Šeit, Serbijā un Eiropā kopumā, cilvēki nevēlas būt atkarīgi no enerģijas un gāzes uzņēmumiem, tāpēc viņi cenšas iegādāties alternatīvus enerģijas avotus. Vai tie būtu saules paneļi, siltuma kolektori vai biogāzes stacijas.
Kādreiz jau savā žurnālā runāju par rūpnieciskajām biogāzes stacijām, tagad mans stāsts ir par paštaisītu iekārtu, kas spēj ražot gāzi Jūsu mājai vai mājai. Darbības princips ir skaidrs no attēla. Es tikai sniegšu dažus paskaidrojumus un pastāstīšu dažu elementu mērķi.
Lai veiktu instalāciju, jums būs nepieciešams:
*Divas plastmasas mucas pa 200 litriem katrā (Serbijā šādās mucās kāpostus sālī), bet var būt arī metāla mucas dīzeļdegvielai.
* Pieci adapteri elementu savienošanai ar šļūteni, kuras biezums ir vismaz 13 mm.
* Plastmasas šļūtene (garums atkarībā no uzstādīšanas vajadzībām).
* Plastmasas spainis.
* Plastmasas tvertne 3 - 5 litri (automobiļu eļļai ar skrūvējamu vāciņu) avārijas vārstam.
* Divas plastmasas caurules ar diametru 5 cm.
1. elements - attēlā, BIO gāzes ģenerators
Tas sastāv no: noslēgtas mucas, divām plastmasas caurulēm un biogāzes izplūdes armatūras.
Ģeneratorā organiskā masa sadalās sabrukšanas procesā, izdalot 60% metāna un 40% SO2.
Caur pirmo plastmasas cauruli ar piltuvi ielej smalki sagrieztus biomasas atkritumus un sajauc ar ūdeni proporcijā 10% biomasas un 90% lietus ūdens (mīkstais ūdens).
Būtu labi, ja mēs varētu pievienot arī dabīgu svaigu kūtsmēslu maisījumu no govīm, cūkām un mājputniem, tādējādi ieviešot mikroorganismus, no kuriem atkarīga biogāzes ražošana. Ja tas neizdodas, varat pievienot nedaudz dubļu no upes vai dīķa, lai paātrinātu procesu.
Process aizņem apmēram 3 nedēļas, līdz veidojas gāzes. Jau agri pamanīsit, ka izdalās gāze, taču ņemiet vērā, ka tā ir SO2 – oglekļa dioksīds, kas nav uzliesmojošs. Tikai pēc 3 nedēļām veidojas metāns - biogāze.
Tvertnes apakšā laika gaitā parādās atliekas, kas ir lielisks dabīgais mēslojums dārzeņiem dārzkopībā.
Ideālā temperatūra ir no 12 līdz 36 grādiem, sargājiet mucu no tiešiem saules stariem ēnā un ziemā no sasalšanas. Paturiet prātā, ka šī ir “dzīva” muca, tas ir, tajā ir miljardiem mikroorganismu, kas strādā pie biomasas sadalīšanās procesa.
Ja BIO gāzes ģeneratoru “pārvārīsi” vai “saldēsi”, mikroorganismi pazudīs, tāpēc viss process būs jāsāk no jauna.
Attēlā 2. elements ir konteiners biogāzes savākšanai un ūdens blīvējums
Tas sastāv no atvērtas plastmasas mucas, spaiņa un diviem piederumiem (vārsts) gāzes plūsmai un svaram (birka).
Šajā konteinerā - 200 litru mucā, tiek savākta gāze, kā parādīts attēlā. Nodrošina vienkāršu un elastīgu risinājumu, netērējot gāzi. Turklāt ūdens darbojas arī kā filtrs, attīrot metānu no piemaisījumiem.
Ievērojiet, ka gāze ir pacēlusi ūdens tvertni, un tas norāda savāktās gāzes daudzumu.
Atsvara svars palīdzēs nodrošināt pietiekamu gāzes spiedienu, kas pēc tam tiek nosūtīts uz avārijas vārstu, elementu Nr.4.
Glabājiet šo trauku piepildītu ar ūdeni un sargājiet no sasalšanas.
3. elements - deglis
4. elements — avārijas vārsts
Avārijas vārsts sastāv no plastmasas ūdens tvertnes ar skrūvējamu vāciņu un diviem adapteriem.
Tukšas eļļas kannas automašīnai ir laba improvizācija.
Drošības vārsts ir paredzēts liesmas pārtveršanai, lai apturētu pretējo efektu. Avārijas vārsts atrodas starp 3. elementu - degli un gāzes savākšanas tvertni, 2. elementu.
Ir obligāti jāuzstāda avārijas vārsts, lai novērstu gāzes tvertnes aizdegšanos, negadījumu vai sprādzienu.
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 staciju”.
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:
- Psihofilais 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.
Alternatīvo degvielu tēma ir aktuāla jau vairākus gadu desmitus. Biogāze ir dabisks kurināmā avots, ko varat ražot un izmantot pats, īpaši, ja jums ir mājlopi.
Kas tas ir
Biogāzes sastāvs ir līdzīgs rūpnieciskā mērogā ražotajai. Biogāzes ražošanas posmi:
- Bioreaktors ir konteiners, kurā bioloģisko masu vakuumā apstrādā anaerobās baktērijas.
- Pēc kāda laika izdalās gāze, kas sastāv no metāna, oglekļa dioksīda, sērūdeņraža un citām gāzveida vielām.
- Šī gāze tiek attīrīta un izņemta no reaktora.
- Pārstrādāta biomasa ir lielisks mēslojums, ko izņem no reaktora, lai bagātinātu laukus.
Biogāzes ražošana ar savām rokām mājās ir iespējama, ja dzīvojat ciematā un jums ir pieejami dzīvnieku atkritumi. Tā ir laba degvielas izvēle lopkopības saimniecībām un lauksaimniecības uzņēmumiem.
Biogāzes priekšrocība ir tā, ka tā samazina metāna emisijas un nodrošina alternatīvu enerģijas avotu. Biomasas apstrādes rezultātā veidojas mēslojums sakņu dārziem un laukiem, kas ir papildu priekšrocība.
Lai izveidotu savu biogāzi, jums ir jāizveido bioreaktors kūtsmēslu, putnu mēslu un citu organisko atkritumu pārstrādei. Izmantotās izejvielas ir:
- notekūdeņi;
- salmi;
- zāle;
- upes dūņas
Ir svarīgi nepieļaut ķīmisko piemaisījumu iekļūšanu reaktorā, jo tie traucē apstrādes procesu.
Lietošanas gadījumi
Kūtsmēslu pārstrāde biogāzē ļauj iegūt elektrisko, siltumenerģiju un mehānisko enerģiju. Šo degvielu izmanto rūpnieciskā mērogā vai privātmājās. To lieto:
- apkure;
- apgaismojums;
- ūdens sildīšanai;
- iekšdedzes dzinēju darbība.
Izmantojot bioreaktoru, jūs varat izveidot savu enerģijas bāzi, lai darbinātu savu privātmāju vai lauksaimniecisko ražošanu.
Termoelektrostacijas, kurās izmanto biogāzi, ir alternatīvs veids, kā apsildīt privātu saimniecību vai nelielu ciematu. Organiskos atkritumus var pārvērst elektrībā, kas ir daudz lētāk nekā nogādāt tos uz objektu un maksāt komunālos maksājumus. Biogāzi var izmantot ēdiena gatavošanai uz gāzes plīts. Biodegvielas lielā priekšrocība ir tā, ka tā ir neizsmeļams, atjaunojams enerģijas avots.
Biodegvielas efektivitāte
Biogāze no pakaišiem un kūtsmēsliem ir bezkrāsaina un bez smaržas. Tas nodrošina tādu pašu siltuma daudzumu kā dabasgāze. Viens kubikmetrs biogāzes nodrošina tādu pašu enerģijas daudzumu kā 1,5 kg ogļu.
Visbiežāk lauku saimniecības mājlopu atkritumus neizmet, bet uzglabā vienā teritorijā. Tā rezultātā atmosfērā izdalās metāns, un mēslojums zaudē savas īpašības kā mēslojums. Savlaicīgi pārstrādātie atkritumi saimniecībai dos daudz lielāku labumu.
Tādā veidā ir viegli aprēķināt kūtsmēslu apglabāšanas efektivitāti. Vidēji govs saražo 30-40 kg kūtsmēslu dienā. Šī masa saražo 1,5 kubikmetrus gāzes. No šī daudzuma saražo 3 kW/h elektroenerģijas.
Kā izveidot biomateriālu reaktoru
Bioreaktori ir betona konteineri ar caurumiem izejvielu noņemšanai. Pirms būvniecības jums ir jāizvēlas vieta uz vietas. Reaktora izmērs ir atkarīgs no ikdienas biomasas daudzuma. Tam vajadzētu piepildīt trauku līdz 2/3.
Ja ir maz biomasas, betona konteinera vietā var ņemt dzelzs mucu, piemēram, parasto mucu. Bet tam jābūt stipram, ar augstas kvalitātes metinātām šuvēm.
Saražotās gāzes daudzums ir tieši atkarīgs no izejvielu apjoma. Nelielā traukā jūs saņemsiet nedaudz no tā. Lai iegūtu 100 kubikmetrus biogāzes, nepieciešams pārstrādāt tonnu bioloģiskās masas.
Lai palielinātu instalācijas izturību, to parasti ierok zemē. Reaktoram jābūt ieplūdes caurulei biomasas iekraušanai un izvadam atkritumu izņemšanai. Tvertnes augšpusē jābūt caurumam, pa kuru tiek izvadīta biogāze. Labāk to aizvērt ar ūdens blīvējumu.
Lai reakcija būtu pareiza, tvertnei jābūt hermētiski noslēgtai, bez gaisa piekļuves. Ūdens blīvējums nodrošinās savlaicīgu gāzu izvadīšanu, kas neļaus sistēmai eksplodēt.
Reaktors lielai fermai
Vienkārša bioreaktora konstrukcija ir piemērota mazām saimniecībām ar 1-2 dzīvniekiem. Ja jums pieder saimniecība, vislabāk ir uzstādīt rūpniecisko reaktoru, kas spēj apstrādāt lielu daudzumu degvielas. Projekta izstrādē un sistēmas uzstādīšanā vislabāk ir iesaistīt īpašus uzņēmumus.
Rūpnieciskie kompleksi sastāv no:
- Pagaidu uzglabāšanas tvertnes;
- Sajaukšanas iekārtas;
- Neliela termoelektrostacija, kas nodrošina enerģiju ēku un siltumnīcu apkurei, kā arī elektrību;
- Tvertnes fermentētiem kūtsmēsliem, ko izmanto kā mēslojumu.
Visefektīvākais variants ir uzbūvēt vienu kompleksu vairākām kaimiņu saimniecībām. Jo vairāk tiek apstrādāts biomateriāls, jo vairāk enerģijas tiek saražots rezultātā.
Pirms biogāzes saņemšanas rūpnieciskās iekārtas jāsaskaņo ar sanitāro un epidemioloģisko staciju, ugunsdzēsības un gāzes inspekciju. Tie ir dokumentēti, ir īpaši standarti visu elementu izvietojumam.
Kā aprēķināt reaktora tilpumu
Reaktora tilpums ir atkarīgs no dienā radītā atkritumu daudzuma. Atcerieties, ka efektīvai fermentācijai tvertnei jābūt pilnai tikai par 2/3. Ņemiet vērā arī fermentācijas laiku, temperatūru un izejvielu veidu.
Pirms nosūtīšanas uz bioreaktoru kūtsmēslus vislabāk ir atšķaidīt ar ūdeni. Kūtsmēslu apstrādei 35–40 grādu temperatūrā būs nepieciešamas apmēram 2 nedēļas. Lai aprēķinātu tilpumu, nosakiet sākotnējo atkritumu tilpumu ar ūdeni un pievienojiet 25-30%. Biomasas apjomam jābūt vienādam ik pēc divām nedēļām.
Kā nodrošināt biomasas aktivitāti
Lai pareizi fermentētu biomasu, vislabāk maisījumu sildīt. Dienvidu reģionos rūgšanas sākšanos veicina gaisa temperatūra. Ja dzīvojat ziemeļos vai vidējā zonā, varat pievienot papildu sildelementus.
Lai sāktu procesu, ir nepieciešama 38 grādu temperatūra. Ir vairāki veidi, kā to nodrošināt:
- Spole zem reaktora, kas savienota ar apkures sistēmu;
- Sildelementi konteinera iekšpusē;
- Konteinera tieša karsēšana ar elektriskām sildīšanas ierīcēm.
Bioloģiskā masā jau ir baktērijas, kas nepieciešamas biogāzes ražošanai. Viņi pamostas un sāk darboties, kad gaisa temperatūra paaugstinās.
Vislabāk tos sildīt ar automātiskajām apkures sistēmām. Tie ieslēdzas, kad reaktorā nonāk auksta masa, un automātiski izslēdzas, kad temperatūra sasniedz vēlamo vērtību. Šādas sistēmas tiek uzstādītas ūdens sildīšanas katlos, tās var iegādāties gāzes iekārtu veikalos.
Ja nodrošināsiet apkuri līdz 30-40 grādiem, tad apstrāde prasīs 12-30 dienas. Tas ir atkarīgs no masas sastāva un tilpuma. Sildot līdz 50 grādiem, baktēriju aktivitāte palielinās, un apstrāde ilgst 3-7 dienas. Šādu iekārtu trūkums ir augstās temperatūras uzturēšanas augstās izmaksas. Tie ir salīdzināmi ar saņemto degvielas daudzumu, tāpēc sistēma kļūst neefektīva.
Vēl viens veids, kā aktivizēt anaerobās baktērijas, ir maisīt biomasu. Jūs varat pats uzstādīt vārpstas katlā un izbīdīt rokturi, lai vajadzības gadījumā maisītu masu. Bet daudz ērtāk ir izveidot automātisku sistēmu, kas sajauc masu bez jūsu līdzdalības.
Pareiza gāzes noņemšana
Biogāze no kūtsmēsliem tiek noņemta caur reaktora augšējo vāku. Fermentācijas procesā tam jābūt cieši noslēgtam. Parasti tiek izmantots ūdens blīvējums. Tas kontrolē spiedienu sistēmā; kad tas palielinās, vāks paceļas un tiek aktivizēts atbrīvošanas vārsts. Kā pretsvars tiek izmantots atsvars. Izejā gāze tiek attīrīta ar ūdeni un plūst tālāk pa caurulēm. Attīrīšana ar ūdeni ir nepieciešama, lai no gāzes noņemtu ūdens tvaikus, pretējā gadījumā tas nedeg.
Lai biogāzi varētu pārstrādāt enerģijā, tā ir jāuzkrāj. Tas jāuzglabā gāzes tvertnē:
- Tas ir izgatavots kupola formā un uzstādīts pie reaktora izejas.
- Visbiežāk tas ir izgatavots no dzelzs un pārklāts ar vairākiem krāsas slāņiem, lai novērstu koroziju.
- Rūpnieciskajos kompleksos gāzes tvertne ir atsevišķa tvertne.
Vēl viena gāzes turētāja izgatavošanas iespēja: izmantojiet PVC maisiņu. Šis elastīgais materiāls stiepjas, kad maiss piepildās. Ja nepieciešams, tajā var uzglabāt lielu daudzumu biogāzes.
Pazemes biodegvielas ražotne
Lai ietaupītu vietu, vislabāk ir būvēt pazemes iekārtas. Tas ir vienkāršākais veids, kā iegūt biogāzi mājās. Lai uzstādītu pazemes bioreaktoru, ir jāizrok bedre un jāaizpilda tās sienas un dibens ar dzelzsbetonu.
Tvertnes abās pusēs ir izveidoti caurumi ieplūdes un izplūdes caurulēm. Turklāt izplūdes caurulei jāatrodas konteinera pamatnē atkritumu masas izsūknēšanai. Tās diametrs ir 7-10 cm.Ieejas caurums ar diametru 25-30 cm vislabāk atrodas augšējā daļā.
Instalācija no augšas ir noklāta ar ķieģeļu mūri un uzstādīta gāzes tvertne biogāzes saņemšanai. Tvertnes izejā ir jāizveido vārsts spiediena regulēšanai.
Privātmājas pagalmā var ierakt biogāzes staciju un pieslēgt tai notekūdeņus un lopkopības atkritumus. Pārstrādes reaktori var pilnībā segt ģimenes elektroenerģijas un apkures vajadzības. Papildu ieguvums ir mēslojuma iegūšana jūsu dārzam.
DIY bioreaktors ir veids, kā iegūt enerģiju no ganībām un pelnīt naudu no kūtsmēsliem. Tas samazina saimniecības enerģijas izmaksas un palielina rentabilitāti. To var izdarīt pats vai pasūtīt uzstādīšanu. Cena ir atkarīga no apjoma, sākot no 7000 rubļu.
Metāna ražošanas jautājums interesē tos privāto saimniecību īpašniekus, kuri audzē mājputnus vai cūkas, kā arī tur liellopus. Parasti šādas fermas rada ievērojamu daudzumu organisko dzīvnieku atkritumu, kas var dot ievērojamu labumu, kļūstot par lētas degvielas avotu. Šī materiāla mērķis ir pastāstīt, kā mājās ražot biogāzi, izmantojot šos pašus atkritumus.
Vispārīga informācija par biogāzi
Mājas biogāze, ko iegūst no dažādiem kūtsmēsliem un mājputnu mēsliem, lielākoties sastāv no metāna. Tur tas ir no 50 līdz 80%, atkarībā no tā, kura atkritumi tika izmantoti ražošanā. Tas pats metāns, kas deg mūsu krāsnīs un katlos un par kuru mēs dažkārt maksājam lielu naudu pēc skaitītāju rādījumiem.
Lai sniegtu priekšstatu par degvielas daudzumu, ko teorētiski var saražot, turot dzīvniekus mājās vai valstī, piedāvājam tabulu ar datiem par biogāzes iznākumu un tīrā metāna saturu tajā:
Kā redzams tabulā, lai efektīvi ražotu gāzi no govju mēsliem un skābbarības atkritumiem, būs nepieciešams diezgan liels daudzums izejvielu. Degvielu ir izdevīgāk iegūt no cūku kūtsmēsliem un tītaru mēsliem.
Atlikušais vielu īpatsvars (25-45%), kas veido mājas biogāzi, ir oglekļa dioksīds (līdz 43%) un sērūdeņradis (1%). Degviela satur arī slāpekli, amonjaku un skābekli, bet nelielos daudzumos. Starp citu, tieši pateicoties sērūdeņraža un amonjaka izdalīšanai, kūtsmēslu kaudze izdala tik pazīstamu “patīkamu” smaržu. Runājot par enerģijas saturu, 1 m3 metāna teorētiski var izdalīt līdz 25 MJ (6,95 kW) siltumenerģijas, sadedzinot. Biogāzes īpatnējais sadegšanas siltums ir atkarīgs no metāna proporcijas tās sastāvā.
Uzziņai. Praksē ir pārbaudīts, ka siltinātas mājas, kas atrodas viduszonā, apkurei apkures sezonā nepieciešams ap 45 m3 bioloģiskā kurināmā uz 1 m2 platības.
Daba to iekārto tā, ka biogāze no kūtsmēsliem veidojas spontāni un neatkarīgi no tā, vai mēs to gribam vai nē. Kūtsmēslu kaudze sapūst gada līdz pusotra gada laikā, vienkārši atrodoties brīvā dabā un pat mīnusā temperatūrā. Visu šo laiku tas izdala biogāzi, bet tikai nelielos daudzumos, jo process laika gaitā tiek pagarināts. Cēlonis ir simtiem dažādu mikroorganismu veidu, kas atrodami dzīvnieku ekskrementos. Tas ir, nekas nav vajadzīgs, lai sāktu gāzes izdalīšanos, tas notiks pats no sevis. Bet, lai optimizētu un paātrinātu procesu, būs nepieciešams īpašs aprīkojums, kas tiks apspriests tālāk.
Biogāzes tehnoloģija
Efektīvas ražošanas būtība ir paātrināt dabisko organisko izejvielu sadalīšanās procesu. Lai to izdarītu, tajā esošajām baktērijām ir jārada vislabākie apstākļi reprodukcijai un atkritumu pārstrādei. Un pirmais nosacījums ir ievietot izejvielu slēgtā traukā - reaktorā, pretējā gadījumā - biogāzes ģeneratorā. Atkritumus sasmalcina un sajauc reaktorā ar aprēķinātu daudzumu tīra ūdens, līdz tiek iegūts sākotnējais substrāts.
Piezīme. Tīrs ūdens ir nepieciešams, lai substrātā nenokļūtu vielas, kas nelabvēlīgi ietekmē baktēriju dzīvi. Tā rezultātā fermentācijas process var ievērojami palēnināties.
Rūpnieciskā biogāzes ražotne ir aprīkota ar substrāta sildīšanu, maisīšanas līdzekļiem un vides skābuma regulēšanu. Maisīšanu veic, lai no virsmas noņemtu cieto garozu, kas rodas fermentācijas laikā un traucē biogāzes izdalīšanos. Tehnoloģiskā procesa ilgums ir vismaz 15 dienas, kuru laikā sadalīšanās pakāpe sasniedz 25%. Tiek uzskatīts, ka maksimālā degvielas ieguve notiek līdz 33% no biomasas sadalīšanās.
Tehnoloģija nodrošina ikdienas substrāta atjaunošanu, kas nodrošina intensīvu gāzes ražošanu no kūtsmēsliem, rūpnieciskajās iekārtās tas sasniedz simtiem kubikmetru dienā. Daļa atkritumu masas, kas sastāda aptuveni 5% no kopējā tilpuma, tiek izņemta no reaktora, un tā vietā tiek iekrauts tikpat daudz svaigu bioloģisko izejvielu. Atkritumu materiāls tiek izmantots kā organiskais mēslojums laukiem.
Biogāzes stacijas diagramma
Ražojot biogāzi mājas apstākļos, nav iespējams radīt tik labvēlīgus apstākļus mikroorganismiem kā rūpnieciskajā ražošanā. Un, pirmkārt, šis apgalvojums attiecas uz ģeneratora apkures organizēšanu. Kā zināms, tam ir nepieciešami enerģijas izdevumi, kas izraisa ievērojamu degvielas izmaksu pieaugumu. Ir pilnīgi iespējams kontrolēt atbilstību nedaudz sārmainai videi, kas raksturīga fermentācijas procesam. Bet kā to var labot noviržu gadījumā? Atkal izmaksas.
Privāto saimniecību īpašniekiem, kuri vēlas ražot biogāzi ar savām rokām, ieteicams no pieejamajiem materiāliem izgatavot vienkāršas konstrukcijas reaktoru un pēc tam to modernizēt atbilstoši savām iespējām. Kas jādara:
- hermētiski noslēgts konteiners ar tilpumu vismaz 1 m3. Der arī dažādas mazas tvertnes un mucas, taču no tām izdalīsies maz degvielas nepietiekamā izejvielu daudzuma dēļ. Šādi ražošanas apjomi jums nebūs piemēroti;
- Organizējot biogāzes ražošanu mājas apstākļos, tvertni diez vai sildīsiet, taču to noteikti vajag izolēt. Vēl viena iespēja ir ierakt reaktoru zemē, termiski izolējot augšējo daļu;
- uzstādiet reaktorā jebkuras konstrukcijas manuālu maisītāju, izvelkot rokturi caur augšējo vāku. Roktura ejas mezglam jābūt noslēgtam;
- nodrošināt caurules substrāta padevei un izkraušanai, kā arī biogāzes savākšanai.
Zemāk ir biogāzes stacijas diagramma, kas atrodas zem zemes līmeņa:
1 – degvielas ģenerators (konteiners no metāla, plastmasas vai betona); 2 — tvertne pamatnes uzpildīšanai; 3 – tehniskā lūka; 4 – trauks, kas darbojas kā ūdensplomba; 5 – izvads atkritumu izkraušanai; 6 – biogāzes paraugu ņemšanas caurule.
Kā iegūt biogāzi mājās?
Pirmā darbība ir atkritumu sasmalcināšana līdz frakcijai, kuras izmērs nepārsniedz 10 mm. Tas ievērojami atvieglo substrāta sagatavošanu, un baktērijām būs vieglāk apstrādāt izejvielas. Iegūto masu rūpīgi sajauc ar ūdeni, tās daudzums ir aptuveni 0,7 litri uz 1 kg organiskās vielas. Kā minēts iepriekš, jāizmanto tikai tīrs ūdens. Pēc tam ar substrātu tiek piepildīta paštaisīta biogāzes iekārta, pēc kuras reaktors tiek hermētiski noslēgts.
Dienas laikā vairākas reizes jāapmeklē konteiners, lai sajauktu saturu. 5. dienā varat pārbaudīt, vai nav gāzes, un, ja tā parādās, periodiski izsūknējiet to ar kompresoru cilindrā. Ja tas netiek darīts laikus, spiediens reaktora iekšpusē palielināsies un fermentācija palēnināsies vai pat apstāsies pavisam. Pēc 15 dienām ir nepieciešams izkraut daļu substrāta un pievienot tādu pašu daudzumu jaunas. Vairāk var uzzināt noskatoties video:
Secinājums
Visticamāk, vienkāršākā biogāzes iekārta neapmierinās visas jūsu vajadzības. Bet, ņemot vērā pašreizējās energoresursu izmaksas, tas jau būs ievērojams palīgs mājsaimniecībā, jo par izejvielām nav jāmaksā. Laika gaitā, cieši iesaistoties ražošanā, jūs varēsit aptvert visas funkcijas un veikt nepieciešamos uzlabojumus instalācijā.
Nepieciešamie obligātie materiāli:
- divi konteineri;
- savienojošās caurules;
- vārsti;
- gāzes filtrs;
- hermētiskuma nodrošināšanas līdzekļi (līme, sveķi, hermētiķis utt.);
Vēlams:
- maisītājs ar elektromotoru;
- temperatūras sensors;
- spiediena mērītājs;
Tālāk sniegtā secība ir piemērota dienvidu reģioniem. Darbībai jebkuros apstākļos jāpievieno reaktora apkures sistēma, kas nodrošinās tvertnes uzsildīšanu līdz 40 grādiem pēc Celsija un palielinās siltumizolāciju, piemēram, norobežojot konstrukciju ar siltumnīcu. Siltumnīcu vēlams pārsegt ar melnu plēvi. Cauruļvadam vēlams pievienot arī kondensāta novadīšanas ierīci.
Vienkāršas biogāzes stacijas izveide:
- Izveidojiet uzglabāšanas konteineru. Izvēlamies tvertni, kurā tiks uzglabāta iegūtā biogāze. Rezervuārs ir fiksēts ar vārstu un aprīkots ar manometru. Ja gāzes patēriņš ir nemainīgs, tad nav nepieciešama gāzes tvertne.
- Izolējiet konstrukciju bedres iekšpusē.
- Uzstādiet caurules. Ielieciet caurules bedrē izejvielu iekraušanai un komposta humusa izkraušanai. Reaktora tvertnē ir izveidota ieplūdes un izplūdes atvere. Reaktors tiek ievietots bedrē. Caurules ir savienotas ar caurumiem. Caurules ir cieši nostiprinātas, izmantojot līmi vai citus piemērotus līdzekļus. Cauruļu diametrs, kas mazāks par 30 cm, veicinās to aizsērēšanu. Iekraušanas vieta jāizvēlas saulainā pusē.
- Uzstādiet lūku. Rektors, kas aprīkots ar lūku, padara remonta un apkopes darbus ērtākus. Lūka un reaktora tvertne ir jānoslēdz ar gumiju. Varat arī uzstādīt temperatūras, spiediena un izejvielu līmeņa sensorus.
- Izvēlieties konteineru bioreaktoram. Izvēlētajam traukam jābūt izturīgam - jo fermentācija izdala lielu enerģijas daudzumu; ir laba siltumizolācija; jābūt gaisa un ūdensnecaurlaidīgam. Vislabāk ir piemēroti olu formas trauki. Ja šāda reaktora būvniecība ir problemātiska, tad laba alternatīva būtu cilindrisks trauks ar noapaļotām malām. Kvadrātveida konteineri ir mazāk efektīvi, jo stūros uzkrāsies sacietējusi biomasa, apgrūtinot fermentāciju.
- Sagatavojiet bedri.
- Izvēlieties vietu turpmākās instalācijas uzstādīšanai. Vietu vēlams izvēlēties pietiekami tālu no mājas un lai varētu izrakt bedri. Ievietojot to bedrē, varat ievērojami ietaupīt siltumizolāciju, izmantojot lētus materiālus, piemēram, mālu.
- Pārbaudiet iegūtās struktūras hermētiskumu.
- Sāciet sistēmu.
- Pievienojiet izejvielas. Gaidām apmēram divas nedēļas, līdz notiek visi nepieciešamie procesi.Nepieciešams nosacījums gāzes sadegšanai ir atbrīvošanās no oglekļa dioksīda. Šim nolūkam noderēs parasts filtrs no datortehnikas veikala. Pašdarināts filtrs ir izgatavots no 30 cm gara gāzes caurules gabala, kas piepildīts ar sausu koku un metāla skaidām.
Sastāvs un veidi
Biogāze ir gāze, kas iegūta trīsfāzu bioķīmiska procesa rezultātā uz biomasas, kas notiek noslēgtos apstākļos.
Biomasas sadalīšanās process ir secīgs: vispirms tā tiek pakļauta hidrolītisko baktēriju, pēc tam skābi veidojošo baktēriju un visbeidzot metānu veidojošo baktēriju iedarbībai. Materiāls mikroorganismiem katrā posmā ir iepriekšējā posma aktivitātes produkts.
Izejā aptuvenais biogāzes sastāvs izskatās šādi:
- metāns (50 līdz 70%);
- oglekļa dioksīds (30 līdz 40%);
- sērūdeņradis (~2%);
- ūdeņradis (~1%);
- amonjaks (~1%);
Proporciju precizitāti ietekmē izmantotās izejvielas un gāzes ražošanas tehnoloģija. Metānam ir sadegšanas iespēja; jo lielāks ir tā procentuālais daudzums, jo labāk.
Senajām kultūrām, kas datētas ar vairāk nekā trīs tūkstošiem gadu (Indija, Persija vai Asīrija), ir pieredze, izmantojot uzliesmojošu purva gāzi. Zinātniskā bāze izveidojās daudz vēlāk. Metāna CH 4 ķīmisko formulu atklāja zinātnieks Džons Daltons, bet metāna klātbūtni purva gāzē atklāja Hamfris Deivijs. Otrajam pasaules karam bija liela nozīme alternatīvās enerģijas nozares attīstībā, kas prasīja karojošajām pusēm milzīgu nepieciešamību pēc enerģijas resursiem.
Tā kā PSRS rīcībā bija milzīgas naftas un dabasgāzes rezerves, trūka pieprasījuma pēc citām enerģijas ražošanas tehnoloģijām, biogāzes izpēte galvenokārt bija akadēmiskās zinātnes interese. Šobrīd situācija ir tik ļoti mainījusies, ka papildus dažādu degvielas veidu rūpnieciskai ražošanai ikviens var izveidot biogāzes staciju savām vajadzībām.
Instalācijas ierīce
– iekārtu komplekts, kas paredzēts biogāzes ražošanai no organiskām izejvielām.
Atkarībā no piegādātā izejmateriāla veida izšķir šādus biogāzes iekārtu veidus:
- ar porciju barošanu;
- ar nepārtrauktu padevi;
Biogāzes stacijas ar pastāvīgu izejvielu piegādi ir efektīvākas.
Pēc izejvielu apstrādes veida:
- Nav automātiskas maisīšanas izejvielas un nepieciešamās temperatūras uzturēšana - kompleksi ar minimālu aprīkojumu, piemēroti mazām saimniecībām (1. diagramma).
- Ar automātisku maisīšanu, bet neuzturot nepieciešamo temperatūru - apkalpo arī mazās saimniecības, efektīvāk nekā iepriekšējais veids.
- Ar atbalstu vajadzīgajai temperatūrai, bet bez automātiskās sajaukšanas.
- Ar automātisku izejvielu sajaukšanu un temperatūras atbalstu.
Darbības princips
Organisko izejvielu pārvēršanas procesu biogāzē sauc par fermentāciju. Izejvielas tiek iekrautas speciālā konteinerā, kas nodrošina drošu biomasas aizsardzību no skābekļa. Notikumu, kas notiek bez skābekļa iejaukšanās, sauc par anaerobu.
Īpašu baktēriju ietekmē fermentācija sāk notikt anaerobā vidē. Fermentācijas gaitā izejviela pārklājas ar garoza, kas regulāri jāiznīcina. Iznīcināšanu veic, rūpīgi sajaucot.
Saturu nepieciešams sajaukt vismaz divas reizes dienā, nepārkāpjot procesa hermētiskumu. Papildus garozas noņemšanai, maisīšana ļauj vienmērīgi sadalīt skābumu un temperatūru organiskās masas iekšpusē. Šo manipulāciju rezultātā tiek ražota biogāze.
Iegūtā gāze tiek savākta gāzes tvertnē un no turienes pa caurulēm tiek piegādāta patērētājam. Biomēslojumu, kas iegūts pēc izejvielu apstrādes, var izmantot kā pārtikas piedevu dzīvniekiem vai pievienot augsnei. Šo mēslojumu sauc par komposta humusu.
Biogāzes stacija ietver šādus elementus:
- homogenizācijas tvertne;
- reaktors;
- maisītāji;
- uzglabāšanas tvertne (gāzes turētājs);
- apkures un ūdens sajaukšanas komplekss;
- gāzes komplekss;
- sūkņu komplekss;
- atdalītājs;
- vadības sensori;
- Instrumentācija un automatizācija ar vizualizāciju;
- drošības sistēma;
Rūpnieciskā tipa biogāzes stacijas piemērs ir parādīts 2. diagrammā.
Izmantotās izejvielas
Tīrīšanas līdzekļu, hlora un veļas pulveru klātbūtne organiskajā biomasā ir nepieņemama, jo tie traucē ķīmiskās reakcijas un var sabojāt reaktoru. Reaktoram nav piemērotas arī izejvielas ar skujkoku zāģu skaidām (satur sveķus), kurās ir augsts lignīna īpatsvars un pārsniedz 94% mitruma slieksni.
Dārzeņu. Augu izejvielas ir lieliski piemērotas biogāzes ražošanai. Svaiga zāle dod maksimālu degvielas iznākumu - no tonnas izejmateriāla tiek iegūti aptuveni 250 m 3 gāzes ar metāna īpatsvaru 70%. Kukurūzas skābbarība ir nedaudz mazāka - 220 m3. Biešu galotnes – 180 m3.
Kā biomasu var izmantot gandrīz jebkuru augu, sienu vai aļģes. Pielietojuma trūkums ir ražošanas cikla ilgums. Biogāzes iegūšanas process ilgst līdz diviem mēnešiem. Izejvielām jābūt smalki samaltām.
Dzīvnieks. Atkritumi no pārstrādes rūpnīcām, piena rūpnīcām, kautuvēm utt. Piemērots biogāzes stacijai. Maksimālo degvielas ieguvi nodrošina dzīvnieku tauki - 1500 m 3 biogāzes ar metāna īpatsvaru 87%. Galvenais trūkums ir trūkums. Jāsasmalcina arī dzīvnieku izcelsmes izejvielas.
Ekskrementi. Kūtsmēslu galvenā priekšrocība ir tā lētums un vieglā pieejamība. Trūkums – biogāzes daudzums un kvalitāte ir zemāka nekā cita veida izejvielām. Zirga un govs ekskrementus var apstrādāt nekavējoties. Ražošanas cikls ilgs aptuveni divas nedēļas un saražos 60 m3 ar 60% metāna saturu.
Vistas kūtsmēslus un cūku kūtsmēslus nevar izmantot tieši, jo tie ir toksiski. Lai sāktu fermentācijas procesu, tie jāsajauc ar skābbarību. Var izmantot arī cilvēku atkritumus, taču notekūdeņi nav piemēroti, jo fekāliju saturs ir mazs.
Darba shēmas
1. shēma – biogāzes stacija bez automātiskas izejvielu sajaukšanas:
2. shēma – rūpnieciskās biogāzes stacija:
Visbeidzot, šeit ir saraksts ar noderīgu informāciju, kas palīdzēs izvairīties no papildu problēmām, veidojot biogāzes iekārtu:
- Prakse saka, ka, lai apsildītu dzīvojamo telpu 50 m2 platībā, stundā nepieciešams patērēt 3,5 m3 gāzes.
- Biogāzi nav vēlams izmantot tieši ēdiena pagatavošanai, jo garša var mainīties.
- Jāizvairās no cietu priekšmetu (uzgriežņu, skrūvju u.c.) iekļūšanas izejmateriālos, jo iekārta var sabojāties.
Lai biogāze degtu stabili, tai jāatbilst noteiktiem standartiem:
- metāna saturs vismaz 65% (optimālais saturs no 90 līdz 95%);
- nedrīkst būt ūdens tvaiki, ūdeņradis un oglekļa dioksīds;
- normāls gāzes padeves spiediens 12,5 bar;
Ja gāze nodziest spiediena pieauguma vai citu iemeslu dēļ un tās padeve turpinās, tas var radīt traģiskas sekas. Tāpēc jāizmanto modernas iekārtas ar gāzes uzraudzības sensoriem.