstallatie naar type locatie kan zijn:

• Bovengronds.
• Half verzonken.
• Verzonken.

Begraven exemplaren zijn duurder om te installeren - er is een grote hoeveelheid landwerk nodig. Maar wanneer ze in onze omstandigheden worden gebruikt, zijn ze beter - het is gemakkelijker om isolatie te organiseren, minder verwarmingskosten.

Wat kan worden gerecycled

De biogasinstallatie is in wezen omnivoor - elk organisch materiaal kan worden verwerkt. Eventuele mest en urine, plantenresten zijn geschikt. Detergentia, antibiotica, chemie hebben een negatieve invloed op het proces. Het is wenselijk om hun opname te minimaliseren, omdat ze de flora die bij de verwerking betrokken is, doden.

Hoeveel biogas kan uit verschillende afvalstoffen worden gewonnen

Rundermest wordt als ideaal beschouwd, omdat het grote hoeveelheden micro-organismen bevat. Als er geen koeien op de boerderij zijn, is het raadzaam om bij het beladen van de bioreactor een deel van de mest toe te voegen om het substraat te vullen met de benodigde microflora. Plantenresten worden voorgeplet, verdund met water. De bioreactor mengt plantmateriaal en uitwerpselen. Zo'n "vulling" duurt langer om te verwerken, maar aan de uitgang, met de juiste modus, hebben we de hoogste productopbrengst.

Lokaliseren

Om de kosten van het organiseren van het proces te minimaliseren, is het zinvol om de biogasinstallatie in de buurt van de afvalbron te plaatsen - in de buurt van gebouwen waar vogels of dieren worden gehouden. Het is wenselijk om een ​​ontwerp te ontwikkelen zodat belasting door zwaartekracht plaatsvindt. Vanuit een schuur of varkensstal kan een pijpleiding op een talud worden aangelegd, waardoor de mest door de zwaartekracht de bunker in zal stromen. Dit vergemakkelijkt het onderhoud van de reactor en ook de mestverwijdering aanzienlijk.

Het is het meest aan te raden om de biogasinstallatie zo te plaatsen dat het afval van de boerderij door zwaartekracht kan stromen

Meestal bevinden gebouwen met dieren zich op enige afstand van een woongebouw. Daarom moet het gegenereerde gas worden overgedragen aan consumenten. Maar het uitrekken van één gasleiding is goedkoper en makkelijker dan het organiseren van een lijn voor het transporteren en laden van mest.

Bioreactor

Aan tanks voor mestverwerking worden vrij hoge eisen gesteld:

• Het moet ongevoelig zijn voor water en gassen. De waterdichtheid moet in beide richtingen werken: de vloeistof uit de bioreactor mag de grond niet verontreinigen en het grondwater mag de toestand van de gefermenteerde massa niet veranderen.
• De bioreactor moet een hoge sterkte hebben. Het moet bestand zijn tegen de massa van een halfvloeibaar substraat, de gasdruk in de container en de externe bodemdruk. Over het algemeen moet bij het bouwen van een bioreactor speciale aandacht worden besteed aan de sterkte ervan.
  

  Voor thuisgebruik en seizoensproductie van biobrandstoffen (in het warme seizoen) in kleine volumes is een kunststof tank met deksel geschikt

• Onderhoudsgemak. Handiger om cilindrische containers te gebruiken - horizontaal of verticaal. Daarin kan het mengen door het hele volume worden georganiseerd, er worden geen stilstaande zones in gevormd.Rechthoekige containers zijn gemakkelijker te implementeren wanneer u met uw eigen handen bouwt, maar er ontstaan ​​vaak scheuren in de hoeken erin en het substraat stagneert daar. Het mengen in de hoeken is erg problematisch.

Aan al deze eisen voor de bouw van een biogasinstallatie moet worden voldaan, aangezien ze de veiligheid waarborgen en normale omstandigheden scheppen voor de verwerking van mest tot biogas.

Welke materialen kunnen worden gemaakt

Weerstand tegen agressieve media is de belangrijkste vereiste voor de materialen waaruit de container kan worden gemaakt. Het substraat in de bioreactor kan zuur of basisch zijn. Dienovereenkomstig moet het materiaal waarvan de container is gemaakt, verschillende omgevingen goed verdragen.

Er zijn niet veel materialen die aan deze verzoeken voldoen. Het eerste dat in me opkomt is metal. Het is duurzaam, je kunt er een container van elke vorm van maken. Wat goed is, is dat je een kant-en-klare container kunt gebruiken - een soort oude tank. In dit geval kost de bouw van een biogasinstallatie heel weinig tijd. Gebrek aan metaal - het reageert met chemisch actieve stoffen en begint af te breken. Om dit minpunt te neutraliseren, is het metaal bedekt met een beschermende coating.

Een uitstekende optie is een polymeerbioreactorcontainer. Het plastic is chemisch neutraal, rot niet, roest niet. U hoeft alleen maar te kiezen uit materialen die bestand zijn tegen bevriezing en verhitting tot voldoende hoge temperaturen. De wanden van de reactor moeten dik zijn, bij voorkeur met glasvezel versterkt. Dergelijke containers zijn niet goedkoop, maar ze dienen wel lang.

Het is mogelijk om een ​​bioreactor te bouwen voor de productie van biogas uit bakstenen, maar deze moet goed gepleisterd worden met behulp van additieven die zorgen voor water- en gasondoorlaatbaarheid

Een goedkopere optie is een biogasinstallatie met een tank gemaakt van bakstenen, betonblokken, steen. Om het metselwerk hoge belastingen te laten weerstaan, is het noodzakelijk om het metselwerk te versterken (in elke 3-5 rijen, afhankelijk van de wanddikte en het materiaal). Om de ondoordringbaarheid van water en gas te garanderen, is na voltooiing van het muuropbouwproces een daaropvolgende meerlaagse wandverwerking zowel van binnen als van buiten nodig. De wanden zijn bepleisterd met een cementzandige samenstelling met toevoegingen (toevoegingen) die voor de gewenste eigenschappen zorgen.

Reactor dimensionering

Het volume van de reactor is afhankelijk van de gekozen temperatuur voor het verwerken van mest tot biogas. Meestal wordt mesofiel gekozen - het is gemakkelijker te onderhouden en het impliceert de mogelijkheid van dagelijkse extra belasting van de reactor. De productie van biogas na het bereiken van de normale modus (ongeveer 2 dagen) is stabiel, zonder uitbarstingen en dalen (wanneer normale omstandigheden worden gecreëerd). In dit geval is het zinvol om het volume van de biogasinstallatie te berekenen afhankelijk van de hoeveelheid mest die per dag op de boerderij wordt gegenereerd. Alles wordt eenvoudig berekend op basis van de gemiddelde gegevens.

De afbraak van mest bij mesofiele temperaturen duurt 10 tot 20 dagen. Dienovereenkomstig wordt het volume berekend door te vermenigvuldigen met 10 of 20. Bij het berekenen moet rekening worden gehouden met de hoeveelheid water die nodig is om het substraat in een ideale staat te brengen - het vochtgehalte moet 85-90% zijn.Het gevonden volume wordt met 50% verhoogd, omdat de maximale belasting niet groter mag zijn dan 2/3 van het volume van de tank - gas moet zich onder het plafond ophopen.

Zo heeft de boerderij 5 koeien, 10 varkens en 40 kippen. In wezen worden 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg gevormd. Om kippenmest op 85% luchtvochtigheid te brengen, moet je iets meer dan 5 liter water toevoegen (dit is nog eens 5 kg). Het totale gewicht is 331,8 kg. Voor verwerking in 20 dagen heeft u nodig: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - ongeveer 7 blokjes alleen voor het substraat. We vermenigvuldigen het gevonden cijfer met 1,5 (toename met 50%), we krijgen 10,5 kubieke meter. Dit wordt de berekende waarde van het volume van de biogasinstallatie-reactor.

Laden en lossen

Laad- en losluiken leiden rechtstreeks naar de bioreactortank. Om het substraat gelijkmatig over het hele gebied te verdelen, worden ze in tegenoverliggende uiteinden van de container gemaakt.

Schema van een biogasreactor zonder voorverwarming

Bij een ondergrondse installatie van een biogasinstallatie komen de laad- en losleidingen onder een scherpe hoek naar het lichaam. Bovendien moet het onderste uiteinde van de buis zich onder het vloeistofniveau in de reactor bevinden. Dit voorkomt dat er lucht in de container komt. Ook worden op de leidingen roterende of afsluiters geplaatst, die in de normale stand gesloten zijn. Ze openen alleen tijdens het laden of lossen.

Omdat de mest grote fragmenten kan bevatten (strooisel, grasstengels, enz.), Zullen leidingen met een kleine diameter vaak verstopt raken. Daarom moeten ze voor het laden en lossen een diameter van 20-30 cm hebben en moeten ze worden gemonteerd voordat met de isolatie van de biogasinstallatie wordt begonnen, maar nadat de container is geïnstalleerd.

Bioreactor-vormen en opties voor het laden en lossen van luiken

De handigste bedrijfsmodus van een biogasinstallatie is het regelmatig laden en lossen van het substraat. Deze operatie kan eenmaal per dag of eenmaal per twee dagen worden uitgevoerd. Mest en andere componenten worden vooraf verzameld in een opslagtank, waar ze in de vereiste staat worden gebracht - ze worden zo nodig fijngemaakt, bevochtigd en gemengd. Gemakshalve kan deze container worden uitgerust met een mechanische roerder. Het voorbereide substraat wordt in het toegangsluik gegoten. Door de opvangbak in de zon te plaatsen, wordt het substraat voorverwarmd, waardoor de kosten voor het handhaven van de vereiste temperatuur worden verlaagd.

Het is wenselijk om de inbouwdiepte van de stortbunker te berekenen, zodat het afval er door de zwaartekracht in stroomt. Hetzelfde geldt voor lozing in de bioreactor. Het beste geval is als het voorbereide substraat door de zwaartekracht beweegt. En een demper zal het tijdens de voorbereiding afschermen.

Biogasinstallatie met roerwerk en verwarming

Om de dichtheid van de biogasinstallatie te waarborgen, moeten luiken op de stortbunker en in de losruimte zijn voorzien van een rubberen afdichting. Hoe minder lucht er in de tank zit, hoe schoner het uitlaatgas zal zijn.

Inzameling en verwijdering van biogas

Het biogas wordt uit de reactor verwijderd via een buis waarvan het ene uiteinde onder het dak zit, het andere uiteinde wordt meestal neergelaten in een waterslot. Dit is een bak met water, waarin het resulterende biogas wordt geloosd. Er zit een tweede pijp in het waterslot - deze bevindt zich boven het vloeistofniveau. Er gaat schoner biogas in. Een gasafsluiter is geïnstalleerd aan de uitlaat van hun bioreactor. De beste optie is een bal.

Welke materialen kunnen worden gebruikt voor het gastransportsysteem? Gegalvaniseerde metalen buizen en gasleidingen van HDPE of PPR. Ze moeten de dichtheid garanderen, naden en voegen worden gecontroleerd met zeepschuim. De hele pijpleiding is samengesteld uit buizen en fittingen met dezelfde diameter. Geen weeën of verlengingen.

Zuivering van onzuiverheden

De samenstelling van het geproduceerde biogas is bij benadering als volgt:

Filter voor het zuiveren van biogas uit waterstofsulfide

Om waterstofsulfide te verwijderen, wordt een metalen chipfilter gebruikt.U kunt oude metalen sponzen in de container plaatsen. De zuivering vindt op dezelfde manier plaats: gas wordt in het onderste deel van een container gevuld met metaal gevoerd. Als het passeert, wordt het gezuiverd van waterstofsulfide, verzamelt het zich in het bovenste vrije deel van het filter, vanwaar het wordt afgevoerd via een andere buis / slang.

Gastank en compressor

Het gezuiverde biogas komt in een opslagtank - een gashouder. Het kan een verzegelde plastic zak of plastic container zijn. De belangrijkste voorwaarde is gasdichtheid, vorm en materiaal doen er niet toe. De biogasvoorraad wordt opgeslagen in de gashouder. Van daaruit wordt met behulp van een compressor gas onder een bepaalde druk (ingesteld door de compressor) aan de consument geleverd - aan het gasfornuis of de ketel. Dit gas kan ook worden gebruikt om met een generator elektriciteit op te wekken.

Een van de opties voor gastanks

Om een ​​stabiele druk in het systeem na de compressor te creëren, is het raadzaam om een ​​ontvanger te installeren - een klein apparaat voor het nivelleren van drukstoten.

Apparaten mengen

Om de biogasinstallatie in de normale modus te laten werken, is het nodig om de vloeistof regelmatig in de bioreactor te roeren. Dit eenvoudige proces lost veel problemen op:

• mengt een vers deel van de lading met een kolonie bacteriën;
• bevordert het vrijkomen van geproduceerd gas;
• egaliseert de temperatuur van de vloeistof, met uitzondering van warmere en koudere gebieden;
• handhaaft de uniformiteit van het substraat door het verzakken of drijven van sommige bestanddelen te voorkomen.

Meestal heeft een kleine zelfgemaakte biogasinstallatie mechanische roerwerken die worden aangedreven door spierkracht. In systemen met een groot volume kunnen de roerwerken worden aangedreven door motoren, die worden ingeschakeld door een timer.

Soorten roerwerken voor bioreactoren

De tweede manier is om de vloeistof te roeren en een deel van het geproduceerde gas erdoorheen te leiden. Hiervoor wordt na het verlaten van de metatank een T-stuk geplaatst en wordt een deel van het gas in het onderste deel van de reactor gegoten, waar het via een buis met gaten naar buiten komt. Dit deel van het gas kan niet als een stroomsnelheid worden beschouwd, omdat het toch weer het systeem binnenkomt en daardoor in de gashouder terechtkomt.

De derde mengmethode is om het substraat met fecale pompen uit hun onderste gedeelte te pompen en het aan de bovenkant uit te gieten. Het nadeel van deze methode is de afhankelijkheid van de beschikbaarheid van elektriciteit.

Verwarmingssysteem en thermische isolatie

Zonder verhitting van de verwerkte mest zullen psychofiele bacteriën zich vermenigvuldigen. Het verwerkingsproces duurt in dit geval 30 dagen en de gasopbrengst zal klein zijn. In de zomer, in aanwezigheid van thermische isolatie en voorverwarming van de belasting, is het mogelijk om temperaturen tot 40 graden te bereiken, wanneer de ontwikkeling van mesofiele bacteriën begint, maar in de winter is een dergelijke installatie praktisch niet werkzaam - de processen zijn erg traag. Bij temperaturen onder + 5 ° C bevriezen ze praktisch.

Afhankelijkheid van de timing van de verwerking van mest tot biogas op temperatuur

Hoe te verwarmen en waar te plaatsen

Gebruik verwarming voor het beste resultaat. Het meest rationele is waterverwarming uit de ketel. De ketel kan werken op elektriciteit, vaste of vloeibare brandstof, hij kan ook worden gestart op het geproduceerde biogas. De maximale temperatuur waarop het water verwarmd moet worden is + 60 ° C. Door warmere leidingen kunnen deeltjes aan het oppervlak hechten, wat resulteert in een lager verwarmingsrendement.

U kunt ook directe verwarming gebruiken - plaats verwarmingselementen, maar ten eerste is het moeilijk om het mengen te organiseren, en ten tweede blijft het substraat aan het oppervlak kleven, waardoor de warmteoverdracht wordt verminderd, verwarmingselementen zullen snel doorbranden

Een biogasinstallatie kan worden verwarmd met standaard verwarmingsradiatoren, simpelweg met buizen die in een spiraal zijn gedraaid, gelaste registers. Het is beter om polymeerbuizen te gebruiken - metaalplastic of polypropyleen.Gegolfde roestvrijstalen buizen zijn ook geschikt, ze zijn gemakkelijker te leggen, vooral in cilindrische verticale bioreactoren, maar het gegolfde oppervlak veroorzaakt de aanhechting van sediment, wat niet erg goed is voor warmteoverdracht.

Om de kans te verkleinen dat deeltjes zich op de verwarmingselementen nestelen, bevinden ze zich in de mixerzone. Alleen in dit geval moet alles zo worden ontworpen dat de mixer de leidingen niet kan raken. Het lijkt vaak dat het beter is om de kachels onderaan te plaatsen, maar de praktijk heeft uitgewezen dat een dergelijke verhitting niet effectief is door sediment op de bodem. Het is dus rationeler om de kachels op de wanden van de metatank van de biogasinstallatie te plaatsen.

Waterverwarmingsmethoden

Afhankelijk van de wijze van plaatsing van leidingen, kan verwarming extern of intern zijn. Bij interne installatie is verwarming effectief, maar reparatie en onderhoud van verwarmers is onmogelijk zonder het systeem uit te schakelen en leeg te pompen. Daarom wordt speciale aandacht besteed aan de materiaalkeuze en de kwaliteit van de verbindingen.

Verwarming verhoogt de productiviteit van de biogasinstallatie en verkort de verwerkingstijd van grondstoffen

Als de kachels buiten staan, is er meer warmte nodig (de kosten voor het verwarmen van de inhoud van een biogasinstallatie zijn veel hoger), aangezien er veel warmte wordt besteed aan het verwarmen van de muren. Maar het systeem is altijd beschikbaar voor reparatie en de verwarming is gelijkmatiger, omdat de omgeving wordt verwarmd via de muren. Een ander pluspunt van deze oplossing is dat roerwerken het verwarmingssysteem niet kunnen beschadigen.

Hoe te isoleren

Op de bodem van de put wordt eerst een egaliserende laag zand gestort, daarna een warmte-isolerende laag. Het kan klei zijn gemengd met stro en geëxpandeerde klei, slakken. Al deze componenten kunnen worden gemengd, kunnen in afzonderlijke lagen worden gestrooid. Ze worden tot aan de horizon geëgaliseerd, de capaciteit van de biogasinstallatie wordt geplaatst.

De zijkanten van de bioreactor kunnen worden geïsoleerd met moderne materialen of klassieke verouderde methoden. Van de ouderwetse methoden - bedekken met klei en stro. Het wordt in meerdere lagen aangebracht.

Moderne materialen worden gebruikt om bioreactoren te isoleren

Van moderne materialen kunt u geëxtrudeerd polystyreenschuim met hoge dichtheid, cellenbetonblokken met lage dichtheid, geschuimd polyurethaanschuim... Het technologisch meest geavanceerde in dit geval is polyurethaanschuim (PPU), maar de diensten voor de toepassing ervan zijn niet goedkoop. Maar het resultaat is naadloze thermische isolatie, die de verwarmingskosten minimaliseert. Er is nog een warmte-isolerend materiaal - geschuimd glas. In platen is het erg duur, maar zijn strijd of kruimel kost heel weinig, en volgens zijn kenmerken is het bijna perfect: het neemt geen vocht op, is niet bang voor bevriezing, het verdraagt ​​goed statische belastingen en heeft een lage thermische geleidbaarheid.