Producció independent de biogàs

L’augment dels preus de l’energia ens fa pensar en la possibilitat de proporcionar-nos-los de forma independent. Una opció és una planta de biogàs. Amb la seva ajuda, el biogàs s’obté a partir de purins, excrements i residus vegetals, que després de la neteja es poden utilitzar per a aparells de gas (estufa, caldera), bombats en cilindres i utilitzats com a combustible per a automòbils o generadors elèctrics. En general, el processament de fems en biogàs pot proporcionar totes les necessitats energètiques d'una llar o una granja.

Construcció d’una planta de biogàs: una forma d’autosuficiència amb recursos energètics

Construcció d’una planta de biogàs: una forma d’autosuficiència amb recursos energètics

Principis generals

El biogàs és un producte que s’obté a partir de la descomposició de la matèria orgànica. En el procés de desintegració / fermentació, s’alliberen gasos que es poden recollir per satisfer les necessitats de la vostra pròpia explotació. Els equips en què es desenvolupa aquest procés els anomeno "planta de biogàs".

En alguns casos, la producció de gas és excessiva, després s’emmagatzema en contenidors de gas, per utilitzar-la durant el període de la seva quantitat insuficient. Amb una organització competent del procés, pot ser que hi hagi massa gas i, per tant, es pugui vendre el seu excedent. Una altra font d’ingressos són les restes fermentades. Es tracta d’un fertilitzant altament eficaç i segur: durant el procés de fermentació, la majoria de microorganismes moren, les llavors de les plantes perden la capacitat de germinació i els ous de paràsits es tornen inviables. L’eliminació d’aquests fertilitzants als camps té un efecte positiu sobre el rendiment.

Condicions per a la producció de gas

El procés de formació de biogàs es produeix a causa de l’activitat vital de diversos tipus de bacteris que es troben als mateixos residus. Però perquè "treballin" activament és necessari que creïn certes condicions: humitat i temperatura. Per crear-los, s’està construint una planta de biogàs. Es tracta d’un complex d’aparells, la base dels quals és un bioreactor, en el qual es produeix la descomposició dels residus, que s’acompanya de formació de gasos.

Organització d’un cicle de processament de fem i residus vegetals en biogàs

Organització d’un cicle de processament de fem i residus vegetals en biogàs

Hi ha tres modes de processament de purins en biogàs:

  • Règim psicofílic. La temperatura a la planta de biogàs és de + 5 ° C a + 20 ° C. En aquestes condicions, el procés de descomposició és lent, es forma molt gas i la seva qualitat és baixa.
  • Mesòfil. La unitat entra en aquest mode a temperatures de + 30 ° C a + 40 ° C. En aquest cas, proliferen els bacteris mesòfils. En aquest cas, es genera més gas, el procés de processament triga menys temps, de 10 a 20 dies.
  • Termofílic. Aquests bacteris es multipliquen a temperatures de + 50 ° C. El procés és el més ràpid (3-5 dies), el rendiment de gas és el més gran (en condicions ideals, es poden obtenir fins a 4,5 litres de gas amb 1 kg de lliurament). La majoria de les taules de referència per a la recuperació de gasos procedents del processament es donen específicament per a aquest mode, de manera que, quan s’utilitzen altres modes, val la pena fer un ajust a la baixa.

El més difícil a les plantes de biogàs és el règim termòfil. Això requereix un aïllament tèrmic d'alta qualitat de la planta de biogàs, calefacció i un sistema de control de temperatura. Però a la sortida obtenim la màxima quantitat de biogàs. Una altra característica del processament termòfil és la impossibilitat de càrrega addicional. Els altres dos modes, psicofílic i mesòfil, permeten afegir una porció fresca de matèries primeres preparades diàriament.Però, en el mode termòfil, el curt temps de processament permet dividir el bioreactor en zones en què es processarà la seva pròpia quota de matèries primeres amb diferents temps de càrrega.

Diagrama de la planta de biogàs

La base d’una planta de biogàs és un bioreactor o búnquer. El procés de fermentació hi té lloc i s’acumula el gas resultant. També hi ha una tremuja de càrrega i descàrrega, el gas produït s’aboca a través d’una canonada inserida a la part superior. A continuació, arriba el sistema de tractament de gasos: la seva neteja i augment de la pressió en el gasoducte fins al de treball.

Esquema d’una planta per processar els fems en biogàs

Esquema d’una planta per processar els fems en biogàs

Per als modes mesòfils i termòfils, també cal un sistema de calefacció per bioreactors per assolir els modes requerits. Per a això, se solen utilitzar calderes de gas que utilitzen el combustible produït. A partir d’aquí, el sistema de canonades va al bioreactor. Normalment es tracta de canonades de polímer, ja que són les més adequades per estar en un entorn agressiu.

Una planta de biogàs també necessita un sistema per barrejar la substància. Durant la fermentació, es forma una escorça dura a la part superior i s’estableixen partícules pesants. Tot plegat empitjora el procés de gasificació. Per mantenir un estat homogeni de la massa processada, es necessiten agitadors. Poden ser mecànics o fins i tot manuals. Es poden iniciar per temporitzador o manualment. Tot depèn de com es fabriqui la planta de biogàs. Un sistema automatitzat és més car d’instal·lar, però requereix una atenció mínima durant el funcionament.

La planta de biogàs més senzilla d’un barril de plàstic

La planta de biogàs més senzilla d’un barril de plàstic

Una planta de biogàs per tipus d'ubicació pot ser:

  • Per sobre del terra.
  • Semi-encastat.
  • Encastat.

Els d’enterrats són més costosos d’instal·lar: cal una gran quantitat de treballs de terra. Però quan s’utilitzen en les nostres condicions, són millors: és més fàcil organitzar l’aïllament i reduir els costos de calefacció.

Què es pot reciclar?

Una planta de biogàs és essencialment omnívora: es pot processar qualsevol matèria orgànica. Qualsevol adob i orina, residus vegetals són adequats. Els detergents, els antibiòtics i la química afecten negativament el procés. És desitjable minimitzar la seva ingesta, ja que maten la flora implicada en el processament.

Quant de biogàs es pot obtenir de diversos residus

Quant de biogàs es pot obtenir de diversos residus

El fem de bestiar es considera ideal, ja que conté grans quantitats de microorganismes. Si no hi ha vaques a la granja, en carregar el bioreactor, és aconsellable afegir alguna part del fem per omplir el substrat amb la microflora necessària. Els residus vegetals es trituren prèviament, es dilueixen amb aigua. El bioreactor barreja material vegetal i excrements. Aquest "farciment" es processa més temps, però a la sortida, amb el mode correcte, tenim el màxim rendiment del producte.

Localització

Per minimitzar els costos d’organització del procés, és lògic localitzar la planta de biogàs a prop de la font de residus, prop d’edificis on es mantenen aus o animals. És desitjable desenvolupar el disseny perquè la càrrega es produeixi per gravetat. Des d'un graner o una porqueria, es pot establir una canonada per un pendent, a través del qual el fem escorrerà per gravetat cap al búnquer. Això facilita enormement la tasca de manteniment del reactor i també l'eliminació de purins.

El més aconsellable és localitzar la planta de biogàs perquè els residus de la granja es puguin subministrar amb motek

El més aconsellable és localitzar la planta de biogàs perquè els residus de la granja puguin fluir per gravetat

Normalment, els edificis amb animals es troben a certa distància d’un edifici residencial. Per tant, el gas generat haurà de ser transferit als consumidors. Però estirar una canonada de gas és més barat i fàcil que organitzar una línia per transportar i carregar fems.

Biorreactor

S’imposen requisits més estrictes als tancs per al processament de purins:

  • Ha de ser impermeable a l’aigua i als gasos. L’estanquitat ha d’actuar en les dues direccions: el líquid del bioreactor no ha de contaminar el sòl i les aigües subterrànies no han de canviar l’estat de la massa fermentada.
  • El biorreactor ha de ser d’alta resistència. Ha de suportar la massa d’un substrat semilíquid, la pressió del gas a l’interior del contenidor i la pressió externa del sòl. En general, quan es construeix un bioreactor, s’ha de prestar especial atenció a la seva força.

    Per a ús domèstic i producció estacional de biocombustible (en època càlida) en petits volums, és adequat un dipòsit de plàstic amb tapa

    Per a ús domèstic i producció estacional de biocombustible (en època càlida) en petits volums, és adequat un dipòsit de plàstic amb tapa

  • Facilitat de servei. És més convenient utilitzar contenidors cilíndrics, horitzontals o verticals. En elles, la barreja es pot organitzar a tot el volum; no s’hi formen zones estancades.Els contenidors rectangulars són més fàcils d’implementar quan es construeixen amb les seves pròpies mans, però sovint es formen esquerdes a les cantonades i el substrat s’estanca allà. Barrejar-lo a les cantonades és molt problemàtic.

S’han de complir tots aquests requisits per a la construcció d’una planta de biogàs, ja que garanteixen la seguretat i creen condicions normals per al processament dels purins en biogàs.

Quins materials es poden fabricar

La resistència a suports agressius és el requisit principal per als materials a partir dels quals es pot fabricar el contenidor. El substrat del biorreactor pot ser àcid o alcalí. En conseqüència, el material amb què es fabriqui el contenidor ha de tolerar bé diversos entorns.

No hi ha molts materials que satisfacin aquestes peticions. El primer que ens ve al cap és el metall. És resistent, es pot fer un recipient de qualsevol forma. El que és bo és que podeu utilitzar un contenidor ja fet, un tipus de tanc antic. En aquest cas, la construcció d’una planta de biogàs trigarà molt poc temps. Manca de metall: reacciona amb substàncies químicament actives i comença a trencar-se. Per neutralitzar aquest menys, el metall es cobreix amb un revestiment protector.

Una opció excel·lent és un contenidor de biorreactors de polímer. El plàstic és químicament neutre, no es podreix, no s’oxida. Només cal triar entre materials que puguin suportar la congelació i la calefacció fins a temperatures prou altes. Les parets del reactor han de ser gruixudes, preferiblement reforçades amb fibra de vidre. Aquests contenidors no són barats, però serveixen durant molt de temps.

També és possible construir un bioreactor per a la producció de biogàs a partir de maons, però ha de ser ben arrebossat amb l’ús d’additius que proporcionin impermeabilitat hidràulica i gasosa.

També és possible construir un bioreactor per a la producció de biogàs a partir de maons, però ha de ser ben arrebossat amb l’ús d’additius que proporcionin impermeabilitat hidràulica i gasosa.

Una opció més barata és una planta de biogàs amb un dipòsit de maons, blocs de formigó, pedra. Per tal que la maçoneria suporti càrregues elevades, cal reforçar la maçoneria (en cada 3-5 files, segons el gruix de la paret i el material). Després de completar el procés d’erecció de les parets, per garantir la impermeabilitat de l’aigua i els gasos, és necessari un posterior processament multicapa de les parets tant des de l’interior com des de l’exterior. Les parets estan arrebossades amb una composició ciment-sorra amb additius (additius) que proporcionen les propietats requerides.

Mida del reactor

El volum del reactor depèn de la temperatura seleccionada per processar els fems en biogàs. El més freqüent és escollir mesòfil: és més fàcil de mantenir i implica la possibilitat de càrrega addicional diària del reactor. La producció de biogàs després d’arribar al mode normal (uns 2 dies) és estable, sense ràfegues i fallades (quan es creen condicions normals). En aquest cas, té sentit calcular el volum de la planta de biogàs en funció de la quantitat de purins generats a la granja al dia. Tot es calcula fàcilment a partir de les dades mitjanes.

Raça d’animals Volum d’excrements per diaHumitat inicial
Ramat55 kg86%
Porc 4,5 kg86%
Pollastres0,17 kg75%

La descomposició del fem a temperatures mesòfiles dura de 10 a 20 dies. En conseqüència, el volum es calcula multiplicant per 10 o 20. Quan es calcula, cal tenir en compte la quantitat d'aigua que es necessita per portar el substrat a un estat ideal: el seu contingut d'humitat hauria de ser del 85-90%.El volum trobat s’incrementa un 50%, ja que la càrrega màxima no ha de superar els 2/3 del volum del tanc: el gas s’ha d’acumular sota el sostre.

Per exemple, la granja té 5 vaques, 10 porcs i 40 gallines. En essència, es formen 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Per portar fems de pollastre a un 85% d’humitat, cal afegir una mica més de 5 litres d’aigua (és a dir, 5 kg més). El pes total és de 331,8 kg. Per al processament en 20 dies, necessiteu: 331,8 kg * 20 = 6636 kg, aproximadament 7 cubs només per al substrat. Multiplicem la xifra trobada per 1,5 (augment del 50%), obtenim 10,5 metres cúbics. Aquest serà el volum calculat del reactor de la planta de biogàs.

Càrrega i descàrrega

Les portelles de càrrega i descàrrega condueixen directament al dipòsit de bioreactors. Per tal que el substrat es distribueixi uniformement per tota la zona, es fabriquen en extrems oposats del contenidor.

Esquema d’un reactor de biogàs sense preescalfament

Esquema d’un reactor de biogàs sense preescalfament

En el cas d’una instal·lació enterrada d’una planta de biogàs, les canonades de càrrega i descàrrega s’acosten al cos amb un angle agut. A més, l'extrem inferior de la canonada ha d'estar per sota del nivell de líquid del reactor. Això impedeix l’entrada d’aire al contenidor. També s’instal·len vàlvules rotatives o d’aturada a les canonades, que es tanquen en la posició normal. S’obren només durant la càrrega o descàrrega.

Com que el fem pot contenir fragments grans (roba de llit, tiges d'herba, etc.), les canonades de petit diàmetre sovint s'obstrueixen. Per tant, per a la càrrega i descàrrega, han de tenir un diàmetre de 20 a 30 cm i s'han de muntar abans de començar a treballar a l'aïllament de la planta de biogàs, però un cop instal·lat el contenidor al seu lloc.

Formes i opcions del bioreactor per carregar i descarregar portells

Formes i opcions del bioreactor per carregar i descarregar portells

El mode de funcionament més convenient d'una planta de biogàs és la càrrega i descàrrega regular del substrat. Aquesta operació es pot realitzar un cop al dia o un cop cada dos dies. Els fems i altres components es recol·lecten prèviament en un dipòsit d’emmagatzematge, on es porten a l’estat requerit, aixafats, humitejats i barrejats si cal. Per comoditat, aquest contenidor es pot equipar amb un agitador mecànic. El substrat preparat s’aboca a la portella d’accés. Si col·loqueu el recipient de recollida al sol, el substrat es preescalfarà, cosa que reduirà el cost de mantenir la temperatura requerida.

És desitjable calcular la profunditat d'instal·lació de la tremuja receptora de manera que els residus hi flueixin per gravetat. El mateix s'aplica a la descàrrega al bioreactor. El millor cas és si el substrat preparat es mourà per gravetat. I un amortidor el tancarà durant la preparació.

Planta de biogàs amb agitador i calefacció

Planta de biogàs amb agitador i calefacció

Per garantir l'estanquitat de la planta de biogàs, les escotilles de la tremuja receptora i de la zona de descàrrega han de tenir un segellat de goma. Com menys aire hi hagi al tanc, més net serà el gas de sortida.

Recollida i eliminació de biogàs

El biogàs s’elimina del reactor a través d’una canonada, un dels extrems del qual es troba sota el sostre i l’altre sol baixar-se cap a un segell d’aigua. Es tracta d’un recipient amb aigua al qual s’aboca el biogàs resultant. Hi ha una segona canonada al segell d’aigua: està per sobre del nivell de líquid. Hi entra biogàs més net. A la sortida del seu bioreactor s’instal·la una vàlvula d’aturada del gas. La millor opció és la pilota.

Quins materials es poden utilitzar per al sistema de transmissió de gas? Tubs de metall galvanitzat i canonades de gas d’HDPE o PPR. Han de garantir la estanquitat, les costures i les juntes es comproven amb espuma de sabó. Tota la canonada està muntada a partir de canonades i accessoris del mateix diàmetre. Sense contraccions ni extensions.

Purificació de les impureses

La composició aproximada del biogàs produït és la següent:

Filtre per a la purificació de biogàs a partir d’hidrogen sulfurat

Filtre per a la purificació de biogàs a partir d’hidrogen sulfurat

Per eliminar el sulfur d'hidrogen, s'utilitza un filtre de xip metàl·lic.Podeu carregar esponges de metall antigues al contenidor. La purificació es fa de la mateixa manera: el gas s’introdueix a la part inferior del recipient ple de metall. En passar, es neteja de sulfur d'hidrogen, es recull a la part lliure superior del filtre, des d'on es descarrega a través d'una altra canonada / mànega.

Dipòsit de gasolina i compressor

El biogàs purificat entra a un dipòsit d’emmagatzematge: un contenidor de gas. Pot ser una bossa de plàstic segellada, un recipient de plàstic. La condició principal és la estanquitat dels gasos, la forma i el material no importen. El material de biogàs s’emmagatzema al contenidor de gasos. A partir d’ell, amb l’ajut d’un compressor, es subministra gas al consumidor a una estufa de gas o a la caldera sota una determinada pressió (ajustada pel compressor). Aquest gas també es pot utilitzar per generar electricitat mitjançant un generador.

Una de les opcions per als dipòsits de gasolina

Una de les opcions per als dipòsits de gasolina

Per crear una pressió estable al sistema després del compressor, és recomanable instal·lar un receptor, un petit dispositiu per anivellar les sobretensions.

Dispositius de mescla

Perquè la planta de biogàs funcioni en mode normal, cal remoure regularment el líquid al bioreactor. Aquest senzill procés resol molts problemes:

  • barreja una part nova de la càrrega amb una colònia de bacteris;
  • afavoreix l’alliberament de gas produït;
  • uniformitza la temperatura del líquid, excloent les zones més càlides i fredes;
  • manté la uniformitat del substrat evitant l’enfonsament o la flotació d’alguns components.

Normalment, una petita planta de biogàs feta a casa té agitadors mecànics impulsats per la força muscular. En sistemes amb un gran volum, els agitadors es poden accionar mitjançant motors, que s’encenen mitjançant un temporitzador.

Tipus d’agitadors per bioreactors

Tipus d’agitadors per bioreactors

La segona forma és barrejar el líquid, passant-hi una part del gas produït. Per fer-ho, després d’abandonar el meta-dipòsit, es col·loca un te i s’aboca part del gas a la part inferior del reactor, on surt a través d’un tub amb forats. Aquesta part del gas no es pot considerar un cabal, ja que encara entra de nou al sistema i, com a resultat, acaba al contenidor.

La tercera forma de barrejar consisteix en bombejar el substrat des de la part inferior amb l’ajut de bombes fecals, abocar-lo cap a la part superior. L’inconvenient d’aquest mètode és la dependència de la disponibilitat d’electricitat.

Sistema de calefacció i aïllament tèrmic

Sense escalfar els purins processats, els bacteris psicòfils es multiplicaran. En aquest cas, el procés de processament durarà 30 dies i el rendiment del gas serà petit. A l’estiu, en presència d’aïllament tèrmic i preescalfament de la càrrega, és possible arribar a temperatures de fins a 40 graus, quan comença el desenvolupament de bacteris mesòfils, però a l’hivern una instal·lació d’aquest tipus és pràcticament inoperant: els processos són molt lents. A temperatures inferiors a + 5 ° C, pràcticament es congelen.

Dependència dels termes de processament de fem en biogàs de la temperatura

Dependència dels termes de processament de fem en biogàs de la temperatura

Com escalfar i on col·locar

Per obtenir els millors resultats, utilitzeu la calefacció. El més racional és l’escalfament de l’aigua de la caldera. La caldera pot funcionar amb electricitat, combustible sòlid o líquid, també es pot iniciar amb el biogàs produït. La temperatura màxima a la qual cal escalfar l'aigua és de + 60 ° C. Les canonades més calentes poden fer que les partícules s’adherin a la superfície, cosa que redueix l’eficiència de la calefacció.

També podeu utilitzar calefacció directa: inseriu elements calefactors, però en primer lloc, és difícil organitzar la barreja i, en segon lloc, un substrat s’adherirà a la superfície, reduint la transferència de calor, els elements calefactors es cremaran ràpidament

També podeu utilitzar calefacció directa: inseriu elements calefactors, però en primer lloc, és difícil organitzar la barreja i, en segon lloc, el substrat s’adherirà a la superfície, reduint la transferència de calor, els elements calefactors es cremaran ràpidament

Una planta de biogàs es pot escalfar mitjançant radiadors de calefacció estàndard, simplement amb canonades torçades en una bobina, registres soldats. És millor utilitzar canonades de polímer: metall-plàstic o polipropilè.Els tubs ondulats d’acer inoxidable també són adequats, són més fàcils d’estendre, sobretot en biorreactors verticals cilíndrics, però la superfície ondulada provoca l’adhesió de sediments, cosa que no és molt bona per a la transferència de calor.

Per reduir la possibilitat de col·locació de partícules sobre els elements calefactors, es troben a la zona del mesclador. Només en aquest cas s’ha de dissenyar tot perquè el mesclador no pugui tocar les canonades. Sovint sembla que és millor col·locar els escalfadors al fons, però la pràctica ha demostrat que aquest escalfament és ineficaç a causa del sediment al fons. Per tant, és més racional col·locar els escalfadors a les parets del metanque de la planta de biogàs.

Mètodes d'escalfament d'aigua

Segons el mètode d'ordenació de les canonades, la calefacció pot ser externa o interna. Quan s’instal·la internament, la calefacció és eficaç, però la reparació i manteniment dels escalfadors és impossible sense apagar i bombejar el sistema. Per tant, es presta especial atenció a la selecció de materials i a la qualitat de les connexions.

L’escalfament augmenta la productivitat de la planta de biogàs i escurça el temps

L’escalfament augmenta la productivitat de la planta de biogàs i escurça el temps de processament de les matèries primeres

Quan els escalfadors es troben a l’exterior, es necessita més calor (el cost d’escalfar el contingut d’una planta de biogàs és molt més elevat), ja que es consumeix molta calor per escalfar les parets. Però el sistema sempre està disponible per reparar-se i la calefacció és més uniforme, ja que l’ambient s’escalfa des de les parets. Un altre avantatge d'aquesta solució és que els agitadors no poden danyar el sistema de calefacció.

Com aïllar

Al fons de la fossa, primer s’aboca una capa anivelladora de sorra, després una capa d’aïllament tèrmic. Pot ser argila barrejada amb palla i argila expandida, escòria. Tots aquests components es poden barrejar, es poden escampar en capes separades. S’anivellen cap a l’horitzó, s’instal·la la capacitat de la planta de biogàs.

Els laterals del biorreactor es poden aïllar amb materials moderns o mètodes antics clàssics. Dels mètodes antics: recobriment amb argila i palla. S’aplica en diverses capes.

S’utilitzen materials moderns per aïllar els bioreactors

S’utilitzen materials moderns per aïllar els bioreactors

A partir de materials moderns, podeu utilitzar escuma de poliestirè extrusionat d’alta densitat, blocs de formigó cel·lular de baixa densitat, escuma de poliuretà escumat... El més avançat tecnològicament en aquest cas és l’escuma de poliuretà (PPU), però els serveis per a la seva aplicació no són barats. Però el resultat és un aïllament tèrmic sense costures, que minimitza els costos de calefacció. Hi ha un altre material aïllant tèrmic: el vidre escumat. A les lloses, és molt car, però la seva batalla o engruna costa molt poc, i segons les seves característiques és gairebé perfecte: no absorbeix la humitat, no té por de congelar-se, tolera bé les càrregues estàtiques, té una conductivitat tèrmica baixa.

Publicacions similars

Afegiu un comentari

Calefacció

Sostre

Portes