Obtenção de gás doméstico a partir de resíduos humanos. Produção e cálculo de biogás. Resíduos orgânicos de água urbana

Ecologia do consumo. Homestead: As fazendas enfrentam anualmente o problema do descarte de estrume. Fundos consideráveis são desperdiçados, necessários para organizar sua remoção e enterro. Mas existe uma maneira que permite não apenas economizar seu dinheiro, mas também fazer com que esse produto natural lhe sirva para o benefício.

As fazendas enfrentam anualmente o problema do descarte de esterco. Fundos consideráveis são desperdiçados, necessários para organizar sua remoção e enterro. Mas existe uma maneira que permite não apenas economizar seu dinheiro, mas também fazer com que esse produto natural lhe sirva para o benefício. Proprietários prudentes há muito tempo usam a ecotecnologia na prática, o que permite obter biogás do esterco e usar o resultado como combustível.

Sobre os benefícios do uso da biotecnologia

A tecnologia de obtenção de biogás de diversas fontes naturais não é nova. A pesquisa nesta área começou no final do século XVIII e desenvolveu-se com sucesso no século XIX. Na União Soviética, a primeira usina de bioenergia foi criada nos anos quarenta do século passado.

A tecnologia de processamento de estrume em biogás permite reduzir a quantidade de emissões nocivas metano na atmosfera e obter fonte adicional energia térmica

As biotecnologias são usadas há muito tempo em muitos países, mas hoje elas são de particular importância. Devido à deterioração da situação ambiental do planeta e ao alto custo da energia, muitos estão voltando seus olhos para fontes alternativas de energia e calor.

Claro, o esterco é um fertilizante muito valioso e, se houver duas vacas na fazenda, não haverá problemas com seu uso. Outra coisa é quando se trata de fazendas com gado de grande e médio porte, onde se formam toneladas de material biológico fétido e apodrecido por ano.

Para que o esterco se transforme em fertilizante de alta qualidade, são necessárias áreas com um determinado regime de temperatura, e esses são custos extras. Portanto, muitos agricultores armazenam onde é necessário e depois levam para os campos.

Se as condições de armazenamento não forem observadas, até 40% do nitrogênio e a maior parte do fósforo evaporam do esterco, o que piora significativamente seus indicadores de qualidade. Além disso, o gás metano é liberado na atmosfera, o que Influência negativa sobre a situação ecológica do planeta.

Em função do volume de matérias-primas geradas por dia, devem ser selecionadas as dimensões da instalação e o grau de automação da mesma.

As biotecnologias modernas permitem não só neutralizar efeito prejudicial metano no meio ambiente, mas também para fazê-lo servir para o benefício do homem, ao mesmo tempo em que extrai consideráveis benefício económico. Como resultado do processamento do esterco, forma-se o biogás, do qual milhares de kW de energia podem ser obtidos, e os resíduos da produção são um fertilizante anaeróbico muito valioso.

o que é biogás

O biogás é uma substância volátil incolor e inodora que contém até 70% de metano. Em termos de indicadores de qualidade, aproxima-se do tipo de combustível tradicional - o gás natural. Bom valor calórico, 1m3 de biogás emite tanto calor quanto o obtido da combustão de um quilo e meio de carvão.

Devemos a formação de biogás a bactérias anaeróbias que trabalham ativamente na decomposição de matérias-primas orgânicas, que são usadas como esterco de animais de fazenda, excrementos de pássaros, resíduos de quaisquer plantas.

No biogás autoproduzido, podem ser usados excrementos de pássaros e produtos residuais de pequenos e grandes animais. A matéria-prima pode ser utilizada na forma pura e na forma de mistura com a inclusão de grama, folhagem, papel velho

Para ativar o processo, é necessário criar condições favoráveis à atividade vital das bactérias. Devem ser semelhantes àqueles em que os microorganismos se desenvolvem em um reservatório natural - no estômago dos animais, onde é quente e não há oxigênio. Na verdade, essas são as duas principais condições que contribuem para a transformação milagrosa da massa de esterco podre em combustível ecológico e fertilizantes valiosos.

O mecanismo de formação de gás a partir de matérias-primas orgânicas

Para obter o biogás, você precisa de um reator fechado sem acesso ao ar, onde ocorrerá o processo de fermentação do esterco e sua decomposição em componentes:

Metano (até 70%).
Dióxido de carbono (cerca de 30%).
Outras substâncias gasosas (1-2%).

Os gases resultantes sobem para o topo do tanque, de onde são bombeados para fora, e o produto residual se deposita - um fertilizante orgânico de alta qualidade que, como resultado do processamento, reteve todas as substâncias valiosas do esterco - nitrogênio e fósforo, e perdeu uma parte significativa de microorganismos patogênicos.

O reator de biogás deve ter um projeto completamente selado, no qual não haja oxigênio, caso contrário, o processo de decomposição do esterco será extremamente lento

A segunda condição importante para a decomposição efetiva do esterco e a formação do biogás é o cumprimento do regime de temperatura. As bactérias envolvidas no processo são ativadas a uma temperatura de +30 graus. Além disso, o estrume contém dois tipos de bactérias:

Mesofílico. Sua atividade vital ocorre a uma temperatura de +30 - +40 graus;
Termofílico. Para sua reprodução, é necessário observar o regime de temperatura de +50 (+60) graus.

O tempo de processamento das matérias-primas nas fábricas do primeiro tipo depende da composição da mistura e varia de 12 a 30 dias. Ao mesmo tempo, 1 litro de área útil do reator dá 2 litros de biocombustível. Ao usar plantas do segundo tipo, o tempo de produção do produto final é reduzido para três dias e a quantidade de biogás aumenta para 4,5 litros.

A eficácia das usinas termofílicas é visível a olho nu, porém, o custo de sua manutenção é muito alto, por isso, antes de escolher um ou outro método de obtenção do biogás, é preciso calcular tudo com cuidado (clique para ampliar)

Apesar de a eficiência das instalações termofílicas ser dez vezes maior, elas são utilizadas com muito menos frequência, pois a manutenção de altas temperaturas no reator está associada a altos custos. A manutenção e manutenção de usinas mesófilas é mais barata, por isso a maioria das fazendas as utiliza para produzir biogás.

O biogás de acordo com os critérios de potencial energético é ligeiramente inferior ao combustível de gás usual. No entanto, contém vapores de ácido sulfúrico, cuja presença deve ser levada em consideração na escolha dos materiais para a construção da instalação.

Cálculos da eficiência da aplicação de biogás

Cálculos simples ajudarão a avaliar todas as vantagens do uso de biocombustíveis alternativos. Uma vaca pesando 500 kg produz cerca de 35-40 kg de estrume por dia. Esta quantidade é suficiente para produzir cerca de 1,5 m3 de biogás, a partir do qual, por sua vez, podem ser gerados 3 kWh de eletricidade.

Usando os dados da tabela, é fácil calcular quanto m3 de biogás pode ser obtido na saída de acordo com o disponível agricultura gado

Para obter biocombustíveis, pode-se usar tanto um tipo de matéria-prima orgânica quanto misturas de vários componentes com teor de umidade de 85-90%. É importante que eles não contenham impurezas químicas estranhas que afetem adversamente o processo de processamento.

A receita de mistura mais simples foi inventada em 2000 por um russo da região de Lipetsk, que construiu com as próprias mãos a usina de biogás mais simples. Ele misturou 1.500 kg de esterco de vaca com 3.500 kg de resíduos de várias plantas, adicionou água (cerca de 65% do peso de todos os ingredientes) e aqueceu a mistura a 35 graus.

Em duas semanas, o combustível gratuito está pronto. Esta pequena instalação produzia 40 m3 de gás por dia, o suficiente para aquecer a casa e os anexos durante seis meses.

Opções para usinas de produção de biocombustíveis

Depois de fazer os cálculos, é necessário decidir como fazer uma instalação para obter o biogás de acordo com as necessidades da sua fazenda. Se o gado for pequeno, então a instalação mais simples é adequada, o que é fácil de fazer com meios improvisados \u200b\u200bcom as próprias mãos.

Para grandes fazendas que possuem uma fonte constante de grande quantidade de matérias-primas, é aconselhável construir um sistema industrial automatizado de biogás. Neste caso, dificilmente será possível prescindir do envolvimento de especialistas que irão desenvolver o projeto e montar a instalação a nível profissional.

O diagrama mostra claramente como o setor industrial complexo automatizado para produção de biogás. A construção de tal escala pode ser organizada imediatamente por várias fazendas localizadas nas proximidades

Hoje, existem dezenas de empresas que podem oferecer as mais diversas opções: desde soluções prontas até o desenvolvimento de um projeto individual. Para reduzir o custo de construção, você pode cooperar com fazendas vizinhas (se houver nas proximidades) e construir uma usina de biogás para todos.

Refira-se que para a construção mesmo de uma pequena instalação é necessário elaborar os documentos pertinentes, fazer um esquema tecnológico, um plano de colocação de equipamentos e ventilação (se o equipamento for instalado em ambiente fechado), passar pelo procedimentos de coordenação com a SES, fiscalização de incêndio e gás.

Características de projeto do sistema de biogás

Uma usina de biogás completa é um sistema complexo que consiste em:

Biorreator, onde ocorre o processo de decomposição do esterco;
Sistema automatizado de abastecimento de resíduos orgânicos;
Dispositivos para misturar biomassa;
Equipamentos para manter as condições ideais de temperatura;
Tanque de gás - tanques de armazenamento de gás;
O receptor dos resíduos sólidos atendidos.

Todos os elementos acima são instalados em instalações industriais operando em modo automático. Os reatores domésticos, em regra, têm um design mais simplificado.

O diagrama mostra os principais componentes de um sistema automatizado de biogás. O volume do reator depende da ingestão diária de matérias-primas orgânicas. Para o pleno funcionamento da instalação, o reator deve ser preenchido até dois terços do volume

O princípio de operação e arranjo da planta para a produção de biogás

O principal elemento do sistema é o biorreator. Existem várias opções para sua execução, o principal é garantir a estanqueidade da estrutura e excluir a entrada de oxigênio. Pode ser feito na forma de um recipiente de metal várias formas(geralmente cilíndrico), localizado na superfície. Freqüentemente, 50 metros cúbicos de tanques de combustível vazios são usados para esses fins.

Você pode comprar recipientes prontos de design dobrável. Sua vantagem é a possibilidade de desmontagem rápida e, se necessário, transporte para outro local. Aconselha-se a utilização de instalações de superfície industrial em grandes fazendas onde há um fluxo constante de uma grande quantidade de matérias-primas orgânicas.

Para pequenas fazendas, a opção de colocação subterrânea do tanque é mais adequada. Um bunker subterrâneo é construído de tijolo ou concreto. Você pode enterrar recipientes prontos no solo, por exemplo, barris de metal, aço inoxidável ou PVC. Também é possível colocá-los na rua ou em uma sala especialmente designada com boa ventilação.

Para a fabricação de uma usina de biogás, você pode adquirir recipientes de PVC prontos e instalá-los em uma sala equipada com sistema de ventilação

Independentemente de onde e como o reator esteja localizado, ele é equipado com uma tremonha para carregamento de esterco. Antes de carregar a matéria-prima, ela deve passar por um preparo preliminar: é triturada em frações de no máximo 0,7 mm e diluída em água. Idealmente, o teor de umidade do substrato deve estar em torno de 90%.

As plantas automatizadas do tipo industrial são equipadas com um sistema de abastecimento de matéria-prima, incluindo um receptor no qual a mistura é levada à umidade necessária, uma tubulação para abastecimento de água e uma unidade de bombeamento para transferir a massa para o biorreator.

Nas usinas caseiras de preparo de substratos são utilizados recipientes separados, onde os resíduos são triturados e misturados com água. Em seguida, a massa é carregada no compartimento receptor. Em reatores localizados no subsolo, a tremonha para receber o substrato é trazida para fora, a mistura preparada flui por gravidade através da tubulação para a câmara de fermentação.

Se o reator estiver localizado no solo ou dentro de casa, o tubo de entrada com o dispositivo receptor pode estar localizado na parte lateral inferior do vaso. Também é possível trazer o tubo para a parte superior e colocar um soquete em seu pescoço. Neste caso, a biomassa terá que ser abastecida com uma bomba.

No biorreator também é necessário prever uma saída, que é feita praticamente no fundo do recipiente, do lado oposto da moega de entrada. Quando colocado no subsolo, o tubo de saída é instalado obliquamente para cima e leva a um recipiente de lixo, em forma de caixa retangular. Sua borda superior deve estar abaixo do nível da entrada.

Os tubos de entrada e saída são dispostos obliquamente para cima em lados diferentes recipientes, enquanto o recipiente compensador no qual os resíduos entram deve ser mais baixo que a moega receptora

O processo ocorre da seguinte forma: a moega de entrada recebe um novo lote de substrato, que flui para o reator, ao mesmo tempo que a mesma quantidade de lodo residual sobe pela tubulação até o receptor de resíduos, de onde é posteriormente escavado e usado como biofertilizante de alta qualidade.

O biogás é armazenado em um tanque de gás. Na maioria das vezes, está localizado diretamente no teto do reator e tem a forma de uma cúpula ou cone. É feito de ferro de cobertura e, a seguir, para evitar processos corrosivos, é pintado com várias camadas de tinta a óleo. Em instalações industriais projetadas para receber grandes quantidades de gás, o tanque de gás geralmente é feito na forma de um tanque separado conectado ao reator por uma tubulação.

O gás resultante da fermentação não é adequado para uso porque contém um grande número de vapor de água e, nesta forma, não queima. Para limpá-lo das frações de água, o gás é passado por um selo d'água. Para isso, é retirado um cano do depósito de gás, por onde o biogás entra em um recipiente com água, e de lá é fornecido aos consumidores por meio de um cano de plástico ou metal.

Diagrama de uma instalação subterrânea. A entrada e a saída devem estar em lados opostos do recipiente. Acima do reator existe um selo d'água por onde passa o gás resultante para secagem.

Em alguns casos, são utilizados sacos especiais de gás feitos de policloreto de vinila para armazenar o gás. Os sacos são colocados ao lado da planta e gradualmente preenchidos com gás. À medida que vai sendo enchido, o material elástico incha e o volume dos sacos aumenta, permitindo, se necessário, armazenar temporariamente uma maior quantidade do produto final.

Condições para a operação eficiente de um biorreator

Para uma operação eficiente da planta e liberação intensiva de biogás, é necessária uma fermentação uniforme do substrato orgânico. A mistura deve estar em constante movimento. Caso contrário, forma-se uma crosta sobre ela, o processo de decomposição desacelera e, como resultado, obtém-se menos gás do que o inicialmente calculado.

Para garantir a mistura ativa da biomassa, agitadores submersíveis ou inclinados acionados eletricamente são instalados no topo ou na lateral de um reator típico. Nas instalações caseiras, a mistura é realizada mecanicamente por meio de um dispositivo semelhante a um misturador doméstico. Pode ser operado manualmente ou fornecido com acionamento elétrico.

Com um arranjo vertical do reator, a alça do agitador é exibida na parte superior da instalação. Se o contêiner for instalado horizontalmente, o trado também está localizado em um plano horizontal e a alça está localizada na lateral do biorreator

Uma das condições mais importantes para a obtenção do biogás é manter a temperatura necessária no reator. O aquecimento pode ser feito de várias maneiras. Usado em instalações estacionárias sistemas automatizados aquecimento, que são ligados quando a temperatura cai abaixo de um nível predeterminado e são desligados quando a temperatura desejada é atingida.

Pode ser usado para aquecimento caldeiras a gás, para realizar aquecimento direto com aquecedores elétricos, ou para construir um elemento de aquecimento na base do recipiente. Para reduzir a perda de calor, recomenda-se construir uma pequena moldura ao redor do reator com uma camada de lã de vidro ou cobrir a instalação com isolamento térmico. O poliestireno expandido tem boas propriedades de isolamento térmico.

Para equipar um sistema de aquecimento de biomassa, é possível colocar uma tubulação de aquecimento doméstico, que é alimentada por um reator

Como determinar o volume correto do reator

O volume do reator é determinado com base na quantidade diária de esterco produzido na fazenda. Também é necessário levar em consideração o tipo de matéria-prima, temperatura e tempo de fermentação. Para que a instalação funcione totalmente, o recipiente é preenchido com 85-90% do volume, pelo menos 10% deve permanecer livre para que o gás escape.

O processo de decomposição da matéria orgânica em uma planta mesófila a uma temperatura média de 35 graus dura de 12 dias, após os quais os resíduos fermentados são removidos e o reator é preenchido com uma nova porção do substrato. Como o resíduo é diluído em água até 90% antes de ser enviado ao reator, a quantidade de líquido também deve ser levada em consideração na determinação da carga diária.

Com base nos indicadores dados, o volume do reator será igual à quantidade diária do substrato preparado (esterco com água) multiplicado por 12 (tempo necessário para decomposição da biomassa) e acrescido de 10% (volume livre do recipiente).

Construção de uma usina subterrânea de biogás

Agora vamos falar sobre a instalação mais simples que permite obter biogás em casa com o menor custo. Considere a construção instalação subterrânea. Para sua fabricação, é necessário cavar um buraco, sua base e paredes são vazadas com concreto armado de argila expandida. De lados opostos da câmara, são exibidas aberturas de entrada e saída, onde são montados tubos inclinados para fornecer o substrato e bombear o lodo residual.

O tubo de saída com cerca de 7 cm de diâmetro deve estar localizado quase no fundo do bunker, sua outra extremidade é montada em um recipiente de compensação retangular para o qual os resíduos serão bombeados. A tubulação para abastecimento do substrato está localizada a aproximadamente 50 cm do fundo e tem diâmetro de 25 a 35 cm, a parte superior do tubo entra no compartimento de recebimento de matéria-prima.

O reator deve ser completamente selado. Para excluir a possibilidade de entrada de ar, o contêiner deve ser coberto com uma camada de impermeabilização betuminosa.

A parte superior do bunker - o suporte de gás tem uma forma de cúpula ou cone. É feito de chapas metálicas ou ferro para telhados. Também é possível completar a estrutura com alvenaria, que depois é estofada com tela de aço e rebocada. Em cima do tanque de gás, é necessário fazer uma escotilha vedada, retirar o cano de gás que passa pela vedação d'água e instalar uma válvula para aliviar a pressão do gás.

Para misturar o substrato, a unidade pode ser equipada com um sistema de drenagem operando no princípio de borbulhamento. Para fazer isso, prenda verticalmente os tubos de plástico dentro da estrutura de forma que sua borda superior fique acima da camada de substrato. Faça muitos furos neles. O gás sob pressão vai descer, e subindo, as bolhas de gás vão misturar a biomassa no tanque.

Se você não deseja construir um bunker de concreto, pode comprar um contêiner de PVC pronto. Para preservar o calor, deve ser coberto com uma camada de isolamento térmico - espuma de poliestireno. O fundo da fossa é preenchido com concreto armado com camada de 10 cm, podendo ser utilizados tanques de policloreto de vinila se o volume do reator não ultrapassar 3 m3.

Vídeo sobre a obtenção de biogás a partir de estrume

Como está acontecendo a construção de um reator subterrâneo, você pode ver no vídeo:

Uma instalação de obtenção de biogás a partir de esterco economizará significativamente no pagamento de calor e eletricidade e usará material orgânico, disponível em abundância em todas as fazendas, por uma boa causa. Antes de iniciar a construção, tudo deve ser cuidadosamente calculado e preparado.

O reator mais simples pode ser feito em poucos dias com suas próprias mãos, usando as ferramentas disponíveis. Se a fazenda for grande, é melhor comprar uma instalação pronta ou entrar em contato com especialistas. Publicados

O gás é amplamente utilizado tanto na indústria, inclusive química (por exemplo, matérias-primas para a produção de plásticos) quanto na vida cotidiana. EM condições de vida gás é usado para aquecimento residencial e prédios de apartamentos, cozinhar, aquecer água, como combustível para automóveis, etc.

Ambientalmente, o gás é um dos espécies puras combustível. Em comparação com outros tipos de combustível, a menor quantidade de emissões de substâncias nocivas.

Mas se falamos de gás, automaticamente nos referimos ao gás natural extraído do interior da Terra.

Um dia, tropecei em um artigo de jornal que contava como um avô montou uma instalação nada complicada e extraiu gás do esterco. Este tema me interessou muito. E eu gostaria de falar sobre essa alternativa ao gás natural - isso é biogás. Acho este tópico bastante interessante e útil pessoas comuns e principalmente agricultores.

Na fazenda de qualquer fazenda camponesa, você pode usar não apenas a energia do vento, do sol, mas também do biogás.

biogás- combustível gasoso, produto da decomposição microbiológica anaeróbia de substâncias orgânicas. A tecnologia de produção de gás é um método ecológico e livre de resíduos de processamento, reciclagem e desinfecção de vários resíduos orgânicos de origem vegetal e animal.

A matéria-prima para a produção de biogás é esterco comum, folhas, grama, em geral, quaisquer detritos orgânicos: topos, restos de comida, folhas caídas.

O gás resultante - metano - é o resultado da atividade vital das bactérias do metano. Do metano - também é chamado de gás de pântano ou grisu, 90-98% consiste em gás natural, que é usado na vida cotidiana.

A usina de gás é muito fácil de fabricar. Precisamos do recipiente principal, você mesmo pode soldar ou usar algum tipo de pronto, pode ser qualquer coisa. Nas laterais do tanque, é necessário instalar isolamento térmico, para uso da instalação na estação fria. De cima, fazemos algumas escotilhas. De um deles, anexamos tubos para liberar o gás. Para um processo de fermentação intensivo e evolução de gás, a mistura deve ser agitada periodicamente. Portanto, você precisa instalar um dispositivo de mixagem. Além disso, o gás deve ser coletado e armazenado ou usado para o fim a que se destina. Para coletar o gás, você pode usar uma câmara de carro comum e, se houver um compressor, comprimir e bombear para os cilindros.

O princípio de funcionamento é bastante simples: o estrume é carregado por uma escotilha. No interior, esta biomassa é decomposta por bactérias especiais de metano. Para tornar o processo mais intensivo, o conteúdo deve ser misturado e preferencialmente aquecido. Para aquecimento, você pode instalar tubos dentro dos quais a água quente deve circular. O metano liberado como resultado da atividade vital das bactérias através dos tubos entra nas câmaras do carro e, quando se acumula em quantidade suficiente, comprimimos com a ajuda de um compressor e bombeamos para os cilindros.

Em clima quente ou quando é usado aquecimento artificial, a planta pode produzir uma quantidade bastante grande de gás, cerca de 8 m 3 /dia.

Também é possível obter gás do lixo doméstico dos aterros sanitários, mas os produtos químicos usados na vida cotidiana são um problema.

As bactérias do metano são encontradas nos intestinos dos animais e, portanto, no estrume. Mas, para que comecem a trabalhar, é necessário limitar sua interação com o oxigênio, pois ele deprime sua atividade vital. Por isso é necessário criar instalações especiais para que as bactérias não entrem em contato com o ar.

No biogás resultante, a concentração de metano é um pouco menor do que no gás natural, portanto, ao ser queimado, produzirá um pouco menos de calor. Ao queimar 1 m 3 gás natural 7-7,5 Gcal é alocado, depois com biogás - 6-6,5 Gcal.

Este gás é adequado tanto para aquecimento (ainda temos informações gerais sobre aquecimento) e para uso em fogões domésticos. O custo do biogás é baixo e, em alguns casos, é praticamente zero se tudo for feito com materiais improvisados e você mantiver, por exemplo, uma vaca.

Os resíduos da produção de gás são o biohúmus - um fertilizante orgânico no qual, no processo de decomposição sem acesso ao oxigênio, tudo apodrece, desde as sementes das ervas daninhas, restando apenas microelementos úteis necessários para as plantas.

No exterior, existem até métodos para criar campos de gás artificial. Se parece com isso. Uma vez que grande parte do lixo doméstico descartado é matéria orgânica, que pode apodrecer e produzir biogás. Para que o gás comece a se destacar, é necessário privar a matéria orgânica da interação com o ar. Assim, os resíduos são enrolados em camadas, e a camada superior é feita de um material à prova de gás e água, como a argila. Em seguida, são perfurados poços e o gás é extraído a partir de jazidas naturais. E, ao mesmo tempo, vários problemas estão sendo resolvidos, como o descarte de resíduos e a produção de energia.

Em que condições é produzido o biogás?

Condições de obtenção e valor energético do biogás

Para montar uma usina de pequeno porte, é preciso saber de quais matérias-primas e com que tecnologia o biogás pode ser obtido.

O gás é obtido no processo de decomposição (fermentação) de substâncias orgânicas sem acesso ao ar (processo anaeróbico): excrementos de animais, palha, topos, folhas caídas e outros resíduos orgânicos gerados em uma casa individual. Segue-se que o biogás pode ser obtido a partir de qualquer resíduo doméstico que possa se decompor e fermentar em estado líquido ou úmido.

O processo de decomposição (fermentação) ocorre em duas fases:

Decomposição da biomassa (hidratação);
Gaseificação (liberação de biogás).

Esses processos ocorrem em um fermentador (usina de biogás anaeróbio).

O lodo obtido após a decomposição em usinas de biogás aumenta a fertilidade do solo e aumenta o rendimento em 10-50%. Assim, um fertilizante valioso é obtido.

O biogás consiste em uma mistura de gases:

metano-55-75%;
dióxido de carbono-23-33%;
sulfeto de hidrogênio-7%.

A fermentação do metano é um complexo processo de fermentação orgânica - um processo bacteriano. A principal condição para que esse processo ocorra é a presença de calor.

No processo de decomposição da biomassa é gerado calor, que é suficiente para o andamento do processo, para reter esse calor o fermentador deve ser isolado termicamente. À medida que a temperatura no fermentador diminui, a intensidade da evolução do gás diminui, uma vez que processos microbiológicos desacelerar na massa orgânica. Portanto, um isolamento térmico confiável de uma usina de biogás (biofermentador) é um dos condições importantes seu trabalho normal. Ao carregar o esterco no fermentador, ele deve ser misturado com água quente com uma temperatura de 35-40 ° C. Isso ajudará a garantir o modo de operação necessário.

Ao recarregar, a perda de calor deve ser mantida ao mínimo assistência de engenharia para biogás

Para um melhor aquecimento do fermentador, pode-se utilizar o "efeito estufa". Para fazer isso, uma estrutura de madeira ou metal leve é instalada acima da cúpula e coberta com filme plástico. Os melhores resultados são alcançados quando a temperatura do material fermentado é de 30-32°C e a umidade é de 90-95%. Nas áreas da faixa média e norte, parte do gás produzido deve ser gasto nos períodos frios do ano para aquecimento adicional da massa fermentada, o que dificulta o projeto de usinas de biogás.

As instalações são fáceis de construir em fazendas individuais na forma de fermentadores especiais para fermentação de biomassa. A principal matéria-prima orgânica para carregamento no fermentador é o estrume.

No primeiro carregamento de esterco bovino, o processo de fermentação deve ser de pelo menos 20 dias, esterco suíno de pelo menos 30 dias. Você pode obter mais gás ao carregar uma mistura de vários componentes comparado ao carregamento, por exemplo, de estrume de gado.

Por exemplo, uma mistura de estrume de gado e excrementos de pássaros durante o processamento fornece até 70% de metano no biogás.

Após a estabilização do processo de fermentação, é necessário carregar matérias-primas todos os dias não mais que 10% da quantidade de massa processada no fermentador.

Durante a fermentação, além da produção de gás, ocorre a desinfecção de substâncias orgânicas. O lixo orgânico elimina a microflora patogênica, desodorização de odores desagradáveis.

O lodo resultante deve ser periodicamente descarregado do fermentador, é utilizado como fertilizante.

Quando a usina de biogás é abastecida pela primeira vez, o gás retirado não queima, isso acontece porque o primeiro gás recebido contém uma grande quantidade de dióxido de carbono, cerca de 60%. Portanto, deve ser liberado na atmosfera e, após 1-3 dias, a operação da usina de biogás se estabilizará.

Tabela nº 1 - a quantidade de gás obtida por dia durante a fermentação dos excrementos de um animal

Em termos de quantidade de energia liberada, 1 m 3 de biogás equivale a:

1,5 kg de carvão;
0,6 kg de querosene;
2 kWh de eletricidade;
3,5 kg de lenha;
12 kg de briquetes de estrume.

Construção de pequenas usinas de biogás

Figura 1 - Esquema da usina de biogás mais simples com cúpula piramidal: 1 - esterqueira; 2 - ranhura - vedação d'água; 3 - campainha para coleta de gás; 4, 5 - tubo de ramificação para remoção de gás; 6 - medidor de pressão.

Conforme a Figura 1, a fossa 1 e a cúpula 3 são dimensionadas, sendo a fossa revestida com lajes de concreto armado de 10 cm de espessura, rebocadas com argamassa de cimento e revestidas com resina para estanqueidade. Um sino de 3 m de altura é soldado a partir de uma cobertura de ferro, na parte superior da qual o biogás se acumulará. Para proteger contra a corrosão, o sino é pintado periodicamente com duas camadas de tinta a óleo. É ainda melhor pré-cobrir o sino por dentro com grafite vermelha. Na parte superior da campânula está instalado um encaixe 4 para retirada do biogás e um manômetro 5 para medição de sua pressão. O tubo de saída de gás 6 pode ser feito de uma mangueira de borracha, plástico ou tubo de metal.

Ao redor da fossa - o fermentador, é disposta uma ranhura de concreto - um selo d'água 2. cheio de água, no qual a parte inferior do sino é imersa em 0,5 m.

Figura 2 - Dispositivo para remoção de condensado: 1 - tubulação para remoção de gás; 2 - Tubo em forma de U para condensado; 3 - condensado.

Forneça gás, por exemplo, para fogão possível através de tubos de metal, plástico ou borracha. Para que no inverno, devido ao congelamento da água de condensação, os tubos não congelem, é utilizado um dispositivo simples mostrado na Figura 2: o tubo 2 em forma de U é conectado à tubulação 1 no ponto mais baixo. A altura de sua parte livre deve ser maior que a pressão do biogás (em mm de coluna d'água). O condensado 3 drena pela extremidade livre do tubo e não haverá vazamento de gás.

Figura 3 - Esquema da usina de biogás mais simples com cúpula cônica: 1 - esterqueira; 2 - cúpula (sino); 3 - parte estendida do ramal; 4 - tubo para retirada de gás; 5 - ranhura - vedação de água.

Na instalação mostrada na Figura 3, o poço 1 com um diâmetro de 4 mm e uma profundidade de 2 m é revestido por dentro com cobertura de ferro, cujas chapas são bem soldadas. A superfície interna do tanque soldado é coberta com resina para proteção anticorrosiva. No lado externo da borda superior do tanque de concreto, está disposta uma ranhura anular de 5 a 1 m de profundidade, que é preenchida com água. Instale livremente a parte vertical da cúpula 2, fechando o tanque. Assim, o sulco cheio de água serve como um selo de água. O biogás é coletado na parte superior da cúpula, de onde é alimentado pela tubulação de saída 3 e posteriormente pela tubulação 4 (ou mangueira) até o local de uso.

Cerca de 12 metros cúbicos de matéria orgânica (de preferência esterco fresco) são carregados no tanque redondo 1, que é preenchido com a fração líquida de esterco (urina) sem adição de água. Uma semana após o enchimento, o fermentador começa a funcionar. Nesta instalação, a capacidade do fermentador é de 12 metros cúbicos, o que possibilita sua construção para 2 a 3 famílias cujas casas estão localizadas nas proximidades. Tal instalação pode ser construída no quintal se a família criar, por exemplo, touros ou possuir várias vacas.

Figura 4 - Esquemas de opções para as instalações mais simples: 1 - abastecimento de resíduos orgânicos; 2 - recipiente para resíduos orgânicos; 3 - local de coleta de gás sob a cúpula; 4 - ramal para retirada de gás; 5 - remoção de lodo; 6 - manômetro; 7 - uma cúpula feita de filme de polietileno; 8 - selo d'água e; 9 - carga; 10 - saco de polietileno todo colado.

Os esquemas estruturais e tecnológicos das instalações mais simples de pequeno porte são mostrados na Figura 4. As setas indicam os movimentos tecnológicos da massa orgânica inicial, gás e lodo. Estruturalmente, a cúpula pode ser rígida ou feita de filme de polietileno. Uma cúpula rígida pode ser feita com uma parte cilíndrica longa para imersão profunda na massa processada, flutuante (Figura 4, d), ou inserida em um selo hidráulico (Figura 4, e). , e. Na versão mais recente, um peso 9 é colocado no saco de filme para que o saco não inche muito e também para formar pressão suficiente sob o filme.

O gás coletado sob a cúpula ou filme é fornecido por meio de um gasoduto até o local de uso. Para evitar uma explosão de gás, uma válvula ajustada para uma determinada pressão pode ser instalada no tubo de saída. Porém, o perigo de explosão de gás é improvável, pois com um aumento significativo da pressão do gás sob a cúpula, esta será elevada no selo hidráulico a uma altura crítica e tombará, liberando gás.

A produção de biogás pode ser reduzida devido ao fato de que uma crosta se forma na superfície das matérias-primas orgânicas no fermentador durante sua fermentação. Para que não interfira na liberação do gás, é quebrado mexendo a massa no fermentador. Você pode misturar não manualmente, mas anexando um garfo de metal por baixo à cúpula. A cúpula sobe em um selo hidráulico até uma certa altura quando o gás é acumulado e cai à medida que é usado.

Devido ao movimento sistemático da cúpula de cima para baixo, os garfos conectados à cúpula irão quebrar a crosta.

A alta umidade e a presença de sulfeto de hidrogênio (até 0,5%) contribuem para o aumento da corrosão das partes metálicas das usinas de biogás. Portanto, o estado de todos os elementos metálicos do fermentador é monitorado regularmente e os locais danificados são cuidadosamente protegidos, de preferência com chumbo vermelho em uma ou duas camadas, e depois pintados em duas camadas com qualquer tinta a óleo.

Figura 5. Esquema de uma central de biogás com aquecimento: 1 - fermentador; 2 - escudo de madeira; 3 - gargalo de enchimento; 4 - tanque de metano; 5 - agitador; 6 - ramal para amostragem de biogás; 7 - camada isolante de calor; 8 - treliça; 9 - válvula de escoamento da massa processada; 10 - canal para suprimento de ar; 11 - soprador.

Usina de biogás com aquecimento da massa fermentada com calor , liberado durante a decomposição do esterco, em um fermentador aeróbico, é mostrado na Figura 5. Inclui um tanque de metano - um recipiente cilíndrico de metal com um gargalo de enchimento 3. uma válvula de drenagem 9. um agitador mecânico 5 e um tubo de extração de biogás 6.

O fermentador 1 pode ser feito de materiais retangulares e 3 de madeira. Para descarregar o esterco tratado, as paredes do suco são removíveis. O piso do fermentador é ripado, o ar é soprado pelo canal tecnológico 10 do soprador 11. A parte superior do fermentador é coberta com escudos de madeira 2. Para reduzir a perda de calor, as paredes e o fundo são feitos com uma camada isolante de calor 7.

A configuração funciona assim. Estrume líquido preparado preliminarmente com um teor de umidade de 88-92% é despejado no tanque de metano 4 através do golovin 3, o nível do líquido é determinado pela parte inferior do gargalo de enchimento. O fermentador aeróbico 1 através da parte superior da abertura é preenchido com esterco ou uma mistura de esterco com carga orgânica seca solta (palha, serragem) com um teor de umidade de 65-69%. Quando o ar é fornecido pelo canal tecnológico no fermentador, a massa orgânica começa a se decompor e o calor é liberado. É o suficiente para aquecer o conteúdo do tanque de metano. Como resultado, o biogás é liberado. Acumula-se na parte superior do metatanque. Através do tubo de derivação 6 é utilizado para as necessidades domésticas. No processo de fermentação, o esterco no digestor é misturado com um agitador 5.

Tal instalação será compensada em um ano apenas devido ao descarte de resíduos em uma casa pessoal. Os valores aproximados para o consumo de biogás são dados na tabela 2.

Tabela nº 2 - valores aproximados para consumo de biogás

Nota: a unidade pode operar em qualquer zona climática.

Figura 6 - Esquema de uma usina individual de biogás IBGU-1: 1 - gargalo de enchimento; 2 - .misturador; 3 - ramal, para amostragem de gás; 4 - camada isolante de calor; 5 - tubo de derivação com guindaste para descarga da massa processada; 6 - termômetro.

Usina individual de biogás (IBGU-1) para uma família com 2 a 6 vacas ou 20-60 porcos ou 100-300 aves (Figura 6). A unidade pode processar de 100 a 300 kg de esterco diariamente e produz de 100 a 300 kg de fertilizantes orgânicos e 3-12 m 3 de biogás.

Uma das tarefas que devem ser resolvidas na agricultura é o descarte de esterco e resíduos vegetais. E este é um problema bastante sério que requer atenção constante. A reciclagem leva não apenas tempo e esforço, mas também uma quantidade decente. Hoje existe pelo menos uma forma de transformar essa dor de cabeça em renda: transformar o esterco em biogás. A tecnologia é baseada em processo natural decomposição de esterco e resíduos vegetais devido às bactérias que eles contêm. Toda a tarefa é criar condições especiais para a decomposição mais completa. Essas condições são a falta de acesso ao oxigênio e a temperatura ideal (40-50 o C).

Todo mundo sabe como o esterco é mais frequentemente descartado: empilhado e, depois da fermentação, levado para o campo. Nesse caso, o gás resultante é liberado na atmosfera, e 40% do nitrogênio contido na substância inicial voa para lá, e o máximo de fósforo. O fertilizante resultante está longe de ser perfeito.

Para obter o biogás, é necessário que o processo de decomposição do esterco ocorra sem acesso ao oxigênio, em um volume fechado. Nesse caso, tanto o nitrogênio quanto o fósforo permanecem no produto residual e o gás se acumula na parte superior do tanque, de onde pode ser facilmente bombeado. Duas fontes de lucro são obtidas: gás diretamente e fertilizante eficaz. Além disso, o fertilizante é da mais alta qualidade e 99% seguro: a maioria dos patógenos e ovos de helmintos morre, as sementes de ervas daninhas contidas no esterco perdem a germinação. Existem até linhas para acondicionamento desse resíduo.

Segundo condição necessária o processo de conversão de esterco em biogás é manter temperatura ideal. As bactérias contidas na biomassa são inativas em baixas temperaturas. Eles começam a agir a uma temperatura ambiente de +30 o C. Além disso, dois tipos de bactérias estão contidos no estrume:

Plantas termofílicas com temperaturas de +43 o C a +52 o C são as mais eficientes: o estrume é processado nelas por 3 dias, até 4,5 litros de biogás são obtidos de 1 litro de área útil do biorreator (este é o rendimento máximo) . Mas manter uma temperatura de +50 o C requer custos de energia significativos, o que não é lucrativo em todos os climas. Portanto, as usinas de biogás operam com mais frequência em temperaturas mesófilas. Nesse caso, o tempo de processamento pode ser de 12 a 30 dias, o rendimento é de aproximadamente 2 litros de biogás por 1 litro de volume do biorreator.

A composição do gás varia dependendo da matéria-prima e das condições de processamento, mas aproximadamente é a seguinte: metano - 50-70%, dióxido de carbono - 30-50% e também contém uma pequena quantidade de sulfeto de hidrogênio (menos de 1% ) e uma quantidade muito pequena de compostos de amônia, hidrogênio e nitrogênio. Dependendo do projeto da planta, o biogás pode conter uma quantidade significativa de vapor d'água, o que exigirá desidratação (caso contrário, simplesmente não queimará). A aparência da instalação industrial é mostrada no vídeo.

Pode-se dizer toda uma planta de produção de gás. Mas para um pátio privado ou uma pequena fazenda, esses volumes são inúteis. A usina de biogás mais simples é fácil de fazer com as próprias mãos. Mas a pergunta é: “Para onde enviar o biogás a seguir?” O valor calorífico do gás resultante é de 5340 kcal / m3 a 6230 kcal / m3 (6,21 - 7,24 kWh / m3). Portanto, pode ser fornecido a uma caldeira a gás para geração de calor (aquecimento e água quente), ou a uma central de geração de eletricidade, fogão a gás, etc. É assim que Vladimir Rashin, o projetista de uma usina de biogás, usa o estrume de sua fazenda de codornas.

Acontece que, tendo pelo menos uma quantidade mais ou menos decente de gado e aves, você pode atender totalmente às necessidades de sua casa em aquecimento, gás e eletricidade. E se você instalar instalações de gás em carros, combustível para a frota. Dado que a participação da energia no custo de produção é de 70 a 80%, você só pode economizar em um biorreator e ganhar muito dinheiro. Abaixo está uma captura de tela do cálculo econômico da lucratividade de uma usina de biogás para uma pequena fazenda (em setembro de 2014). Você não pode chamar a economia de pequena, mas definitivamente também não é grande. Pedimos desculpas pela terminologia - este é o estilo do autor.

Este é um detalhamento aproximado dos custos necessários e da receita possível. Esquemas de usinas de biogás autofabricadas

Esquemas de usinas de biogás autofabricadas

O esquema mais simples de uma usina de biogás é um recipiente lacrado - um biorreator, no qual a pasta preparada é despejada. Consequentemente, existe uma escotilha para carregamento de esterco e uma escotilha para descarregar matérias-primas processadas.

O esquema mais simples de uma usina de biogás sem "sinos e assobios"

O recipiente não está totalmente cheio com o substrato: 10-15% do volume deve ficar livre para coletar o gás. Um tubo de gás está embutido na tampa do tanque. Como o gás resultante contém uma quantidade bastante grande de vapor d'água, ele não queimará dessa forma. Portanto, é necessário passá-lo por um selo d'água para drenagem. Neste dispositivo simples, a maior parte do vapor d'água se condensará e o gás já queimará bem. Então é desejável purificar o gás do sulfeto de hidrogênio não combustível, e só então ele pode ser alimentado no recipiente de gás - um recipiente para coleta de gás. E a partir daí já é possível criar para os consumidores: alimentá-lo para uma caldeira ou fogão a gás. Como fazer filtros para uma usina de biogás com as próprias mãos, veja o vídeo.

Grandes instalações industriais são colocadas na superfície. E isso, em princípio, é compreensível - o volume de terraplenagem é muito grande. Mas em pequenas fazendas, a tigela do bunker está enterrada no chão. Isso, em primeiro lugar, permite reduzir o custo de manutenção da temperatura necessária e, em segundo lugar, em um pátio privado, já existem dispositivos suficientes.

O recipiente pode ser levado pronto ou feito de tijolo, concreto, etc. em uma cova cavada. Mas neste caso, você terá que cuidar da estanqueidade e obstrução do ar: o processo é anaeróbico - sem acesso de ar, portanto é necessário criar uma camada impermeável ao oxigênio. A construção acaba sendo de várias camadas e a fabricação de tal bunker é um processo longo e caro. Portanto, é mais barato e fácil enterrar o contêiner acabado. Anteriormente, eram necessariamente barris de metal, geralmente de aço inoxidável. Hoje, com o advento das embalagens de PVC no mercado, você pode aproveitá-las. Eles são quimicamente neutros, têm baixa condutividade térmica, longa vida útil e são várias vezes mais baratos que o aço inoxidável.

Mas a usina de biogás descrita acima terá baixa produtividade. Para ativar o processo de processamento, é necessária a mistura ativa da massa na tremonha. Caso contrário, forma-se uma crosta na superfície ou na espessura do substrato, o que retarda o processo de decomposição, e menos gás é obtido na saída. A mistura é realizada por qualquer maneira acessível. Por exemplo, como mostrado no vídeo. Neste caso, qualquer unidade pode ser feita.

Existe outra maneira de misturar as camadas, mas não mecânica - a barbitação: o gás produzido sob pressão é alimentado na parte inferior do tanque de estrume. Subindo, as bolhas de gás irão romper a crosta. Como o mesmo biogás é fornecido, não haverá alteração nas condições de processamento. Além disso, esse gás não pode ser considerado uma despesa - ele cairá novamente no tanque de gasolina.

Como mencionado acima, um bom desempenho requer febre. Para não gastar muito dinheiro na manutenção dessa temperatura, é preciso cuidar do isolamento. Que tipo de isolante térmico escolher, claro, é da sua conta, mas hoje o mais ideal é a espuma de poliestireno. Não tem medo de água, não é afetado por fungos e roedores, tem longa vida útil e excelente desempenho de isolamento térmico.

A forma do biorreator pode ser diferente, mas a mais comum é a cilíndrica. Não é o ideal pela dificuldade de misturar o substrato, mas é mais usado porque as pessoas acumularam ótima experiência construção de tais recipientes. E se tal cilindro for dividido por uma partição, eles podem ser usados como dois tanques separados nos quais o processo é deslocado no tempo. Ao mesmo tempo, um elemento de aquecimento pode ser embutido na divisória, resolvendo assim o problema de manter a temperatura em duas câmaras ao mesmo tempo.

Na versão mais simples, as usinas de biogás caseiras são um poço retangular, cujas paredes são feitas de concreto e tratadas com uma camada de fibra de vidro e resina de poliéster para estanqueidade. Este recipiente vem com uma tampa. É extremamente inconveniente na operação: é difícil implementar aquecimento, mistura e remoção da massa fermentada, é impossível obter processamento completo e alta eficiência.

A situação é um pouco melhor com plantas de processamento de estrume de biogás. Possuem bordas chanfradas, o que facilita o carregamento de estrume fresco. Se você fizer o fundo inclinado, a massa fermentada se moverá por gravidade em uma direção e será mais fácil selecioná-la. Em tais instalações, é necessário fornecer isolamento térmico não apenas para paredes, mas também para coberturas. Essa usina de biogás com suas próprias mãos é fácil de implementar. Mas o processamento completo e a quantidade máxima de gás nele não podem ser alcançados. Mesmo quando aquecido.

As questões técnicas básicas foram tratadas e agora você conhece várias maneiras de construir uma usina de biogás de esterco. Nuances tecnológicas permaneceram.

O que pode ser reciclado e como obter bons resultados

No estrume de qualquer animal existem organismos necessários para o seu processamento. Mais de mil microrganismos diferentes foram encontrados envolvidos no processo de digestão e geração de gás. papel crítico ao mesmo tempo, atuam os agentes formadores de metano. Acredita-se também que todos esses microrganismos são encontrados em proporções ótimas no esterco bovino. De qualquer forma, ao processar esse tipo de resíduo em combinação com a massa vegetal, a maior quantidade de biogás é liberada. A tabela mostra dados médios para os tipos mais comuns de resíduos agrícolas. Observe que essa quantidade de saída de gás pode ser obtida em condições ideais.

Para uma boa produtividade, é necessário manter uma certa umidade do substrato: 85-90%. Mas deve ser usada água que não contenha produtos químicos estranhos. Os processos são prejudicados por solventes, antibióticos, detergentes etc. Além disso, para o curso normal do processo, a pasta não deve conter grandes fragmentos. O tamanho máximo dos fragmentos: 1 * 2 cm, os menores são melhores. Portanto, se você planeja adicionar ingredientes à base de plantas, precisa moê-los.

É importante para o processamento normal no substrato manter um nível de pH ideal: entre 6,7-7,6. Normalmente, o meio tem acidez normal e, apenas ocasionalmente, as bactérias formadoras de ácido se desenvolvem mais rapidamente do que as formadoras de metano. Então o ambiente torna-se ácido, a produção de gás diminui. Para atingir o valor ideal, cal comum ou soda é adicionada ao substrato.

Agora, um pouco sobre o tempo que leva para processar o esterco. Em geral, o tempo depende das condições criadas, mas o primeiro gás pode começar a fluir já no terceiro dia após o início da fermentação. A formação de gás mais ativa ocorre durante a decomposição do estrume em 30-33%. Para poder navegar no tempo, digamos que após duas semanas o substrato se decomponha em 20-25%. Ou seja, o processamento ideal deve durar um mês. Neste caso, o fertilizante é da mais alta qualidade.

Cálculo do volume do bunker para processamento

Para pequenas fazendas, o cenário ideal é a ação permanente - isto é, quando o esterco fresco é fornecido em pequenas porções diariamente e removido nas mesmas porções. Para que o processo não seja perturbado, a parcela da carga diária não deve ultrapassar 5% do volume processado.

As instalações caseiras para o processamento de esterco em biogás não são o auge da perfeição, mas são bastante eficazes

Com base nisso, você pode determinar facilmente o volume do tanque necessário para uma usina de biogás caseira. Você precisa multiplicar o volume diário de estrume da sua fazenda (já diluído com um teor de umidade de 85-90%) por 20 (isso é para temperaturas mesófilas, para temperaturas termofílicas você terá que multiplicar por 30). Você precisa adicionar outros 15-20% ao valor resultante - espaço livre para coletar biogás sob a cúpula. Você conhece o parâmetro principal. Todos os custos e parâmetros adicionais do sistema dependem de qual esquema da usina de biogás é escolhido para implementação e como você fará tudo. É bem possível sobreviver com materiais improvisados ou você pode solicitar uma instalação pronta para uso. O desenvolvimento da fábrica custará a partir de 1,5 milhão de euros, as instalações dos Kulibins serão mais baratas.

Registro legal

A instalação terá que ser coordenada com a SES, fiscalização de gás e bombeiros. Você vai precisar de:

Esquema tecnológico da instalação.
Plano de layout de equipamentos e componentes com referência à própria instalação, local de instalação da unidade térmica, localização de tubulações e linhas de energia e conexão da bomba. Pára-raios e estradas de acesso devem ser marcados no diagrama.
Se a unidade for localizada em ambiente interno, também será necessário um plano de ventilação que garanta pelo menos oito trocas do ar total da sala.

Como você pode ver, a burocracia é indispensável aqui.

Finalmente, um pouco sobre o desempenho da instalação. Em média, uma usina de biogás produz um volume de gás por dia que é o dobro do volume útil do reservatório. Ou seja, 40 m 3 de lama darão 80 m 3 de gás por dia. Aproximadamente 30% serão gastos na garantia do próprio processo (o principal item de despesa é o aquecimento). Aqueles. na saída você receberá 56 m 3 de biogás por dia. Para cobrir as necessidades de uma família de três pessoas e aquecer uma casa de tamanho médio, segundo as estatísticas, são necessários 10 m 3 . No saldo líquido você tem 46 m 3 por dia. E isso é com uma pequena instalação.

Resultados

Ao investir algum dinheiro na construção de uma usina de biogás (faça você mesmo ou chave na mão), você não apenas atenderá às suas próprias necessidades e necessidades de calor e gás, mas também poderá vender gás, bem como alta -fertilizantes de qualidade resultantes do processamento.

Tecnologia de produção de biogás. Complexos pecuários modernos fornecem altas taxas de produção. As soluções tecnológicas aplicadas permitem cumprir integralmente os requisitos das normas sanitárias e higiénicas em vigor nas instalações dos próprios complexos.

No entanto grandes quantidades o esterco líquido, concentrado em um só lugar, cria problemas significativos para a ecologia dos territórios adjacentes ao complexo. Por exemplo, estrume fresco de suínos e excrementos são classificados como resíduos de classe de perigo 3. As questões ambientais estão sob o controle das autoridades supervisoras, os requisitos da legislação sobre essas questões são constantemente reforçados.

A Biocomplex oferece uma solução abrangente para o descarte de esterco líquido, que inclui processamento acelerado em modernas usinas de biogás (BGU). No processo de beneficiamento, de modo acelerado, procedem-se processos naturais de decomposição da matéria orgânica com liberação de gases, entre eles: metano, CO2, enxofre, etc. Só que o gás resultante não é lançado na atmosfera, causando efeito estufa, mas é enviado para instalações especiais de geração de gás (cogeração) que produzem energia elétrica e térmica.

biogás - gás combustível , formado durante a digestão anaeróbica de metano da biomassa e consistindo principalmente de metano (55-75%), dióxido de carbono (25-45%) e impurezas de sulfeto de hidrogênio, amônia, óxidos de nitrogênio e outros (menos de 1%).

A decomposição da biomassa ocorre como resultado de processos químicos e físicos e da atividade simbiótica dos 3 principais grupos de bactérias, enquanto os produtos metabólicos de alguns grupos de bactérias são produtos alimentares de outros grupos, em uma determinada sequência.

O primeiro grupo - bactérias hidrolíticas, o segundo - formador de ácido, o terceiro - formador de metano.

Como matéria-prima para a produção de biogás pode ser utilizado como agroindustrial orgânico ou lixo doméstico e materiais vegetais.

Os tipos mais comuns de resíduos do complexo agroindustrial utilizados para a produção de biogás são:

estrume de suínos e bovinos, excrementos de aves;
sobras da mesa de alimentação dos complexos pecuários;
copas de hortaliças;
cultura precária de cereais e hortaliças, beterraba açucareira, milho;
polpa e melaço;
farinha, pellet, grãos finos, embriões;
grãos de cerveja, brotos de malte, lodo proteico;
resíduos da produção de melaço de amido;
bagaço de frutas e legumes;
sérum;
etc.

Fonte de matéria-prima	Tipo de matéria-prima	Quantidade de matérias-primas por ano, m3 (toneladas)	Quantidade de biogás, m3
1 vaca leiteira	Estrume líquido sem cama
1 porco de engorda	Estrume líquido sem cama
1 touro de engorda	cama esterco sólido
1 cavalo	cama esterco sólido
100 galinhas	Cama seca
1 ha de terra cultivável	silagem de milho fresco
1 ha de terra cultivável	beterraba sacarina
1 ha de terra cultivável	Silagem de grãos frescos
1 ha de terra cultivável	Silagem de capim fresco

O número de substratos (tipos de resíduos) utilizados para produção de biogás dentro de uma usina de biogás (UBG) pode variar de um a dez ou mais.

Os projetos de biogás no setor agroindustrial podem ser realizados de acordo com uma das seguintes opções:

produção de biogás a partir de resíduos de uma empresa individual (por exemplo, esterco de uma fazenda de gado, bagaço de uma usina de açúcar, vinhaça de uma destilaria);
produção de biogás com base em resíduos de diferentes empresas, com a vinculação do projeto a uma empresa separada ou a uma planta centralizada de biogás localizada separadamente;
produção de biogás com o uso predominante de usinas de energia em usinas de biogás localizadas separadamente.

A forma mais comum de aproveitamento energético do biogás é a combustão em motores a pistão a gás como parte de uma mini-cogeração, com produção de eletricidade e calor.

Existir várias opções para esquemas tecnológicos de estações de biogás- em função dos tipos e número de tipos de suportes utilizados. A utilização de preparações preliminares, em vários casos, permite aumentar a taxa e o grau de decomposição de matérias-primas em biorreatores e, conseqüentemente, aumentar o rendimento total de biogás. No caso de usar vários substratos que diferem em propriedades, por exemplo, líquido e lixo sólido, sua acumulação, preparação preliminar (separação em frações, trituração, aquecimento, homogeneização, tratamento bioquímico ou biológico, etc.) é realizada separadamente, após o que são misturados antes de serem alimentados em biorreatores ou são alimentados em fluxos separados.

Os principais elementos estruturais de um layout típico de usina de biogás são:

sistema de recepção e preparação prévia de substratos;
um sistema de transporte de substratos dentro da instalação;
biorreatores (fermentadores) com sistema de mistura;
sistema de aquecimento do biorreator;
sistema de remoção e purificação de biogás de impurezas de sulfeto de hidrogênio e umidade;
tanques de armazenamento de massa fermentada e biogás;
sistema de controle de programas e automação de processos tecnológicos.

Os esquemas tecnológicos da BSU são diferentes dependendo do tipo e número de substratos processados, do tipo e qualidade dos produtos finais alvo, de um ou outro "know-how" usado da empresa fornecedora solução tecnológica, e uma série de outros fatores. Os mais comuns hoje são os esquemas com fermentação em estágio único de vários tipos de substratos, um dos quais geralmente é o esterco.

Com o desenvolvimento das tecnologias de biogás, as soluções técnicas aplicadas tornam-se mais complicadas para esquemas de dois estágios, o que em alguns casos é justificado pela necessidade tecnológica. processamento eficiente certos tipos de substratos e um aumento na eficiência geral do uso do volume de trabalho dos biorreatores.

Característica da produção de biogásé que ele só pode ser produzido por bactérias do metano a partir de substâncias orgânicas absolutamente secas. Portanto, a tarefa da primeira etapa da produção é criar uma mistura de substrato com alto teor de matéria orgânica e, ao mesmo tempo, ser bombeada. Este é um substrato com um teor de sólidos de 10-12%. A solução é obtida separando o excesso de umidade usando separadores de parafuso.

O estrume líquido entra no tanque das instalações de produção, é homogeneizado com um misturador submersível e é alimentado por uma bomba submersível para a oficina de separação para separadores de parafuso. A fração líquida é coletada em um tanque separado. A fração sólida é carregada no alimentador de matéria-prima sólida.

De acordo com o cronograma de carregamento do substrato no fermentador, de acordo com o programa desenvolvido, a bomba é ligada periodicamente, fornecendo a fração líquida ao fermentador, e ao mesmo tempo é ligado o carregador da matéria-prima sólida. Alternativamente, a fração líquida pode ser alimentada em um alimentador sólido com uma função de mistura e, em seguida, a mistura acabada é alimentada no fermentador de acordo com o programa de carregamento desenvolvido. Isso é feito para evitar entrada excessiva de substrato orgânico no fermentador, pois isso pode perturbar o equilíbrio de substâncias e causar desestabilização do processo no fermentador. Ao mesmo tempo, também são ligadas bombas que bombeiam o digerido do fermentador para o pós-fermentador e do pós-fermentador para o acumulador de digestato (lagoa), a fim de evitar o transbordamento do fermentador e do pós-fermentador.

As massas digeridas localizadas no fermentador e no pós-fermentador são misturadas para garantir uma distribuição uniforme de bactérias ao longo do volume dos recipientes. Para misturar, são utilizados misturadores de baixa velocidade de design especial.

No processo de encontrar o substrato no fermentador, as bactérias liberam até 80% do total de biogás produzido pela usina de biogás. O restante do biogás é liberado no condicionador.

Um papel importante na garantia de uma quantidade estável de biogás liberado é desempenhado pela temperatura do líquido dentro do fermentador e pós-fermentador. Via de regra, o processo ocorre no modo mesófilo com uma temperatura de 41-43°C. A manutenção de uma temperatura estável é alcançada usando aquecedores tubulares especiais dentro dos fermentadores e fermentadores, bem como isolamento térmico confiável de paredes e tubulações. O biogás que sai do digerido tem um alto teor de enxofre. A purificação do biogás a partir do enxofre é realizada com a ajuda de bactérias especiais que habitam a superfície do isolamento colocado sobre uma abóbada de vigas de madeira dentro dos fermentadores e pós-fermentadores.

A acumulação de biogás é realizada em um recipiente de gás, que é formado entre a superfície do digerido e o material elástico de alta resistência que cobre o fermentador e o fermentador por cima. O material tem a capacidade de esticar fortemente (sem reduzir a resistência), o que aumenta significativamente a capacidade do tanque de gás com o acúmulo de biogás. Para evitar transbordamento do tanque de gás e rompimento do material, existe uma válvula de segurança.

O biogás então entra na planta de cogeração. Uma usina de cogeração (CHP) é uma unidade na qual a energia elétrica é gerada por geradores acionados por motores de pistão a gás movidos a biogás. Os cogeradores movidos a biogás apresentam diferenças estruturais em relação aos motores geradores a gás convencionais, uma vez que o biogás é um combustível muito empobrecido. A energia elétrica gerada pelos geradores alimenta os equipamentos elétricos da própria usina de biogás, e o que sobra é liberado para os consumidores próximos. A energia do líquido utilizado para resfriar os cogeradores é a energia térmica gerada menos as perdas nos aparelhos das caldeiras. A energia térmica gerada é parcialmente utilizada para aquecer fermentadores e pós-fermentadores, e o restante também é enviado para consumidores próximos. vai para

pode instalar equipamento opcional para a purificação do biogás ao nível do gás natural, no entanto, esse equipamento é caro e é usado apenas se o objetivo da usina de biogás não for a produção de calor e eletricidade, mas a produção de combustível para motores a pistão a gás. As tecnologias de tratamento de biogás comprovadas e mais comumente usadas são absorção de água, adsorção de suporte pressurizado, precipitação química e separação por membrana.

A eficiência energética da operação da usina de biogás depende muito da tecnologia escolhida, materiais e design das estruturas principais e das condições climáticas na área de sua localização. O consumo médio de energia térmica para aquecimento de biorreatores em zona climática igual a 15-30% da energia gerada pelos cogeradores (bruta).

A eficiência energética geral de um complexo de biogás com CHP acionado por biogás é de 75 a 80% em média. Numa situação em que todo o calor recebido de uma central de cogeração na produção de eletricidade não pode ser consumido (situação comum devido à falta de consumidores externos de calor), este é descarregado para a atmosfera. Nesse caso, a eficiência energética de uma usina termelétrica a biogás é de apenas 35% da energia total do biogás.

Os principais indicadores de desempenho das usinas de biogás podem variar significativamente, o que é determinado em grande parte pelos substratos utilizados, pelas normas tecnológicas adotadas, pelas práticas operacionais e pelas tarefas realizadas por cada instalação individual.

O processo de processamento de estrume não é superior a 40 dias. O digerido obtido como resultado do processamento é inodoro e é um excelente fertilizante orgânico, no qual foi alcançado o maior grau de mineralização. nutrientes absorvido pelas plantas.

O digerido é geralmente separado em frações líquidas e sólidas usando separadores de parafuso. A fração líquida é enviada para as lagoas, onde fica acumulada até o período de aplicação no solo. A fração sólida também é utilizada como fertilizante. Se secagem, granulação e embalagem adicionais forem aplicadas à fração sólida, ela será adequada para armazenamento a longo prazo e transporte por longas distâncias.

Produção e uso de energia de biogás tem uma série de vantagens razoáveis e confirmadas pela prática mundial, a saber:

Fonte de energia renovável (FER). A biomassa renovável é usada para produzir biogás.
Uma ampla gama de matérias-primas utilizadas para a produção de biogás possibilita a construção de usinas de biogás praticamente em todos os lugares em áreas de concentração de produção agrícola e indústrias tecnologicamente relacionadas.
A versatilidade dos métodos de aproveitamento energético do biogás quer para a produção de energia elétrica e/ou térmica no local da sua formação, quer em qualquer instalação ligada à rede de transporte de gás (no caso de fornecimento de biogás purificado a esta rede), bem como como combustível para carros.
A estabilidade da produção de eletricidade a partir do biogás ao longo do ano permite cobrir os picos de carga da rede, inclusive no caso de uso de fontes de energia renováveis instáveis, como usinas solares e eólicas.
Criação de empregos através da formação de uma cadeia de mercado desde os fornecedores de biomassa até o pessoal operacional das instalações de energia.
Reduzindo o impacto negativo sobre ambiente através do processamento e neutralização de resíduos através da digestão controlada em reatores de biogás. As tecnologias de biogás são uma das principais e mais racionais formas de neutralizar os resíduos orgânicos. Os projetos de biogás ajudam a reduzir as emissões de gases de efeito estufa na atmosfera.
O efeito agrotécnico da utilização da massa fermentada em reactores de biogás nos campos agrícolas manifesta-se na melhoria da estrutura dos solos, regenerando e aumentando a sua fertilidade devido à introdução de nutrientes de origem orgânica. O desenvolvimento do mercado de fertilizantes orgânicos, incluindo os da massa processada em reatores de biogás, contribuirá no futuro para o desenvolvimento do mercado de produtos ecologicamente corretos Agricultura e melhorar a sua competitividade.

Custos estimados de investimento unitário

BSU 75 kWel. ~ 9.000€/kWh.

BSU 150 kWel. ~ 6.500€/kWh.

BSU 250 kWel. ~ 6.000€/kWh.

BSU é de 500 kWel. ~ 4.500€/kWh.

BGU 1 MWtel. ~ 3.500€/kWh.

A energia elétrica e térmica gerada pode suprir não só as necessidades do complexo, mas também a infraestrutura adjacente. Além disso, as matérias-primas para usinas de biogás são gratuitas, o que garante alta eficiência econômica após o término do período de retorno (4-7 anos). O custo da energia gerada na BSU não aumenta com o tempo, pelo contrário, diminui.

A produção de biogás em casa permitirá que você economize no consumo doméstico de gás e obtenha fertilizante de ervas daninhas. Este artigo de instrução mostra como uma pessoa comum pode usar ações simples faça um sistema eficiente para extrair biogás de ervas daninhas com suas próprias mãos.

Esta simples instrução passo a passo foi sugerida pelo indiano Antoni Raj. Ele experimentou por muito tempo a produção de energia a partir da digestão anaeróbica de ervas daninhas. E aqui está o que saiu disso.

Passo 1: Selecionamos um recipiente para o biogerador.

A digestão anaeróbica (segundo a definição) é um conjunto de processos, em que os microorganismos, na ausência de oxigênio, destroem completamente o biomaterial, liberando biogás.

Para começar, enchemos o biogerador com ervas daninhas trituradas. Ao mesmo tempo, coletaremos informações sobre as quantidades de biogás liberadas como resultado da fermentação e a quantidade de energia.
Você pode ler sobre o próprio biogerador Anthony.

Passo 2: Recolha de ervas daninhas

A capacidade do tanque de fermentação é de 750 litros. Vamos deixar 50 litros de reserva. Cultivamos 2,5 kg de ervas daninhas recém-colhidas com água suficiente para obter 20 litros de "biomaterial" diluído. A mistura deve fermentar por cerca de 35 dias. A água após a retirada do biomaterial sólido pode ser utilizada como adubo para as plantas do jardim. De 4 kg de ervas daninhas recém-colhidas, após o corte das raízes e galhos, pode-se obter cerca de 2,5 kg de material. A matéria-prima pode ser armazenada por até 3-4 dias.