что нужно для его получения, монтаж и запуск реактора, правила безопасности, рентабельность

Постоянное повышение стоимости традиционных энергоносителей подталкивает домашних мастеров на создание самодельного оборудования, позволяющего получать из отходов биогаз своими руками. При таком подходе к ведению хозяйства удается не только получить дешевую энергию для отопления дома и других нужд, но и наладить процесс утилизации органических отходов и получения бесплатных удобрений для последующего внесения в почву.

Излишки произведенного биогаза, как и удобрений, можно реализовать по рыночной стоимости заинтересованным потребителям, превратив в деньги то, что буквально «валяется под ногами». Крупные фермеры могут позволить себе купить готовые станции по выработке биогаза, собранные в заводских условиях. Стоимость такого оборудования довольно высока. Однако и отдача от его эксплуатации соответствует сделанным вложениям. Менее мощные установки, работающие по тому же принципу, можно собрать своими силами из доступных материалов и деталей.

Что такое биогаз и как он образуется

В результате переработки биомассы получается биогаз

Биогаз относят к экологически чистым видам топлива. По своим характеристикам биогах во многом сходится с природным газом, добываемым в промышленных масштабах. Представить технологию получения биогаза можно следующим образом:

• в специальной емкости, называемой биореактором, происходит процесс переработки биомассы с участием анаэробных бактерий в условиях безвоздушного брожения в течение определенного периода, длительность которого зависит от объема загруженного сырья;
• в результате происходит выделение смеси газов, состоящей на 60 % из метана, на 35 % — из углекислого газа, на 5 % — из других газообразных веществ, среди которых есть и сероводород в небольшом количестве;
• получаемый газ постоянно отводится из биореактора и после очистки отправляется на использование по назначению;
• переработанные отходы, ставшие высококачественными удобрениями, периодически удаляются из биореактора и вывозятся на поля.

Наглядная схема процесса выработки биотоплива

Чтобы производство биогаза наладить в домашних условиях в непрерывном режиме, надо владеть или иметь доступ к сельскохозяйственным и животноводческим предприятиям. Экономически выгодно заниматься получением биогаза только в том случае, если есть источник бесплатной поставки навоза и иных органических отходов животноводства.

Отопление газом по прежнему остаётся самым надёжным способом обогрева. Подробнее узнать об автономной газификации можно в следующем материале: https://aqua-rmnt.com/gazosnabzhenie/avtonomnoe-gazosnabzhenie-chastnogo-doma.html

Типы биореакторов

Установки для производства биогаза различаются по типу загрузки сырья, сбору полученного газа, размещению реактора относительно поверхности земли, материала изготовления. Бетон, кирпич и сталь являются наиболее подходящими материалами для строительства биореакторов.

По типу загрузки различают биоустановки, в которые загружается заданная порция сырья и проходит цикл переработки, а затем полностью выгружается. Выработка газа в этих установках нестабильна, зато в них можно загружать любые виды сырья. Как правило они имеют вертикальное расположение и занимают мало места.

В систему второго типа ежедневно подгружается порция органических отходов и выгружается равная ей по объему порция готовых ферментированных удобрений. В реакторе всегда остается рабочая смесь. Установка так называемой непрерывной загрузки стабильно вырабатывает больше биогаза и пользуется большой популярностью у фермеров. В основном эти реакторы расположены горизонтально и удобны при наличии свободного места на участке.

Выбранный тип сбора биогаза определяет конструктивные особенности реактора.

• баллонные системы состоят из резинового или пластикового термостойкого баллона, в котором совмещены реактор и газгольдер. Преимущества этого вида реакторов – простота конструкции, загрузки и выгрузки сырья, легкость очистки и транспортировки, малая стоимость. К минусам можно отнести небольшой срок службы, 2-5 лет, возможность повреждения в результате внешних воздействий. К баллонным реакторам относятся и установки канального типа, которые широко используются в Европе для переработки жидких отходов и сточных вод. Такой резиновый верх эффективен при высокой температуре окружающей среды и отсутствии риска повреждений баллона. У конструкции с фиксированным куполом полностью закрытый реактор и компенсирующая емкость для выгрузки шлама. Газ скапливается в куполе, при загрузке очередной порции сырья переработанная масса выталкивается в компенсационную емкость.
• Биосистемы с плавающим куполом состоят из монолитного биореактора, расположенного под землей и подвижного газгольдера, который плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и поднимается под действием давления газа. Преимуществом плавающего купола является легкость эксплуатации и возможность определения давления газа по высоте поднятия купола. Это отличное решение для крупной фермы.
• При выборе подземного или расположения установки над поверхностью, нужно учитывать уклон рельефа, что облегчает загрузку и выгрузку сырья, усиленную теплоизоляцию подземных конструкций, которая защищает биомассу от суточных колебаний температуры и делает процесс брожения более стабильным.

Конструкция может оснащаться дополнительными устройствами для подогрева и перемешивания сырья.

Рентабельно ли делать реактор и пользоваться биогазом

Строительство биогазовой установки преследует следующие цели:

• производство дешевой энергии;
• выработка легкоусваиваемых удобрений;
• экономия на подключении к дорогостоящей канализации;
• переработка отходов хозяйства;
• возможная прибыль от продажи газа;
• снижение интенсивности неприятного запаха и улучшение экологической обстановки на территории.

График рентабельности выработки и использования биогаза

Для оценки выгоды строительства биореактора рачительному хозяину следует учесть следующие аспекты:

• затраты на биоустановку относятся к долгосрочным капиталовложениям;
• самодельное биогазовое оборудование и установка реактора без привлечения сторонних специалистов обойдется гораздо дешевле, но и его эффективность ниже, чем у дорогого заводского;
• для поддержания стабильного давления газа, у фермера должен быть доступ к отходам животноводческого производства в достаточном количестве и на длительный срок. В случае высоких цен на электроэнергию и природный газ или отсутствие возможности газификации, использование установки становится не только выгодным, но и необходимым;
• для крупных хозяйств с собственной сырьевой базой, выгодным решением будет включение биореактора в систему теплиц и ферм КРС;
• для небольших ферм повысить эффективность можно путем монтажа нескольких небольших реакторов и загружать сырье в разные промежутки времени. Это позволит избежать перебоев с газом при недостатке исходного сырья.

Узнать о том, как обустроить отопление в частном доме без газа, можно здесь: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/alt_otoplenie/otoplenie-chastnogo-doma-bez-gaza.html

Как построить биореактор своими силами

Решение о строительстве принято, теперь нужно спроектировать установку и рассчитать необходимые материалы, инструменты и оборудование.

Важно! Стойкость к агрессивным кислым и щелочным средам – основное требование к материалу биореактора.

Если в наличии есть металлическая цистерна – ее можно использовать при условии защитного покрытия от коррозии. При выборе емкости из металла обратите внимание на наличие сварных швов и их прочность.

Прочный и удобный вариант – емкость из полимера. Этот материал не гниет и не ржавеет. Прекрасно выдержит нагрузку бочка с толстыми жесткими стенками или армированная.

Самый дешевый способ – выкладка емкости из кирпича или камня, бетонных блоков. Для увеличения прочности стены армируют и покрывают внутри и снаружи многослойным гидроизоляционным и газонепроницаемым покрытием. Штукатурка должна содержать присадки, обеспечивающие заданные свойства. Наилучшая форма, которая позволит выдержать все нагрузки давления – овальная или цилиндрическая.

В основании этой емкости предусматривают наличие отверстия, через которое будет удаляться отработанное сырье. Данное отверстие должно плотно закрываться, ведь система эффективно работает лишь в герметичных условиях.

Расчёт необходимых инструментов и материалов

Для выкладки кирпичной емкости и устройства всей системы понадобятся следующие инструменты и материалы:

• ёмкость для замешивания цементного раствора или бетономешалка;
• дрель с насадкой миксер;
• щебень и песок для устройства дренажной подушки;
• лопата, рулетка, мастерок, шпатель;
• кирпич, цемент, вода, мелкофракционный песок, арматура, пластификатор и другие необходимые присадки;
• сварочный аппарат и крепеж для монтажа металлических труб и комплектующих;
• водяной фильтр и ёмкость с металлической стружкой для очистки газа;
• баллоны от шин или стандартные пропановые баллоны для хранения газа.

Размер бетонного резервуара определяется из количества органических отходов, появляющихся ежесуточно в частном подворье или фермерском хозяйстве. Полноценная работа биореактора возможно в случае его заполнения на две трети от имеющегося объема.

Определим объем реактора для небольшого частного хозяйства: если в наличии есть 5 коров, 10 свиней и 40 кур, то за сутки их жизнедеятельности образуется помета 5 х 55 кг + 10 х 4,5 кг + 40 х 0,17 кг = 275 кг + 45 кг + 6,8 кг = 326,8 кг. Чтобы довести куриный помет до необходимой влажности 85% необходимо долить 5 литров воды. Общая масса = 331,8 кг.  Для переработки за 20 дней необходимо: 331,8 кг х 20 = 6636 кг — около 7 кубов только под субстрат. Это две трети нужного объема. Чтобы получить результат, нужно 7х1,5= 10,5 куб. Полученная величина и есть необходимый объём биореактора.

Помните, что добыть большое количество биогаза в маленьких емкостях не получится. Выход напрямую зависит от массы перерабатываемых в реакторе органических отходов. Так, чтобы получить 100 кубических метров биогаза, надо переработать тонну органических отходов.

Подготовка места для устройства биореактора

Для получения бесплатного биотоплива на участке необходимо выбрать место для строительства армированной бетонной емкости, которая будет служить биореактором.

Оптимальное расположение выбирают вдали от жилых помещений, мест размещения животных. Склад хранения сырья может быть недалеко. Следует учесть уровень грунтовых вод и удобство загрузки и выгрузки биомасс. Желательно место для подвоза сырья.

Экономичным размещением емкости реактора является строительство его ниже уровня земли. Уклон рельефа также очень удобен. Это удешевит теплоизоляцию и облегчит загрузку органического субстрата.

Надежность конструкции и долговечность работы реактора напрямую зависит от подготовки дна и стенок ямы для емкости. Укрепление стен и их герметизацию производят с помощью пластика, бетона, используют полимерные кольца. Важно и тщательное утепление. В качестве дешевого утеплителя используют солому, глину, сухой навоз и шлак, подручные материалы.

Сборка и монтаж установки

Для экономии бюджета оптимально смонтировать простую и надёжную конструкцию без наворотов, а потом, в процессе эксплуатации и при появлении финансовых возможностей, добавлять дополнительные элементы для подогрева, автоматизации, управления.

Наглядная схема устройства биореактора

Пошаговая инструкция по сборке и установке биореактора поможет смонтировать установку своими силами.

1. Выкопать котлован, на дно насыпать выравнивающий слой песка, проложить весь котлован ПВХ пленкой, затем насыпать теплоизоляционный слой керамзита, соломы, выровнять в горизонт. Смонтировать трубы для загрузки и выгрузки субстрата. Диаметр труб для сырья должен иметь диаметр не менее 300 мм, иначе они забьются.
2. Выложить кирпичную емкость или установить готовую. Утеплить боковые стенки реактора, обмазав глиной и соломой в несколько слоёв или применив современные утеплители, например, пенополистирол, вспененный пенополиуретан.
3. Сделать систему газового дренажа, состоящую из вертикальных труб с многочисленными отверстиями по корпусу. Такая система заменит мешалки.
4. Накрыть внешний слой загруженного биосырья специальной пленкой для создания небольшого избыточного давления и скапливания биогаза под куполом. Установить купол, который должен быть герметичным и газоотводящую трубу наверху, фильтры для очистки герметичный люк, гидрозатвор. Газ накапливается и хранится в специальных мешках-газгольдерах.

Запуск биореактора

1. Для эффективной работы биореактора необходима его загрузка сырьем на 2/3 объема, необходимая для работы бактерий температура, поэтому бункер для подачи биомассы следует расположить на солнечной стороне, чтобы он прогревался.
2. Загрузку нового и вывод отработанного органического субстрата дешевле и легче проводить по принципу перелива, т.е. подъем уровня органики внутри реактора при вводе новой порции выведет через трубу выгрузки субстрат в объеме, равном объему вводимого материала.
3. Загрузить партию бактерий. При необходимости подогреть.

Правильный отвод газа из биореактора

Получаемый в процессе брожения органики газ отводят через специальное отверстие, предусмотренное в конструкции верхней части крышки, которой плотно закрывают резервуар. Чтобы исключить вероятность смешивания биогаза с воздухом, надо обеспечить его отвод через водяной затвор (гидрозатвор).

Контролировать давление газовой смеси внутри биореактора можно с помощью крышки, которая должна при избытке газа приподниматься, то есть играть роль спускового клапана. В качестве противовеса можно использовать обычную гирю. Если давление в норме, то выработанный газ будет поступать по отводящей трубе в газгольдер, по пути подвергаясь очистке в воде.

Получаемый газ отводят через специальное отверстие, расположенное в конструкции крышки

Правила эксплуатации и безопасности

Постоянная подгрузка очередных партий и выгрузка готовых удобрений, контроль условий брожения, обеспечат правильную работу биогазовой установки.

Специализированные фирмы продают партии ферментирующих органику бактерий для выработки биогаза.

Существуют мезофильные, термофильные и психрофильные бактерии. Полная ферментация органики с участием термофильных бактерий произойдет за 12 дней. Мезофильные бактерии работают медленнее, они переработают сырье за 20 дней.

Биомассу в реакторе нужно перемешивать как минимум два раза в день, иначе на поверхности образуется корка, препятствующая свободному выходу биогаза. В холодное время года реактор следует подогревать, поддерживая оптимальную температуру для наибольшей выработки продукта.

Изготовить камин для квартиры на экологически чистом топливе не составляет труда при наличии должного желания и соответствующих инструкций. Подробности: https://aqua-rmnt.com/otoplenie/biokamin-svoimi-rukami.html

Органическая смесь, загружаемая в реактор не должна содержать антисептиков, моющих средств, химических веществ, вредных для жизнедеятельности бактерий и замедляющих выработку биогаза.

Важно! Биогаз является воспламеняющимся и взрывоопасным.

Для правильной работы биореактора необходимо соблюдать те же правила, что и для любых газовых установок. Если оборудование герметично, биогаз своевременно отводится в газгольдер, то проблем не возникнет.

Если же давление газа превысит норму или будет травить при нарушении герметичности, возникает риск взрыва, поэтому рекомендуется установить датчики температуры и давления в реакторе. Вдыхание биогаза также опасно для здоровья человека.

Как обеспечить активность биомассы

Ускорить процесс брожения биомассы можно с помощью ее подогрева. Как правило, в южных регионах такой проблемы не возникает. Температуры окружающего воздуха хватает для естественной активации процессов брожения. В регионах с суровыми климатическими условиями в зимнее время без подогрева вообще невозможна эксплуатация установки по производству биогаза. Ведь процесс брожения запускается при температуре, превышающей отметку в 38 градусов по Цельсию.

Организовать подогрев резервуара с биомассой можно несколькими способами:

• подключить к системе отопления змеевик, расположенный под реактором;
• установить в основании емкости электрические нагревательные элементы;
• обеспечить прямой нагрев резервуара путем использования электрических отопительных приборов.

Бактерии, влияющие на выработку метана, находятся в спящем состоянии в самом сырье. Их активность повышается при определенном уровне температуры. Обеспечить нормальное течение процесса позволит установка автоматизированной системы подогрева.  Автоматика включит обогревательное оборудование при поступлении в биореактор очередной холодной партии, а затем выключит, когда биомасса прогреется до заданного уровня температуры.

Подобные системы контроля температуры устанавливаются в водогрейных котлах, поэтому их можно приобрести в магазинах, специализирующихся на продаже газового оборудования.

На схеме показан весь цикл, начиная от загрузки твердого и жидкого сырья, и заканчивая отводом биогаза к потребителям

Важно заметить, что активизировать выработку биогаза в домашних условиях можно с помощью перемешивания биомассы в реакторе. Для этого изготавливают устройство, конструктивно похожее на бытовой миксер. Привести устройство в движение может вал, который выводят через отверстие, расположенное в крышке или стенках резервуара.

Какие специальные разрешения требуются на установку и использование биогаза

Чтобы построить и эксплуатировать биореактор, а также использовать полученный газ, нужно еще на стадии проектирования озаботиться получением необходимых разрешений. Согласование нужно пройти с газовой службой, пожарниками и Ростехнадзором. В целом правила установки и эксплуатации аналогичны правилам пользования обычным газовым оборудованием. Строительство должно производиться строго по СНИПам, все трубопроводы должны быть желтого цвета и иметь соответствующую маркировку. Готовые системы, изготовленные на заводе, стоят в разы дороже, но имеют все сопроводительные документы, соответствуют всем техническим требованиям. Производители дают на оборудование гарантию и производят обслуживание и ремонт своей продукции.

Самодельная установка для получения биогаза может позволить экономить на оплате энергоносителей, занимающих большую долю в определении себестоимости сельскохозяйственной продукции. Снижение расходов на выпуск продукции скажется на увеличении рентабельности фермерского хозяйства или частного подворья. Теперь, когда вы знаете, как получить из имеющихся отходов биогаз, остается лишь реализовать идею на практике. Многие фермеры уже давно научились из навоза делать деньги.

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Биогазовая установка для частного дома своими руками

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Содержание статьи:

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

При желании каждый владелец дома может приобрести биогазовую установку промышленного изготовления, но это дорого, а окупаются вложения в течение 7-10 лет. Поэтому имеет смысл приложить усилия и сделать биореактор своими руками

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

• в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
• в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
• смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
• газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
• разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Биогазовые установки идеально подходят для фермерских хозяйств. Отходы жизнедеятельности животных способны дать достаточно газа для полноценного обогрева жилых помещений и хозяйственных построек

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

В идеале биореактор должен подогреваться. Каждые 10 градусов тепла увеличивают выработку газа вдвое. Хотя обустройство подогрева требует вложений, это окупается большей эффективностью конструкции

Самодельное , собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Преимущества и недостатки системы

Биогазовые установки имеют немало преимуществ, но и недостатков хватает, поэтому перед началом проектирования и строительства следует все взвесить:

• Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
• Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
• Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
• Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
• Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
• Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
• Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.

У биогаза есть и недостатки. Хотя это относительно чистое топливо, оно все же загрязняет атмосферу. Также могут возникать проблемы с поставками растительной биомассы.

Безответственные владельцы установок нередко заготавливают ее так, что истощают землю и нарушают экологический баланс.

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

Галерея изображений

Фото из

Устройство биореактора из утепленной пластиковой емкости

Удобный транспорт для перевозки субстрата

Компактная установка промышленного производства

Биогазовая установка на молочной ферме

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

• дрова – 3.5 кг;
• уголь – 1-2 кг;
• электричество – 9-10 кВт/ч.

Если знать примерный вес сельскохозяйственных отходов, которые будут доступны в течение ближайших лет, и количество необходимой энергии, можно просчитать рентабельность биогазовой установки.

Один из главных недостатков добычи биогаза – запах. Возможность использования небольших компостных куч – это большой плюс, но придется терпеть неудобства и тщательно контролировать процесс, чтобы не спровоцировать распространение болезнетворных микроорганизмов

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

• навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
• органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
• подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Расчет субстрата сделан для одной закладки на полгода, если исходить из умеренного потребления газа. Примерно через 10-15 дней процесс ферментации даст первые результаты: газ появится в небольших количествах и начнет заполнять хранилище. Через 30 дней можно ожидать полноценной выработки топлива.

Оборудование для производства биогаза пока еще не особенно распространено в нашей стране. Во многом это связано с плохой информированностью людей о преимуществах и особенностях работы биогазовых систем. В Китае и Индии многие небольшие фермерские хозяйства оборудованы кустарными установками для получения дополнительного чистого топлива

Если установка работает правильно, объем биогаза постепенно будет увеличиваться, пока субстрат не перегниет. Производительность конструкции напрямую зависит от скорости брожения биомассы, которая в свою очередь связана с температурой и влажностью субстрата.

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

В дорогих конструкциях промышленного производства предусмотрены системы перемешивания биомассы, автоматического подогрева, очистки газа и т.д. Бытовое оборудование не так сложно. Лучше собрать простую установку, а потом добавить элементы, в которых возникнет необходимость

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Чтобы процесс ферментации протекал более-менее стабильно, нужно добиться правильного температурного режима. Для этого биореактор устанавливают в земляной яме или заранее продумывают надежную теплоизоляцию. Постоянный подогрев субстрата можно обеспечить, если под основание ферментатора подвести трубу водяного отопления

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

От подготовки стен и днища биореактора зависит интенсивность брожения субстрата и выход газа, поэтому яму тщательно укрепляют, утепляют и герметизируют. Это самый сложный и трудоемкий этап работ

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные , в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

Для газового дренажа можно выбрать металлические или полимерные трубы. Первые прочнее, а вторые устойчивее к химическим воздействиям. Лучше отдать предпочтение полимерам, т.к. металл быстро проржавеет и сгниет

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к , без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте  .

Свободное пространство биореактора в какой-то мере выполняет функции хранилища газа, однако этого недостаточно для безопасной работы установки. Газ должен потребляться постоянно, иначе возможен взрыв от избыточного давления под куполом

Способы подогрева биореактора

Микроорганизмы, перерабатывающие субстрат, есть в биомассе постоянно, однако для их интенсивного размножения нужна температура 38 градусов и выше.

Для подогрева в холодный период можно использовать змеевик, подсоединенный к системе отопления дома, или электрические нагреватели. Первый способ экономически выгоднее, поэтому чаще используют именно его.

Биогазовую установку необязательно заглублять в землю, есть и другие варианты обустройства. Пример работы системы, собранной из бочек, приведен в видеоролике ниже.

Проще всего обустроить подогрев снизу, проложив трубу от системы отопления, но эффективность работы такого теплообменника относительно низка. Лучше обустроить внешний обогрев, в идеале – паром, чтобы биомасса не перегревалась

Выводы и полезное видео по теме

Хотя в сборке и обустройстве биогазового оборудования нет ничего сложного, нужно быть предельно внимательным к деталям. Ошибки недопустимы, т.к. могут привести к взрывам и разрушениям. Предлагаем видеоинструкции, которые помогут разобраться в устройстве установок, правильно их собрать и дополнить полезными приспособлениями для более удобного использования биогаза.

В видеоролике рассказано, как устроена и работает стандартная биогазовая установка:

Пример самодельной биогазовой установки. Видеоурок по обустройству системы своими руками:

Видеоинструкция по сборке биогазовой установки из бочки:

Описание процесса изготовления мешалок для субстрата:

Подробное описание работы самодельного газового хранилища:

Какой бы простой ни была биогазовая установка, выбранная для частного дома, не стоит на ней экономить. Если есть возможность, лучше купить разборный биореактор промышленного производства.

Если нет – изготовить из качественных и устойчивых материалов: полимеров, бетона или нержавеющей стали. Это позволит создать по-настоящему надежную и безопасную систему газоснабжения дома.

Появились вопросы по теме статьи, нашли недочеты или есть ценная информация, которой вы можете поделиться с нашими читателями? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом.

Биореакторы для получения биогаза своими руками

Биогазовая установка для дома позволит сэкономить затраты на энергетические ресурсы. Такой агрегат можно сделать самостоятельно.

Стоимость комплектующих достаточно доступная, а производимый газ можно будет применять в различных целях – отопление, приготовление пищи и т. д.

Краткое содержимое статьи:

Технология получения биогаза

Принцип работы биогазовой установки базируется на брожении биосубстрата. Он разлагается под воздействием гидролизных, метано- и кислотообразующих микроорганизмов. Вырабатывается горючий газ, содержащий высокий объем метана.

Газ фактически не уступает природному, использующемуся в быту и промышленности. Есть готовые установки. Но, их стоимость достаточно высока, срок окупаемости достигает 10 лет.

Для работы биогазовой установки можно применять доступное сырье – утилизируемые отходы. Они перерабатываются следующим образом:

• Сырье бродит под воздействием микроорганизмов.
• Выделяются горючие газы – метан, углекислота и прочие. Основной объем представлен метаном
• Газы проходят очистку и попадают газгольдер, в котором находятся до непосредственного применения.

Газ может применяться аналогично природному. Его можно использовать в качестве топлива для котлов, печей, газовых плит и т. д. Отработанное сырье нужно своевременно извлекать из установки. Отходы можно применять в качестве удобрения.

Рачительный хозяин мечтает о дешевых энергоресурсах, эффективной утилизации отходов и получении удобрений. Домашняя биогазовая установка своими руками – это недорогой способ воплощения мечты в реальность.

Самостоятельная сборка такого оборудования обойдется в разумные деньги, а вырабатываемый газ станет хорошим подспорьем в хозяйстве: его можно использовать для приготовления пищи, отопления дома и других нужд.

Давайте попробуем разобраться в специфике работы этого оборудования, его преимуществах и недостатках. А также в том, возможно ли самостоятельно построить биогазовую установку и будет ли она эффективна.

Специфика получения биогаза

Биогаз образуется в результате брожения биологического субстрата. Его разлагают гидролизные, кислото- и метанообразующие бактерии. Смесь вырабатываемых бактериями газов получается горючей, т.к. содержит большой процент метана.

По своим свойствам она практически не отличается от природного газа, который используется для промышленных и бытовых нужд.

Биогаз – экологически чистое топливо, а технология его получения не оказывает особого влияния на окружающую среду. Более того, в качестве сырья для биогаза используют отходы жизнедеятельности, которые нуждаются в утилизации.

Их помещают в биореактор, где происходит переработка:

• в течение некоторого времени биомасса подвергается воздействию бактерий. Срок брожения зависит от объема сырья;
• в результате деятельности анаэробных бактерий выделяется горючая смесь газов, в состав которой входят метан (60%), углекислый газ (35%) и некоторые другие газы (5%). Также при брожении в небольших количествах выделяется потенциально опасный сероводород. Он ядовит, поэтому крайне нежелательно, чтобы люди подвергались его воздействию;
• смесь газов из биореактора очищается и поступает в газгольдер, где хранится до момента использования по назначению;
• газ из газгольдера можно использовать точно так же, как природный. Он поступает к бытовым приборам – газовым печам, отопительным котлам и т.п.;
• разложившуюся биомассу необходимо регулярно удалять из ферментатора. Это дополнительные трудозатраты, однако усилия окупаются. После брожения сырье превращается в высококачественное удобрение, которое используют на полях и огородах.

Биогазовая установка выгодна для владельца частного дома только в том случае, если у него есть постоянный доступ к отходам животноводческих ферм. В среднем из 1 м.куб. субстрата можно получить 70-80 м.куб. биогаза, но выработка газа идет неравномерно и зависит от многих факторов, в т.ч. температуры биомассы. Это осложняет расчеты.

Чтобы процесс получения газа был стабильным и непрерывным, лучше всего строить несколько биогазовых установок, а субстрат в ферментаторы закладывать с разницей во времени. Такие установки работают параллельно, а сырье в них загружают последовательно.

Это гарантирует постоянную выработку газа, благодаря чему можно добиться его непрерывного поступления к бытовым приборам.

Самодельное биогазовое оборудование, собранное из подручных материалов, обходится гораздо дешевле установок промышленного производства. Его эффективность ниже, но вполне соответствует вложенным средствам. Если есть доступ к навозу и желание приложить собственные усилия для сборки и обслуживания конструкции, это очень выгодно.

Преимущества и недостатки системы

Биогазовые установки имеют немало преимуществ, но и недостатков хватает, поэтому перед началом проектирования и строительства следует все взвесить:

• Утилизация отходов. Благодаря биогазовой установке можно получить максимум пользы от мусора, от которого все равно пришлось бы избавляться. Эта утилизация менее опасна для окружающей среды, чем закапывание отходов.
• Возобновляемость сырья. Биомасса – это не уголь и не природный газ, добыча которых истощает запасы ресурсов. При ведении сельского хозяйства сырье появляется постоянно.
• Относительная небольшое количество СО2. При получении газа окружающая среда не загрязняется, а вот при его использовании в атмосферу выделяется небольшое количество двуокиси углерода. Оно не опасно и не способно критично изменить экологию, т.к. его поглощают растения в процессе роста.
• Умеренное выделение серы. При сгорании биогаза в атмосферу попадает небольшое количество серы. Это негативное явление, однако его масштабы познаются в сравнении: при сжигании природного газа загрязнение окружающей среды окислами серы гораздо больше.
• Стабильная работа. Производство биогаза более стабильно, чем работа солнечных батарей или ветряков. Если энергией солнца и ветра нельзя управлять, то биогазовые установки зависят от деятельности человека.
• Можно использовать несколько установок. Газ – это всегда риски. Чтобы снизить потенциальный ущерб в случае аварии, можно рассредоточить по участку несколько биогазовых установок. Если правильно спроектировать и собрать систему из нескольких ферментаторов, она будет работать стабильнее, чем один крупный биореактор.
• Выгоды для сельского хозяйства. Для получения биомассы высаживают некоторые виды растений. Можно выбрать такие, которые улучшают состояние грунта. Например, сорго снижает эрозию почвы, улучшает ее качество.

У биогаза есть и недостатки. Хотя это относительно чистое топливо, оно все же загрязняет атмосферу. Также могут возникать проблемы с поставками растительной биомассы.

Безответственные владельцы установок нередко заготавливают ее так, что истощают землю и нарушают экологический баланс.

Расчет рентабельности установки

В качестве сырья для производства биогаза обычно используют коровий навоз. Одна взрослая корова может дать его столько, чтобы обеспечить 1.5 м.куб. топлива; свинья – 0.2 м.куб.; курица или кроль (в зависимости от массы тела) – 0.01-0.02 м.куб. Чтобы понять, много это или мало, можно сравнить с более привычными видами ресурсов.

1 м.куб. биогаза обеспечивает такое же количество тепловой энергии, как:

• дрова – 3.5 кг;
• уголь – 1-2 кг;
• электричество – 9-10 кВт/ч.

Если знать примерный вес сельскохозяйственных отходов, которые будут доступны в течение ближайших лет, и количество необходимой энергии, можно просчитать рентабельность биогазовой установки.

Для закладки в биореактор готовят субстрат, в который входят несколько компонентов в таких пропорциях:

• навоз (лучше всего коровий или свиной) – 1.5 т;
• органические отходы (это могут быть перегнившие листья или другие компоненты растительного происхождения) – 3.5 т;
• подогретая до 35 градусов вода (количество теплой воды рассчитывают так, чтобы ее масса составляла 65-75% от общего количества органики).

Расчет субстрата сделан для одной закладки на полгода, если исходить из умеренного потребления газа. Примерно через 10-15 дней процесс ферментации даст первые результаты: газ появится в небольших количествах и начнет заполнять хранилище. Через 30 дней можно ожидать полноценной выработки топлива.

Если установка работает правильно, объем биогаза постепенно будет увеличиваться, пока субстрат не перегниет. Производительность конструкции напрямую зависит от скорости брожения биомассы, которая в свою очередь связана с температурой и влажностью субстрата.

Инструкция по самостоятельному строительству

Если нет опыта в сборке сложных систем, имеет смысл подобрать в сети или разработать самый простой чертеж биогазовой установки для частного дома.

Чем проще конструкция, тем она надежнее и долговечнее. Позже, когда появятся навыки строительства и обращения с системой, можно будет переделать оборудование или смонтировать дополнительную установку.

При расчете объема ферментатора стоит ориентироваться на 5 м.куб. Такая установка позволяет получить количество газа, необходимое для обогрева частного дома площадью 50 м.кв., если в качестве источника тепла используют газовый котел или печь.

Это усредненный показатель, т.к. калорийность биогаза обычно не выше 6000 ккал/м.куб.

Строительство биогазовой установки можно разделить на несколько этапов.

Этап 1 – подготовка ямы под биореактор

Практически вся биогазовая установка находится под землей, поэтому многое зависит от того, как была вырыта и отделана яма. Есть несколько вариантов укрепления стенок и герметизации ямы – пластик, бетон, полимерные кольца.

Оптимальное решение – покупка готовых полимерных колец с глухим дном. Они обойдутся дороже подручных материалов, зато не потребуется дополнительная герметизация. Полимеры чувствительны к механическим нагрузкам, зато не боятся влаги и химически агрессивных веществ. Они не подлежат ремонту, но при необходимости их легко будет заменить.

Этап 2 – обустройство газового дренажа

Покупка и монтаж специальных мешалок для биогазовых установок – дорогое удовольствие. Систему можно удешевить, обустроив газовый дренаж. Он представляет собой вертикально установленные полимерные канализационные трубы, в которых проделано множество отверстий.

При расчете длины труб дренажа следует ориентироваться на запланированную глубину заполнения биореактора. Верхние части труб должны быть выше этого уровня.

В готовый биореактор можно сразу загрузить субстрат. Его накрывают пленкой, чтобы выделяющийся в процессе ферментации газ находился под небольшим давлением. Когда будет готов купол, это обеспечит нормальную подачу биометана по отводящей трубе.

Этап 3 – монтаж купола и труб

Завершающий этап сборки простейшей биогазовой установки – это монтаж купольной верхней части. В самой высокой точке купола устанавливают газоотводящую трубу и протягивают ее к газгольдеру, без которого не обойтись.

Емкость биореактора закрывают плотной крышкой. Чтобы предотвратить смешивание биометана с воздухом, обустраивают гидрозатвор. Также он служит для очистки газа. Нужно предусмотреть спусковой клапан, который сработает, если давление в ферментаторе будет слишком высоким.

Более подробно отом, как сделать биогаз из навоза читайте в этом материале.

Способы подогрева биореактора

Микроорганизмы, перерабатывающие субстрат, есть в биомассе постоянно, однако для их интенсивного размножения нужна температура 38 градусов и выше.

Для подогрева в холодный период можно использовать змеевик, подсоединенный к системе отопления дома, или электрические нагреватели. Первый способ экономически выгоднее, поэтому чаще используют именно его.

Биогазовую установку необязательно заглублять в землю, есть и другие варианты обустройства. Пример работы системы, собранной из бочек, приведен в видеоролике ниже.

Выводы и полезное видео по теме

Хотя в сборке и обустройстве биогазового оборудования нет ничего сложного, нужно быть предельно внимательным к деталям. Ошибки недопустимы, т.к. могут привести к взрывам и разрушениям. Предлагаем видеоинструкции, которые помогут разобраться в устройстве установок, правильно их собрать и дополнить полезными приспособлениями для более удобного использования биогаза.

В видеоролике рассказано, как устроена и работает стандартная биогазовая установка:

Пример самодельной биогазовой установки. Видеоурок по обустройству системы своими руками:

Видеоинструкция по сборке биогазовой установки из бочки:

Описание процесса изготовления мешалок для субстрата:

Подробное описание работы самодельного газового хранилища:

Какой бы простой ни была биогазовая установка, выбранная для частного дома, не стоит на ней экономить. Если есть возможность, лучше купить разборный биореактор промышленного производства.

Если нет – изготовить из качественных и устойчивых материалов: полимеров, бетона или нержавеющей стали. Это позволит создать по-настоящему надежную и безопасную систему газоснабжения дома.

Появились вопросы по теме статьи, нашли недочеты или есть ценная информация, которой вы можете поделиться с нашими читателями? Пожалуйста, оставляйте свои комментарии, задавайте вопросы, делитесь опытом.

В статье о получении биогаза приводились теоретические основы производства газа метана из биомассы путем анаэробного сбраживания.

Была объяснена роль бактерий в поэтапном преобразовании органических веществ с описанием необходимых условий для наиболее интенсивного получения биогаза. В данной статье будут приведены практические реализации биогазовых установок, с описанием некоторых самодельных конструкций.

Поскольку цены на энергоносители растут, и у многих собственников животноводческих ферм и малых хозяйств существуют проблемы с утилизацией отходов, появились в продаже промышленные комплексы по производству биогаза и небольшие биогазовые установки для частного дома. Пользуясь поисковиками, пользователь сети Интернет сможет легко найти доступное готовое решение, чтобы биогазовая установка и цена на нее соответствовали запросам, выйти на связь с поставщиками оборудования и договориться о постройке биогазового генератора у себя дома или на хозяйстве.

Промышленный комплекс по производству биогаза

Биореактор – основа биогазовой установки

Емкость, в которой происходит анаэробное разложение биомассы, называют биореактором, ферментатором, или метантанком. Биореакторы бывают полностью герметичными, с фиксированным или плавающим куполом, имеющие конструкцию водолазного колокола. Колокольные психрофильные (не требующие подогрева) биореакторы имеют вид открытого резервуара с жидкой биомассой, в которую погружена емкость в виде цилиндра или колокола, где собирается биогаз.

Собравшийся биогаз оказывает давление на цилиндр, из-за чего тот приподнимается над резервуаром. Таким образом, колокол также выполняет функцию газгольдера – временного хранилища образовавшегося газа.

Биореактор с плавающим куполом

Недостатком колокольной конструкции биогазового реактора является невозможность перемешивания субстрата и его подогрева в холодные периоды года. Также негативным фактором является сильный запах, и антисанитария из-за открытой поверхности части субстрата.

К тому же, часть образовавшегося газа улетучится в атмосферу, загрязняя окружающую среду. Поэтому данные биореакторы используются лишь в кустарных биогазовых установках в бедных странах с жарким климатом.

Еще один пример биореактора с плавающим куполом

Ради предотвращения загрязнения окружающей среды и исключения неприятного запаха реакторы биогазовых установок для дома и больших производств имеют конструкцию с фиксированным куполом. Форма конструкции в процессе газообразования большого значения не имеет, но при использовании цилиндра с крышей в виде купола достигается значительная экономия строительных материалов. Биореакторы с фиксированным куполом снабжаются патрубками для добавления новых порций биомассы и отбора отработанного субстрата.

Разновидность биореактора с фиксированным куполом

Основные типы биогазовых установок

Поскольку наиболее приемлемой является конструкция с фиксированным куполом, то большинство готовых решений биореакторов имеют данный тип. В зависимости от способа загрузки биореакторы имеют различную конструкцию и подразделяются на:

• Порционные, с разовой загрузкой всей биомассы, и с последующей полной выгрузкой после отработки сырья. Основным недостатком данного типа биореакторов является неравномерность выделения газа в течение переработки субстрата;
• непрерывной загрузкой и выгрузкой сырья, благодаря чему достигается равномерное выделение биогаза. Благодаря конструкции биореактора во время загрузки и выгрузки не прекращается производство биогаза и не происходит утечек, так как патрубки, по которым осуществляется добавление и удаление биомассы, выполнены в виде гидрозатвора, предотвращающего вытекание газа.

Пример порционного биореактора

Порционные биогазовые реакторы могут иметь любую конструкцию, предотвращающую утечку газа. Так, например, в свое время в Австралии были популярны канальные метантанки с эластичным надувающимся сводом, где небольшое избыточное давление внутри биореактора надувало пузырь из прочного полипропилена. При достижении определенного уровня давления внутри биореактора, включался компрессор, откачивающий выработанный биогаз.

Канальные биореакторы с эластичным газгольдером

Тип брожения в данной биогазовой установке может быть мезофильным (со слабым подогревом). Из-за большой площади раздувающегося купола, канальные биореакторы могут устанавливаться только в отапливаемых помещениях, или в регионах с жарким климатом. Достоинством конструкции является отсутствие необходимости в промежуточном ресивере, но большим недостатком является уязвимость эластичного купола к механическим повреждениям.

Большой канальный биореактор с эластичным газгольдером

В последнее время набирают популярности порционные биореакторы с сухой ферментацией навоза без добавления воды в субстрат. Поскольку в навозе имеется своя влажность, ее будет достаточно для жизнедеятельности организмов, хотя интенсивность реакций уменьшится.

Биореакторы сухого типа имеют вид герметичного гаража с плотно закрывающимися дверьми. Биомасса загружается в реактор при помощи фронтального погрузчика и остается в таком состоянии до завершения полного цикла газообразования (примерно полгода), при этом не требуется добавления субстрата и его перемешивания.

Порционный биореактор с загрузкой через герметично закрывающуюся дверь

Биогазовая установка своими руками

Следует заметить, что у большинства биореакторов, как правило, герметичной является только зона газообразования, а жидкая биомасса на входе и выходе пребывает под атмосферным давлением. Избыточное давление внутри биореактора вытесняет часть жидкого субстрата в патрубки, из-за чего уровень биомассы в них несколько выше, чем внутри емкости.

Красными линиями на схеме указана разница уровней в биореакторе и патрубках

Данные конструкции самодельных биореакторов являются популярными среди народных мастеров, которые самостоятельно изготавливают биогазовые установки своими руками для дома, допускающие многоразовую ручную загрузку и выгрузку субстрата. При изготовлении биореакторов своими руками многие мастера ставят эксперименты с полностью герметичными емкостями, применяя в качестве газгольдера несколько резиновых камер от шин колес крупной автотехники.

Рисунок газгольдера, сделанного из тракторных камер

На видео ниже энтузиаст самодельного производства биогаза на примере бочек, заполненных птичьим пометом, доказывает возможность реального получения горючего газа в домашних условиях, перерабатывая в полезное удобрение отходы из птичника. Единственное, что можно добавить к конструкции, описанной в данном видеоролике, так это то, что нужно поставить манометр и предохранительный клапан на самодельный биореактор.

Расчеты продуктивности биореактора

Количество биогаза определяется массой и качеством используемого сырья. В сети интернет можно найти таблицы, где указано количество отходов, производимых различными животными, но хозяевам, которым приходится каждый день убирать навоз, данная теория ни к чему, так как они благодаря собственной практике знают количество и массу будущего субстрата. Исходя из наличия возобновляемых каждый день запасов сырья, можно рассчитать требуемый объем биореактора и ежедневное производство биогаза.

Таблица получения количества навоза от некоторых животным с приблизительным расчетом выхода биогаза

После произведенных расчетов и утвержденной конструкции биореактора можно приступить к его постройке. Материалом может служить железобетонная емкость, залитая в земле, или кирпичная кладка, герметизированная специальным покрытием, которым обрабатывают бассейны.

Также возможна постройка основной емкости домашней биогазовой установки из железа, покрытого антикоррозионным материалом. Малые промышленные биореакторы часто делают из химически стойких пластиковых резервуаров большого объема.

Строительство биореактора из кирпичной кладки

В промышленных биогазовых установках применяются электронные системы контроля и различные реактивы для коррекции химического состава субстрата и его уровня кислотности, а также добавляются в биомассу специальные вещества – энзимы и витамины, стимулирующие размножение и жизнедеятельность микроорганизмов внутри биореактора. В процессе развития микробиологии создаются все более устойчивые и эффективные штаммы бактерий метаногенов, которые можно приобрести у занимающихся производством биогаза фирм.

Из графика видно, что с применением энзимов максимальный выход биогаза наступает в два раза быстрее

Необходимость в откачивании и очистке биогаза

Постоянная выработка газа в биореакторе любой конструкции приводит к необходимости откачивания биогаза. Некоторые примитивные биогазовые установки могут сжигать полученный газ прямо в горелке, установленной неподалеку, но нестабильность избыточного давления в биореакторе может привести к исчезновению пламени с последующим выбросом ядовитого газа. Применение такой примитивной биогазовой установки, подключенной к плите категорически недопустимо из-за возможности отравления ядовитыми компонентами неочищенного биогаза.

Пламя горелки при горении биогаза должно быть чистым, ровным и стабильным

Поэтому практически любая схема биогазовой установки включает в себя емкости для хранения газа и систему его очистки. В качестве самодельного комплекса очистки можно применить водяной фильтр, и самодельную емкость, наполненную металлической стружкой, или приобрести профессиональные системы фильтрации. Емкость для временного хранения биогаза может быть выполнена из камер от автошин, из которых газ время от времени откачивается компрессором в стандартные пропановые баллоны для хранения и последующего употребления.

В некоторых африканских странах для хранения и транспортировки биогаза используют надувные газгольдеры в виде подушки

Как альтернативу обязательному применению газгольдера можно воспринимать усовершенствованный биореактор с плавающим куполом. Усовершенствование состоит в добавлении концентрической перегородки, которая образует водяной карман, действующий наподобие гидрозатвора и не допускающий соприкосновения биомассы с воздухом. Давление внутри плавающего купола будет зависеть от его веса. Пропуская газ через систему очистки и редуктор, его можно использовать в бытовой плите, периодически стравливая из биореактора.

Биореактор с плавающим куполом и водяным карманом

Измельчение и перемешивание субстрата в биореакторе

Перемешивание биомассы является важной составляющей процесса образования биогаза, обеспечивая бактериям доступ к питательным веществам, которые могут сбиться в ком на дне биореактора. Чтобы частицы биомассы лучше перемешивались в биореакторе, их нужно измельчить механическим или ручным способом до загрузки в метантанк. В настоящий момент в промышленных и самодельных биогазовых установках применяются три способа перемешивания субстрата:

1. механические мешалки, приводимые в действие электродвигателем или вручную;
2. циркуляционное перемешивание при помощи насоса или гребного винта, перекачивающего субстрат внутри биореактора;
3. барботажное перемешивание при помощи продувки уже имеющимся биогазом жидкой биомассы. Недостатком данного способа является образование пены на поверхности субстрата.

Стрелкой указан перемешивающий циркуляционный винт в самодельном биореакторе

Механическое перемешивание субстрата внутри биореактора может осуществляться вручную, или автоматически, путем включения электродвигателя при помощи электронного таймера. Водоструйное или барботажное перемешивание биомассы может осуществляться только при помощи электродвигателей, управляемых вручную или при помощи программного алгоритма.

В данном биореакторе установлено механическое перемешивающее устройство

Подогрев субстрата в мезофильных и термофильных биогазовых установках

Оптимальной для газообразования является температура субстрата в пределах 35-50ºC. Для поддержания данной температуры в биореактор могут устанавливаться различные системы обогрева – водяные, паровые, электрические. Контроль температуры должен производиться при помощи термореле или термопар, подключенных к исполнительному механизму, регулирующему отопление биореактора.

Категорически запрещается подогревать биореактор открытым пламенем – в случае утечки биогаза возможен взрыв!

Также нужно помнить, что открытое пламя будет перегревать стенки биореактора, и внутри его биомасса будет пригорать. Пригоревший субстрат понизит теплоотдачу и качество подогрева, а раскаленная стенка биореактора будет быстро разрушаться. Одним из лучших вариантов является водяной подогрев из обратной трубы системы отопления дома. Нужно установить систему электрических вентилей для возможности отключения подогрева биореактора или подключения обогрева субстрата напрямую от котла, если будет слишком холодно.

Электрическая и водяная система обогрева биореактора

Подогрев субстрата в биореакторе при помощи ТЭНов будет выгоден лишь в случае наличия альтернативного электричества, получаемого от ветрогенератора или солнечных батарей. В данном случае ТЭНы могут быть подключены напрямую к генератору или батарее, что исключит из схемы дорогие преобразователи напряжения. Чтобы снизить потери тепла и уменьшить расходы на подогрев субстрата в биореакторе нужно его максимально утеплить с помощью различных утеплителей.

Утепление биореактора термоизоляционным материалом

Практические опыты, неизбежные при постройке биогазовых установок своими руками

Сколько бы литературы не прочитал начинающий энтузиаст самостоятельного производства биогаза, и сколько бы видеороликов не пересмотрел, на практике многое придется познавать самому, и результаты, как правило, будут далеки от расчетных.

Поэтому, многие начинающие мастера идут по пути самостоятельных экспериментов по получению биогаза, начиная с малых емкостей, определяя, сколько газа из имеющегося сырья дает его небольшая экспериментальная биогазовая установка. Цены на комплектующие, выход метана и будущие расходы на постройку полноценной рабочей биогазовой установки будут определять ее рентабельность и целесообразность.

В приведенном выше видеоролике мастер демонстрирует возможности своей биогазовой установки, засекая, сколько биогаза получится за одни сутки. В его случае, при закачке в ресивер компрессора восьми атмосфер, объем получившегося газа после перерасчетов с учетом объема емкости 24л будет около 0,2 м².

Данный объем биогаза, полученный из двухсотлитровой бочки, не является значительным, но, как показано в следующем видео этого мастера, такого количества газа хватит на час горения одной конфорки плиты (15 мин умножить на четыре атмосферы баллона, который в два раза больше ресивера).

В другом видеоролике ниже мастер рассказывает о получении биогаза и биологически чистых удобрений путем переработки в биогазовой установке органических отходов. Нужно иметь в виду, что ценность экологических удобрений может превысить стоимость полученного газа, и тогда биогаз станет полезным побочным продутом процесса изготовления качественных удобрений. Еще одним полезным свойством органического сырья является возможность его хранения некоторый период для использования в нужное время.

несложная задача для умелого мастера

В числе экологически чистых видов топлива, не причиняющих вреда окружающей среде, стоит выделить биогаз. Его характеристики идентичны природному газу, исчерпаемые запасы которого заставляют в срочном порядке искать альтернативные источники топливных ресурсов. Получить значительные объемы биогаза можно в биореакторе, конструкцию которого несложно собрать из подручных материалов с помощью простейшего набора инструментов. Результат — недорогое и эффективное отопление дома, мастерской или подсобного помещения в условиях отсутствия или низкого качества централизованной подачи тепловой энергии.

Особенности получения биогаза

Процесс получения биогаза можно описать следующим образом:

• В емкости биореактора происходит процесс переработки биомассы. Ее взаимодействие с анаэробными бактериями, живущими в условиях безвоздушного пространства, вызывает реакцию брожения. Длительность процесса зависит от количества сырья, что необходимо учитывать в процессе загрузки реактора.
• В ходе реакции выделяется газовая смесь, 60% которой составляет метан, 35% — углекислый газ и 5% — прочие примеси, включая сероводородные соединения. Чтобы накопление газа не вызвало разрыв емкости биореактора для переработки навоза, летучую смесь отводят по системе трубопроводов и направляют на сжигание для получения тепловой энергии.
• Отходы биомассы после выделения газовых соединений превращаются в полезные органические удобрения, которые можно без ограничений использовать для обогащения почвы.

Основным источником сырья для получения биогаза является навоз в смеси с органическими отходами и водой в соотношении 1:3:2. Поэтому желание собрать биореактор своими руками будет оправдано только при сотрудничестве с расположенными поблизости сельскохозяйственными и животноводческими предприятиями. Постоянные поставки значительных объемов навоза позволят наладить бесперебойное производство биогаза для отопления дома или иных нужд.

Конструктивные особенности биореактора

Основные элементы биореактора для производства биогаза — непосредственно емкость для переработки навоза, бункер с люком под загрузку сырья, гидрозатвор, труба для выгрузки переработанной биомассы и трубопровод для отвода газовой смеси. Сооружение подобной конструкции на дачном участке требует решения целого ряда вопросов:

• необходимо выбрать оптимальное место для бетонной емкости реактора;
• в основании должны быть герметичные отверстия для удаления переработанных отходов;
• размер реактора должен соответствовать желательным объемам выработки газа и соображениям безопасности. Интенсивная реакция в маленькой емкости станет причиной ее разрыва, тогда как выделение значительного пространства под небольшое количество сырья сделает работу конструкции малоэффективной.

Специалисты, занятые разработкой схем биореакторов, рекомендуют рассчитывать параметры модели из расчета ее оптимального заполнения — на две трети объема. Такое количество биомассы создаст необходимое давление для отвода газа и обеспечит переработку всего объема сырья. Практические опыты показывают: из тонны сырья можно получить до 100 кубометров биогаза.

Для более надежной установки емкость биореактора частично заглубляется в грунт, что позволяет снизить риск ее промерзания в зимнее время. Вместо железобетонной конструкции можно использовать металлическую бочку с прочными стенами достаточной толщины, изготовленную из химически стойкого сплава. Ниже приведена схема биореактора, сборка модели которого не составит труда даже для начинающих мастеров.

Проблема активности биомассы

Процесс брожения биомассы с последующим выделением газовой смеси происходит под воздействием жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов. Активизировать их работу можно путем нагрева емкости. Для запуска процесса брожения температура внутри биореактора должна составлять 38С. В южных регионах она достигается естественным путем за счет теплого климата. В северных широтах, где невозможен прогрев биомассы до указанного уровня, решением проблемы станет подогрев резервуара одним из следующих способов:

• с помощью змеевика;
• с применением электрических нагревателей;
• с использованием электрических отопительных приборов.

Добавлять культуру бактерий в биомассу нет необходимости. Микроорганизмы находятся в ней в спящем виде, и повышение температуры необходимо для их «пробуждения» и активизации. Оптимальным решением будет установка автоматической системы нагрева, которая будет самостоятельно включаться и выключаться, поддерживая температуру в емкости на заданном уровне при добавлении охлажденного сырья и в процессе интенсивного газовыделения. Приобрести комплект автоматики можно в салонах по продаже отопительного оборудования.

Дополнительным способом активизировать процесс разложения сырья можно путем перемешивания с помощью встроенного вала. Привод для его запуска выводится через крышку устройства и подключается к сети по мере загрузки новых партий смеси.

Проблема отвода газа

Проектируя биореакторы для получения биогаза своими руками, необходимо продумать вопрос отвода топлива. С учетом способности газовой смеси скапливаться под крышкой выходное отверстие делают в верхней части реактора, позаботившись о его герметичности после установки трубопровода. Чтобы сохранить концентрацию топлива и исключить его смешивание с воздухом, отвод осуществляется через гидрозатвор, вытесняющий из системы воздушные массы.

На случай интенсивного газообразования, чтобы исключить разрыв емкости, конструкцию крышки делают достаточно легкой. Это позволяет ей функционировать в качестве клапана, выпускающего избыточную газовую смесь. Чтобы крышка была плотно закрыта при нормальном уровне давления, и ценное топливо не просачивалось через щели, ее усиливают обычной гирей. Перед подключением реактора к системе трубопроводов отопления в него следует загрузить рекомендованное количество сырья и проследить за его переработкой, контролируя параметры давления и объем выделившейся газовой смеси.

Эффективность биогаза в сравнении с прочими видами топлива

Коровий навоз признан лучшим видом сырьевой смеси для биогаза. В сутки от одного животного можно получить количество сырья для выработки 1,5 кубометров топлива. Аналогичное количество свиного навоза дает лишь 0,2 кубометра, а кроличьего или куриного – 0,02 кубометра. Один кубометр биогаза дает столько же тепловой энергии, сколько 3,5 кг сухих дров, 1,5-2 кг угля, около 10 кВт/ч электричества.

Биореакторы для получения биогаза цена. Биогенератор – устройство, применение, затраты и окупаемость

Биогазовые установки

Биогазовые установки

 

Биогазовые установки LANDCO представляют собой прибыльное решение утилизации органических отходов для получения тепло- и электроэнергии, удобрений и чистой воды. 

 

Главные преимущества технологии LANDCO:

• Сокращение биогазового цикла и, соответственно, числа и объема биореакторов
• Использование российских комплектующих в соответствии с требованиями политики импортозамещения
• Возможность эффективной работы на стоках влажностью 98-99% позволяет решить проблему стоков свинокомлпексов и предприятий пищевой промышленности объемом свыше 500 м куб в сутки
• Возможность работы на птичьем помете и прочих технически сложных в обработке видах отходов в чистом виде
• Очистка переброженной массы в гранулированные NPK удобрения и чистую воду

 

 

	Технология LANDCO SA	Классическая технология
Биогазовый цикл	Использования биогазового цикла высокой интенсивности, сокращения цикла разложения сырья в биогаз и объема ферментеров	Длительный срок разложения сырья, в несколько раз больший объем биогазовых реакторов, высокие капзатраты
Возможность использования российских компонентов	Имеется в условиях снижения необходимого объема биореакторов	Не имеется . Значительные объем биоректоров требует использования дорогостоящих метериалов, например стали со стеклоэмалированным покрытием от зарубежный поставщиков
Возможность эффективной работы на стоках влажностью 98- 99%	Имеется. Использование запатентованной технологии с временем брожения 8-10 часов позволяет решить проблему очистки значительных объемов жидких органических отходов свинокомплексов и предприятий пищевой промышленности с высокой влажностью и значительно сократить объем ферментеров и размер капитальных затрат.	Неэффективно. Необходимость использования силоса, жома и дополнительных органических отходов для увеличения выхода биогаза, что увеличивает число и объем реакторов, требует создания хранилищ зеленой массы, увеличивает объем переброженной массы и сложность ее очистки
Очистка переброженной массы	Имеется. Отсутствие капитальных и операционных затрат на хранение, вывоз и внесение переброженного субстрата — основной статьи расходов биогазовых станций, нет необходимости создания лагун. Биогазовые установки LANDCO в первую очередь представляют собой центр полной переработки органических отходов с получением чистой воды и NPK удобрений -дополнительных источников выручки, компенсирующим все операционные расходы биогазовой станции	Не имеется. В процессе брожения в субстрате увеличивается содержания аммония, ведущего к образованию нитратов и нитритов. В результате применения традиционной биогазовой технологии из одного вида отходов образуется еще более опасный для экологии продукт — переброженный субстрат. Его переработка и соответствия процесса анаэробного сбраживания этим целям умышленно не принимаются в расчет, поскольку требует инвестиций на создание лагун и вывоз субстрата на поля.
Рентабельность	Окупаемость возможна на инвестиционном цикле за счет отказа от лагун и прочих традиционных способов очистки. Сочетание нескольких источников прибыли и не требует «зеленых» тарифов на электроэнергию и иных форм субсидирования	Окупаемость возможна только в условиях государственныхдотаций, при этом не решается проблема отходов.
Выводы	Технология LANDCO требует на порядок меньшего объема реакторов; полный цикл переработки переброженных в станции отходов отменяет необходимость использования лагун, а также обеспечивает дополнительный источник выручки от экспорта удобрений.	Традиционные технологии требуют значительных инвестиций на биореакторы большого объема, хранение силоса и жома, хранение и вывоз переброженного субстрата, при этом экологическая проблема не решается, потребность в традиционных системах очистки сохраняется.

Безотходная технология LANDCO и передовые инженерные решения обеспечивают сочетание нескольких источников выручки, благодаря чему инвестпроекты биогазовых станций не требуют субсидий и имеют срок окупаемости от 3 до 5 лет.

Биогазовая установка LANDCO, безусловно, имеет меньшую стоимость киловатта установленной мощности с традиционными решениями, но такое сравнение теряет смысл, поскольку установка представляет собой в первую очередь объект переработки отходов, который окупается только за счет экологической составляющей и предоставляет получение прочих источников выручки в качестве «бонуса».

Традиционные биогазовые технологии, напротив, являются исключительно дотационными энергетическими проектами, не решающими проблемы отходов. В процессе брожения в субстрате увеличивается содержания аммония, ведущего к образованию нитратов и нитритов. В итоге в результате применения традиционной биогазовой технологии из одного вида отходов образуется еще более опасный для экологии продукт. Этот продукт поставщики классических биогазовых станций предлагают называть биудобрением и хранить его в лагунах, после чего вывозить на поля. Применение традиционных биогазовых технологий требует огромных инвестиций на хранение и вывоз отходов, при этом экологическая проблема не решается. В ЕС под влиянием экологических проблем, рождаемых развитой сетью биогазовых станций, работающих на зеленой массе, а не на отходах АПК, с 2014 года были приняты поправки в законодательство об обходах, обязывающих собственников биогазовых станций заниматься реальной переработкой отходов, с получением чистой воды и комплексных микробиологических удобрений. Кроме того, специальных тарифов на электроэнергию лишились станции, работающие исключительно на зеленой массе.

 

Биогазовые установки LANDCO позволяют отказаться от следующих элементов классической технологии: 

 

 

biogas.su

Биогенераторная установка для производства биогаза

Переработка органических отходов с одновременным получением высококалорийного биогаза – перспективнейшее направление. Осуществляется данный процесс с помощью биогенераторной установки.

Использование полученного топлива

Сфера применения биогаза довольно широка, и в первую очередь биогенераторы представляют интерес для собственников фермерских хозяйств, а также для владельцев дачных участков – именно там много органических отходов, а значит, потенциального сырья.

На этом виде топлива прекрасно функционируют когенерационные электростанции – вырабатывающие и электричество, и тепло.

Кроме обогрева жилья, биогаз может использоваться для заправки автомобилей – к примеру, автогигант «Volvo» даже выпускает автобусы на таком топливе.

Использование биогенератора имеет массу преимуществ.

Главные достоинства:

• способствует улучшению санитарной обстановки в районе и экологической ситуации в целом;
• позволяет экономить средства на оплате энергоносителей за счет применения биогаза как топлива для собственной мини-электростанции;
• дает возможность получить достаточное количество безопасных в экологическом плане удобрений, благодаря деятельности анаэробных бактерий насыщенных азотом и фосфором и без патогенной флоры и семян сорняковых видов растений. Отказ от химических удобрений в свою очередь положительно влияет на качество грунтовых вод.

Принцип действия установки

Конструкции используются самые различные, однако процесс в них протекает один и тот же.

Органические отходы помещаются в специальный контейнер, где происходит естественный процесс разложения (благодаря жизнедеятельности бактерий) с выделением газовой смеси, более чем на 60 процентов состоящей из метана и на 25-35 процентов – из углекислого газа, а также незначительных примесей водорода и сероводорода.

Получение этого газа, аналогичного природному, – и есть главная цель использования биогенераторной установки. Также имеется «побочный» эффект – качественные и биологически чистые удобрения.

Чтобы процесс протекал быстрее, используются мешалки.

Важным условием для «работы» метановых бактерий является поддержание температурного режима – то есть, использование систем подогрева.

Промышленная биогазовая установка состоит из:

• стальной герметичной емкости. На поверхность стали наносится специальное покрытие;
• бункера – приемника биомассы;
• шнекового насоса – для перекачки сырья в емкость;
• подведенного водопровода – для придания биомассе необходимой консистенции с помощью воды;
• погружной мешалки с электроприводом;
• системы подогрева;
• поливинилхлоридного газольдера. В нем накапливается газовая смесь.

Как правило, биогенератор промышленного типа оснащается автоматической системой управления.

Биогенератор своими руками

Биореактор, изготовленный самостоятельно, может прослужить много лет. Основой для него чаще всего служит ПВХ-емкость, вкопанная в яму. В качестве материала для изготовления подойдет бетон, можно также просто выложить яму кирпичом – однако стоит принимать во внимание, что от герметичности будет зависеть производительность агрегата: для жизнедеятельности метановых бактерий нужно изолировать их от воздуха.

Установка накрывается куполом, вверху устанавливается газоотводящая трубка.

Сверху такое сооружение, в которое вручную загружается сырье – биомасса, накрывают изолирующей пленкой.

Компрессором накопившееся топливо можно перегнать в баллоны.

5 тонн отходов, подогретых змеевиком и без доступа кислорода, уже через несколько дней начнут давать газ – примерно по 30-40 кубометров в день, но это при обеспечении всех технологических условий, таких как температурно-влажностный режим, герметичность и другие.

На практике обеспечить требуемые условия непросто.

Сырье для производства биогаза

Биомасса – к примеру, сельскохозяйственные отходы – фактически бесплатное сырье для производства биогаза.

Естественно, стекло и пластик в этом случае бесполезны.

Отличным материалом является навоз, птичий помет, стебли растений, в том числе такой энергетической культуры, как силосной кукурузы, пищевые отходы, испорченное зерно, отходы бойни, рыбного цеха и пилорамы.

При этом самая насыщенная метаном смесь получается из переработки жира.

Допускается смешивание различных видов отходов – как животного, так и растительного происхождения.

Стоит ли овчинка выделки?

В Китае, странах Европы биогазовые установки применяются давно. Что же стало камнем преткновения для распространения биогенераторов в российских подворьях? Все дело в особенностях использования.

Кроме достаточного количества сырья, нужно учитывать климатические условия региона. Эффективная работа установки возможна в теплом климате, так как часть вырабатываемой энергии нужна для поддержки самого процесса гниения, и в холодное время года эта часть довольно значительна.

Впрочем, для более суровых условий возможно использование биогенератора специальной конструкции. Терморегуляция требует определенных затрат, поэтому нужны тщательные подсчеты расходов на обогрев, по результатам которых будет понятно, выгодно ли в данном случае получать метан в процессе разложения биомассы.

Биогенераторы, сделанные своими руками, как правило, дают небольшой выход биогаза.

Таким образом, главный аргумент в пользу покупки готового биогенератора: профессиональные модели, собранные на заводе, имеют КПД гораздо выше, и затраты на приобретение такой установки окупятся через год.

diskmag.ru

ТехноАгроСервис — Биоустановки «БУГ»

Создано 20 Ноябрь 2016 Просмотров: 2760 Предлагаем Вам уникальные недорогие биоустановки – комплекс «БУГ» российского производства – для переработки отходов животноводства и птицеводства в органическое удобрение с получением биогаза.

 

Биоустановка БУГ — технологический комплекс для переработки всех видов органических отходов (навоза КРС, МРС, свиного навоза, птичьего помета) и получения высокоэффективного жидкого органического удобрения путем термофильного брожения биомассы, а также выработки попутного биогаза.Используя комплекс БУГ, вы обеспечите свое предприятие, а возможно и близлежащие жилые дома, дешевой электроэнергией, теплом и газом.Установив оборудование, вы будете получать высокоэффективное экологически чистое жидкое органическое удобрение. Вы забудете о покупке дорогостоящих удобрений и полностью обеспечите потребности своего хозяйства в подкормке сельскохозяйственных культур, увеличите их урожаи в 2-3 раза.В итоге вы сможете значительно повысить эффективность своего предприятия без особых дополнительных затрат.

НАЗНАЧЕНИЕ:

1. Переработка отходов сельскохозяйственного производства, пищевой и перерабатывающей отрасли, объектов общепита и пр.
2. Обеспечение предприятий малого и среднего бизнеса, крестьянских хозяйств, частных подворий, жилых домов собственной дешевой электроэнергией.
3. Возможность обустройства автономной независимой системы отопления и теплоснабжения сельскохозяйственных, промышленных и жилых объектов.
4. Выработка высококачественных органических удобрений и биогаза для собственных хозяйственных нужд.

ПРЕИМУЩЕСТВА:

1. Решение проблем утилизации всех видов органических отходов собственного и соседних хозяйств.
2. Получение высокоэффективных экологически чистых жидких органических удобрений, пользующихся большим спросом на рынке.
3. Полное обеспечение собственных потребностей в подкормке сельскохозяйственных культур и увеличение их урожайности в 2-3 раза.
4. Снижение расходов на отопление, электричество, газ.

Навоз КРС смешивается с водой в равных пропорциях (1:1). Полученный субстрат загружается фекальным насосом в биореактор. При поддержании постоянной температуры 52 °С масса перемешивается  автоматическим устройством четыре раза в сутки по 15 минут для сбивания корки и активизации процесса брожения. Через 7-10 дней начинается фаза активного брожения биомассы с выделением биогаза, который собирается в газгольдере и начинается непрерывный технологический процесс производства биоудобрений.Ежесуточно из биореактора сливается готовое жидкое удобрение и загружается субстрат в одинаковом объеме, пропорционально объему биореактора.В случае с 12-кубовым биореактором «БУГ-3» производительность комплекса повышается за счет растягивания процесса брожения и разделения на этапы, путем применения горизонтальной конструкции.В результате переработки органических отходов получается удобрение и биогаз.Экологически чистое органическое удобрение, помимо всех необходимых для растений макро- и микроэлементов, содержит активные биологические стимуляторы класса ауксинов, существенно увеличивающих выход урожая. Удобрение действует сразу послевнесения в почву. Полностью отсутствует патогенная флора. Удобрение нетоксично, пожаробезопасно, не образует вредных соединений при внесении в почву. Соответствует 4 классу опасности по воздействию на организм человека.Биогаз, получаемый в процессе брожения биомассы, на 55-60% состоит из метана и на 40-45% из углекислого газа. На биогазе могут работать газовые водонагреватели, обогреватели воздуха, газогенераторные установки.

Описание биоустановок «БУГ»

Комплекс БУГ-1

Комплекс БУГ-1 предназначен для переработки всех видов органических отходов– навоза КРС, свиного навоза, птичьего помета и т.д. и получения высокоэффективного органически чистого жидкого удобрения, а также попутного биогаза.

Комплекс БУГ-1 осуществляет биотехнологическую переработку навоза и рассчитан для ферм крупного рогатого скота на 15-20 голов, свиноферм на 150-180 голов, птицеферм на 1500-1800 голов.

Комплекс БУГ-1 состоит из биореактора объёмом 6 куб.м.и газгольдера рабочим объёмом 2 куб.м.

Комплекс БУГ-3

Комплекс БУГ-3 предназначен для переработки всех видов органических отходов и производства органического удобрения. Комплекс БУГ-3 имеет рабочий объем 12 куб.м.и предназначен для ферм КРС на 60-80 голов, свиноферм на 600-700 голов, птицеферм на 6000-7000 голов.

Комплекс БУГ-3 состоит из биореактора на 12 куб.м. и газгольдера объемом 2 куб.м и обладает повышенной производительностью за счет усовершенствованного процесса сбраживания. Это достигается благодаря горизонтальной конструкции оборудования.

 

Принцип работы

Первоначально в биореактор БУГ-1 фекальным насосом загружается 6 куб.м. субстрата, состоящего из навоза, благополучного в ветеринарном отношени ивлажностью 85%, и воды, смешанных в пропорции 1:1. В биореакторе автоматически поддерживается постоянная температура +52°С. Четыре раза в сутки на 15 минут автоматически включается перемешивающее устройство, которое сбивает корку на поверхности для более активного брожения и выделения биогаза. Через 7-10 дней начинается процесс активного брожения с выделением биогаза, который собирается в газгольдере. Далее идет непрерывный технологический процесс. Ежесуточно сливается 10% от рабочего объёма биореактора готового жидкого удобрения (600 литров) и, соответственно, пополняется 10% субстрата. При этом ежесуточный выход биогаза составляет от 6-8 куб.м. и более в зависимости от состава навоза.

В биореактор БУГ-3 первоначально субстрат загружается частями по 20% от общего объема до полного заполнения в течение 5 суток. Через 7-10 дней после начала процесса активного брожения ежесуточно загружается и одновременно сливается 20% от рабочего объема. Ежесуточный выход биогаза может составлять 12-25 куб.м

БИОГАЗ

В состав биогаза входит 55-60% метана и 40-45% углекислого газа. На этом газу могут работать бытовые газовые приборы, включая газовые водонагреватели, обогреватели воздуха и газогенераторы.

Технические характеристики комплекса БУГ-3

№ п/п	Характеристика	Параметр	Примечание
1	Объем загрузки субстрата (рабочий объем)	12,0 м³
2	Время выхода на рабочий режим	4-7 суток	зависит от состава субстрата
3	Кол-во дополняемого субстрата в сутки	1,8 м³	навоз с водой в соотношении 1:1
4	Кол-во получаемого удобрения в сутки	1,8 м³
5	Тип теплоносителя	вода
6	Объем теплоносителя	3,2 м³
7	Температурный режим	52-53 Сº
8	Периодичность перемешивания субстрата	не менее 4-х раз в сутки по 10-15 мин
9	Поддержание температурного режима	автоматическое
10	Привод побудителя	механический
11	Привод подъема субстрата	механизированный	фекальный насос СМ80-50-200/4Б входит в доп-ную комплектацию
12	Рабочий объем газгольдера	2,3 м³	давление газа в газгольдере– до 0,04 кгс/см²
13	Количество получаемого биогаза в сутки	12-25 м³	зависит от состава и качества субстрата
14	Состав газа	метан – 55-60% СО2 – 45-40%	зависит от состава и качества субстрата
15	Используемая жидкость в газгольдере	вода	при t <0 Сº необходимо использовать незамерзающую жидкость (отработанное моторное масло)
16	Объем жидкости в газгольдере	2,8 м³
17	Габаритные размеры биореактора	длина – 5630 мм ширина – 2000 мм высота – 2300 мм	расположение– горизонтальное
18	Габаритные размеры газгольдера	высота – 3212 мм диаметр – 1595 мм	с поднятым поплавком
19	Масса биореактора	3500 кг
20	Масса газгольдера	600 кг

 

Состав комплекса БУГ-3

№ п/п	Наименование	Примечание
1	Биореактор
2	Газгольдер
3	Ваннадля подготовкисубстрата
4	Фекальный насостипаСМ80-50-200/4Б
5	Резервуар для сбораготовой продукции
6	Потребителигаза	дополнительно

 

1. БИОРЕАКТОР

Биореактор предназначен непосредственно для производства удобрения, получаемого путем термофильного брожения субстрата.

Состав биореактора

№ п/п	Наименование	Обозначение	Кол-во, шт.	Примечание
1	Бак		1
2	Корпус		1
3	Теплоизоляция		1
4	Люкскрышкой		1
5	Затвор		1
6	Крышка		1
7	Вал слопастями		1
8	Мотор-редуктор	INNOVARI 4,0 кВт 20 об/мин	1
9	Температурный контроллер	TZ4ST24R	1
10	Термопара	TW-S	1
11	Электронагреватель трубчатый	ТЭН 100А13/5.0Р220 ГОСТ 13268-88	2
12	Шкаф с электроаппаратурой		1

 

Устройство и принцип работы

Биореактор (рис.1) представляет собой, расположенную горизонтально, цилиндрическую емкость, внутри которой расположена система перегородок, предназначенная для правильного направления движения потока субстрата и для разделения всего объема субстрата на части, находящиеся на разной стадии брожения.

В нижней части биореактора находится водяная рубашка–полость заполненная водой, через которую происходит подогрев емкости с субстратом. Нагрев воды осуществляется двумя ТЭНами (1), по 5 кВ ткаждый, в автоматическом режиме до температуры 52-53°С.

В верхней части биореактора расположен люк (2), в котором имеется вентиль (3) для отвода получаемого газа. Люк закрыт герметично.

На боковых торцевых сторонах имеются технологические герметично закрытые отверстия (4), предназначенные для полного слива субстрата и для очистки и промывки внутренней емкости биореактора.

Внутри биореактора расположен горизонтально вал с лопастями для перемешивания субстрата и разрушения поверхностной пленки, образующейся при брожении. Вал закреплен на подшипниках качения расположенных в торцевых сторонах емкости в опорах (5). В боковой части с одной стороны закреплен мотор-редуктор (6) вращающий вал.

В верхней части емкости со стороны редуктора расположено отверстие (7) для загрузки субстрата. Слив готового удобрения осуществляется с противоположной стороны через отверстие для слива (8) расположенное в гидрозатворе (9).

Рис.1

Таймер, размещенный в шкафу, настраивается на необходимое время перемешивания и отключает мотор-редуктор побудителя автоматически.

Для заполнения воды в рубашку установлен заливной патрубок, а для ее слива предусмотрен вентиль.

 

2. Газгольдер

Газгольдер (рис.2) предназначен для сбора газа.

Состав газгольдера

№ п/п	Наименование	Кол-во, шт.
1	Бак	1
2	Поплавок	1
3	Трубкагазовая	1
4	Ограничитель	2

Устройство и принцип работы

Бак газгольдера (1) заполняется жидкостью, через него, выше уровня жидкости, проходит газовая трубка, через которую газ, образующийся в биореакторе, свободно попадает в поплавок (2), где скапливается, поднимая его по направляющим (3).

Поплавок не должен выходить из жидкости, что обеспечивается ограничителями (4). Через выходной патрубок (5), расположенный в верхней части поплавка газ проходит к газовому оборудованию.

В нижней части газгольдера находится кран (6) для слива жидкости.

Смотрите также

tass.kz

Сырье для биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Сырье для биогазовых установок

Поскольку технологии в настоящее время стремительно шагнули вперед, сырьем для получения биогаза могут стать самые различные отходы органического происхождения. Показатели выхода биогаза из различных видов органического сырья приведены ниже.

Таблица 1. Выход биогаза из органического сырья

Категория сырья	Выход биогаза (м3) из 1 тонны базового сырья
Коровий навоз	39-51
Навоз КРС, перемешанный с соломой	70
Свиной навоз	51-87
Овечий навоз	70
Птичий помет	46-93
Жировая ткань	1290
Отходы с мясобойни	240-510
ТБО	180-200
Фекалии и сточные воды	70
Послеспиртовая барда	45-95
Биологические отходы производства сахара	115
Силос	210-410
Картофельная ботва	280-490
Свекольный жом	29-41
Свекольная ботва	75-200
Овощные отходы	330-500
Зерно	390-490
Трава	290-490
Глицерин	390-595
Пивная дробина	39-59
Отходы, полученные в процессе уборки ржи	165
Лен и конопля	360
Овсяная солома	310
Клевер	430-490
Молочная сыворотка	50
Кукурузный силос	250
Мука, хлеб	539
Рыбные отходы	300

 

Навоз КРС

Во всем мире к числу наиболее популярных относят биогазовые установки, предусматривающие использование в качестве базового сырья коровьего навоза. Содержание одной головы КРС позволяет обеспечить в год 6,6–35 т жидкого навоза. Этот объем сырья может быть переработан в 257–1785 м3 биогаза. По параметру теплоты сгорания указанные показатели соответствуют: 193–1339 кубометрам природного газа, 157–1089 кг бензина, 185–1285 кг мазута, 380–2642 кг дров.

Одним из ключевых преимуществ использования коровьего навоза в целях выработки биогаза является наличие в ЖКТ крупного рогатого скота колоний бактерий, вырабатывающих метан. Это означает, что отсутствует необходимость дополнительного внесения микроорганизмов в субстрат, а следовательно, потребность в дополнительных инвестициях. Вместе с тем однородная структура навоза делает возможным применение данного типа сырья в устройствах непрерывного цикла. Производство биогаза будет еще более эффективным при добавлении в ферментируемую биомассу мочи КРС.

Навоз свиней и овец

В отличие от КРС, животные этих групп содержатся в помещениях без бетонных полов, поэтому процессы производства биогаза здесь несколько осложняются. Использование навоза свиней и овец в устройствах непрерывного цикла невозможно, допускается лишь его дозированная загрузка. Вместе с сырьевой массой данного типа в биореакторы нередко попадают растительные отходы, что может существенно увеличить период ее обработки.

Птичий помет

В целях эффективного применения птичьего помета для получения биогаза рекомендуется оснащать птичьи клетки насестами, поскольку это позволит обеспечить сбор помета в больших объемах. Для получения значительных объемов биогаза следует перемешивать птичий помет с коровьей навозной жижей, что исключит излишнее выделение аммиака из субстрата. Особенностью применения птичьего помета при производстве биогаза является необходимость введения 2-стадийной технологии с использованием реактора гидролиза. Это требуется в целях осуществления контроля над уровнем кислотности, в противном случае бактерии в субстрате могут погибнуть.

Фекалии

Для эффективной переработки фекалий требуется минимизировать объем воды, приходящийся на один санитарный прибор: единовременно он не может превышать 1 л.

С помощью научных исследований последних лет удалось установить, что в биогаз, в случае использования для его производства фекалий, наряду с ключевыми элементами (в частности, метаном) переходит множество опасных соединений, способствующих загрязнению окружающей среды. Например, во время метанового брожения подобного сырья при высоких температурных режимах на станциях биоочистки стоков практически во всех пробах газовой фазы обнаружено около 90 µg/м3 мышьяка, 80 µg/м3 сурьмы, по 10 µg/м3 ртути, 500 µg/м3 теллура, 900 µg/м3 олова, 700 µg/м3 свинца. Упомянутые элементы представлены тетра- и диметилированными соединениями, свойственными процессам автолиза. Выявленные показатели серьезно превышают ПДК указанных элементов, что свидетельствует о необходимости более обстоятельного подхода к проблеме переработки фекалий в биогаз.

Энергетические растительные культуры

Подавляющее большинство зеленых растений обеспечивает исключительно высокий выход биогаза. Множество европейских биогазовых установок функционируют на кукурузном силосе. Это вполне оправданно, поскольку кукурузный силос, полученный с 1 га, позволяет выработать 7800–9100 м3 биогаза, что соответствует: 5850–6825 м3 природного газа, 4758–5551 кг бензина, 5616–6552 кг мазута, 11544–13468 кг дров.

Около 290–490 м3 биогаза дает тонна различных трав, при этом особенно высоким выходом отличается клевер: 430–490м3. Тонна качественного сырья картофельной ботвы также способна обеспечить до 490 м3, тонна свекольной ботвы – от 75 до 200 м3, тонна отходов, полученных в процессе уборки ржи, — 165 м3, тонна льна и конопли – 360 м3, тонна овсяной соломы — 310 м3 .

Следует отметить, что в случае целенаправленного выращивания энергетических культур для производства биогаза существует необходимость инвестирования денежных средств в их посев и уборку. Этим подобные культуры существенно отличаются от иных источников сырья для биореакторов. Необходимости в удобрении подобных культур нет. Что касается отходов овощеводства и производства зерновых культур, то их переработка в биогаз имеет исключительно высокую экономическую эффективность.

«Свалочный газ»

Из тонны сухих ТБО может быть получено до 200 м3 биогаза, свыше 50% объема которого составляет метан. По активности выбросов метана «свалочные полигоны» намного превосходят любые другие источники. Использование ТБО в производстве биогаза не только позволит получить существенный экономический эффект, но и сократит поступление загрязняющих соединений в атмосферу.

Качественные характеристики сырья для получения биогаза

Показатели, характеризующие выход биогаза и концентрацию в нем метана, зависят в том числе от влажности базового сырья. Рекомендуется поддерживать ее на уровне 91% в летний период и 86% в зимний.

Осуществить получение максимальных объемов биогаза из ферментируемых масс можно, обеспечив достаточно высокую активность микроорганизмов. Реализовать эту задачу можно лишь при необходимой вязкости субстрата. Процессы метанового брожения замедляются, если в сырье присутствуют сухие, крупные и твердые элементы. Кроме того, при наличии таких элементов наблюдается образование корки, приводящей к расслоению субстрата и прекращению выхода биогаза. Чтобы исключить подобные явления, перед загрузкой сырьевой массы в биореакторы ее измельчают и осторожно перемешивают.

Оптимальными значениями pH сырья являются параметры, находящиеся в диапазоне 6,6–8,5. Практическая реализация увеличения рН до необходимого уровня обеспечивается посредством дозированного введения в субстрат состава, изготовленного из измельченного мрамора.

В целях обеспечения максимального выхода биогаза большинство различных типов сырья допускается смешивать с другими видами посредством кавитационной переработки субстрата. При этом достигаются оптимальные соотношения углекислого газа и азота: в обрабатываемой биомассе они должны обеспечиваться в пропорции 16 к 10.

Таким образом, при выборе сырья для биогазовых установок имеет смысл уделить его качественным характеристикам самое пристальное внимание.

biogaz-russia.ru

Классификация биогазовых установок по конструктивным и технологическим признакам Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 66-931

КЛАССИФИКАЦИЯ БИОГАЗОВЫХ УСТАНОВОК ПО КОНСТРУКТИВНЫМ И

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРИЗНАКАМ*

Суслов Денис Юрьевич

к.т.н., доцент кафедры Теплогазоснабжения и вентиляции Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

Россия, город Белгород

Аннотация: Рассмотрены основные конструктивные и технологические особенности установок получения биогаза. Описаны режимы работы, конструкции, количество и виды биореакторов, технологии и оборудование для подогрева и перемешивания биомассы. Предложена классификация биогазовых установок, учитывающая влияние барботажного метода перемешивания на обогрев биореактора.

Ключевые слова: биогаз, биореактор, перемешивание, классификация.

CLASSIFICATION OF BIOGAS PLANTS IN CONSTRUCTIVE AND TECHNOLOGICAL FEATURES*

Denis Yu. Suslov

Docent Department of Gas Heating Supply and Ventilation Belgorod Shukhov State Technological University Belgorod, Russia

Abstract: The basic design and technological features of plants producing biogas from organic waste. Described modes of operation, the design, the number and types of bioreactors, technologies and equipment for heating and mixing of the biomass. The classification of biogas plants, taking into account the impact of the bubble mixing method for heating the bioreactor.

Keywords: biogas, bioreactor, mixing, classification.

В настоящий период разработаны биогазовые установки с различными конструктивными и технологическими особенностями. При этом, конструктивно все биогазовые установки практически не отличаются друг от друга, и представляют собой герметично закрытую емкость, в которой при определенных условиях происходит сбраживание органического субстрата с образованием биогаза и биоудобрений. Основным компонентом биогазовой установки является (рис. 1) биореактор, в котором протекает процесс анаэробной ферментации, также установка содержит газгольдер, системы подготовки и сбора субстрата, устройства подогрева и перемешивания, КИП и автоматики [1.. .3].

Рис. 1. Общая схема биогазовой установки:

1 — источник отходов; 2 — система подготовки субстрата; 3 — биореактор;

4 — система перемешивания; 5 — газгольдер; 6 — резервуар удобрения

По количеству ступеней процесса установки бывают одноступенчатыми, двухступенчатыми и многоступенчатыми. Одноступенчатые установки состоят из одного биореактора, в котором происходит полное сбраживание биомассы. В двухступенчатых системах процесс проходит в главном биореакторе брожения и в реакторе окончательного сбраживания и осаждения шлама.

Многоступенчатые системы включают различное количество основных бродильных биореакторов и реакторов дображивания.

По режиму работы можно выделить непрерывные, полунепрерывные и периодические установки [3, 4].

Установки периодического действия состоят из одного биореактора, который полностью загружается исходным субстратом, а затем после определенного времени процесса полностью опорожняется. В установках полунепрерывного режима процесс получения биогаза протекает в двух и более биореакторах, которые работают по очереди.

При непрерывном режиме субстрат подается в биореактор непрерывно или через короткие промежутки времени, при этом соответствующий объем перебродившего субстрата удаляется. Установки, работающие в непрерывном режиме, отличаются стабильностью и высокой производительностью по сравнению с другими режимами.

По положению биореакторы бывают вертикального горизонтального и наклонного расположения. Выбор расположения реактора зависит от режима работы и наличия свободной территории. Горизонтальные установки больше используют в непрерывных системах и при наличии достаточного места для их расположения. Наклонное расположение облегчает стекание перебродившей массы по направлению к патрубку слива готового удобрения. Но наиболее широко применяются вертикальные биореакторы, позволяющие уменьшить занимаемую территорию.

В биогазовых установках используют биореакторы овальной, цилиндрической и кубической формы (рис. 2). Биореакторы овальной формы изготавливают небольших объемов, в качестве материала используют стеклопластик, т.к. применение других материалов весьма проблематично ввиду сложности изготовления и высокой стоимости. В таких реакторах создаются условия для перемещения жидкого субстрата, отвода осадков и разрушения плавающей корки при достаточно высокой прочности.

Рис. 2. Формы биореакторов:

а — овальный; б — цилиндрический-конусный; в — цилиндрический;

г — кубический

По сравнению с овальными, цилиндрические резервуары не создают таких условий, что ведет к увеличению расхода энергии на перемешивание. Но они просты в изготовлении и сооружаются из различных материалов — стальные, бетонные и др., что позволяет использовать их в биогазовых установках самых крупных размеров. Биореакторы кубической формы используют в простых небольших установках, т.к. для интенсивного перемешивания биомассы и разрушения плавающей корки требуются значительные затраты энергии.

Также биогазовые установки различают по способу подвода теплоты и способу перемешивания.

Подвод тепла необходимого для протекания процесса может осуществляться прямым и не прямым способами. Прямой метод производится непосредственно подачей горячей воды или пара под давлением в бродильную массу. Для подогрева биомассы данным способом требуется установка парогенерирующей системы, что ведет к дополнительным затратам. Кроме того, при подаче пара или воды происходит неравномерное распределение температуры в реакторе, в результате чего происходит перегрев биомассы.

Не прямой метод осуществляться через теплообменные нагревательные устройства, расположенные внутри биореактора или в его стенках. При внутреннем подогреве нагревательные элементы должны быть достаточно прочными, чтобы не повредиться при движении биомассы в реакторе. Внешний подогрев с помощью теплообменников, расположенных на стенках реактора менее эффективен из-за потерь тепла в окружающую среду, однако, отличается удобством в обслуживании и эксплуатации.

Перемешивание бродильной массы может осуществляться следующими основными способами [5, 6]:

— гидравлическим;

— механическим;

— барботажным;

— комбинированным.

Гидравлический метод перемешивания заключается в рециркуляции бродильной массы из одной части биореактора в другую.

Механическое перемешивание производится с помощью применения мешалок, рабочими органами которых являются шнеки и лопасти, приводимые в действие от двигателя или вручную. Для перемешивания биомассы применяют следующие системы: многолопастная; пропеллерная погружная и лопастная системы.

Барботажное перемешивание осуществляется путем подачи выделяющегося биогаза обратно в реактор с помощью побудителя тяги и системы трубопроводов, расположенных в нижней части реактора.

В результате проведенного анализа нами предложена оригинальная классификация установок получения биогаза (рис. 3).

Рис. 3. Классификация биогазовых установок

Классификация включает конструктивные и технологические признаки всех основных элементов биогазовой установки и учитывает как отечественные, так и зарубежные разработки. Особенностью данной классификация является то, что учтено влияние барботажного метода перемешивания на температурный режим установки.

*Работа выполнена в рамках реализации стипендии Президента Российской Федерации СП -1716.2015.1.

Список литературы:

1. Веденеев, А.Г., Веденева, Т.А. — Б.: Руководство по биогазовым технологиям. — «ДЭМИ», 2011. — 84 с.

2. Гюнтер, Л.И. Метантенки / Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфраб — М.: Стройиздат, 1991. — 128 с.,

ил.

3. Костромин, Д.В. Биогазовая установка для исследования каталитических и барботажных процессов при анаэробной переработке органических отходов в АПК / Д.В. Костромин, А.А. Медяков, Р.В. Яблонский // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса. -№2(26). — С. 1-5.

4. Suslov D.Yu., Kushchev L.A. Biogas technology — a contemporary method for processing organic wastes // Chemical and Petroleum Engineering. 2010. Т. 46. № 5. P. 308-311.

5. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки / перевод с нем. компании «Zorg Biogas»: 2008. 268 с.

6. Суслов Д.Ю., Темников Д.О. Тепловой баланс биореактора с барботажным перемешиванием биомассы // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. №1. С.182-185.

принцип работы, схемы и расчет

Одна из задач, которую приходится решать в сельском хозяйстве — утилизация навоза и растительных отходов. И это довольно серьезная проблема, которая требует постоянного внимания. На утилизацию уходят не только время и силы, но и приличные суммы. Сегодня есть, как минимум, один способ, позволяющий эту головную боль превратить в статью дохода: переработка навоза в биогаз. В основе технологии лежит природный процесс разложения навоза и растительных остатков за счет содержащихся в них бактерий. Вся задача в создании особых условий для наиболее полного разложения. Эти условия — отсутствие доступа кислорода и оптимальная температура (40-50^oC).

Все знают, как чаще всего утилизируют навоз: складывают в кучи, потом, после ферментации, вывозят на поля. В этом случае образовавшийся газ выделяется в атмосферу, туда же улетает и 40% содержащегося в исходном веществе азота и большая часть фосфора. Получающееся в результате удобрение далеко не идеально.

Как можно организовать переработку навоза в биогаз

Для получения биогаза необходимо чтобы процесс разложения навоза проходил без доступа кислорода, в закрытом объеме. В этом случае и азот, и фосфор остаются в остаточном продукте, а газ скопится в верхней части емкости, откуда его легко выкачать. Получаются два источника прибыли: непосредственно газ и эффективное удобрение. Причем удобрение высшего качества и безопасное на 99%: большая часть болезнетворных микроорганизмов и яйца гельминтов погибают, содержащиеся в навозе семена сорных трав теряют всхожесть. Существуют даже линии по расфасовке этого остатка.

Второе обязательное условие процесса переработки навоза в биогаз — это поддержание оптимальной температуры. Содержащиеся в биомассе бактерии, при низких температурах малоактивны. Они начинают действовать при температуре среды от +30^oC. Причем в навозе содержатся бактерии двух типов:

• мезофильные — они размножаются при температуре от +30^oC до +40^oC;
• термофильные — для их активного роста необходима температура от +50^oC до +60^oC.

  Сравнительная таблица затрат и эффективности мезофильного и термофильного разложения навоза. Как видите, денег нужно на старте в три-четрые раза больше, но на выходе получаете больше в десять раз

Термофильные установки с температурой от +43^oC до +52^oC являются наиболее эффективными: в них навоз обрабатывается 3 дня, на выходе с 1 литра полезной площади биореактора получается до 4,5 литров биогаза (это максимальный выход). Но на поддержание температуры в +50^oC требуются значительные расходы энергии, что не в каждом климате рентабельно. Потому чаще биогазовые установки работают на мезофильных температурах. В этом случае время переработки может составлять 12-30 дней, выход — примерно 2 литра биогаза на 1 литр объема биореактора.

Состав газа меняется в зависимости от сырья и условий переработки, но примерно он следующий: метан — 50-70%, двуокись углерода — 30-50%, а также содержится небольшое количество сероводорода (менее 1%) и совсем небольшой количество аммиака, водорода и соединений азота. В зависимости от конструкции установки в биогазе могут содержаться в значительном количестве пары воды, что потребует их осушения (в противном случае он просто не будет гореть). Как выглядит промышленная установка продемонстрировано в видео.

Это можно сказать целый завод по выработке газа. Но для частного подворья или небольшой фермы такие объемы ни к чему. Простейшую биогазовую установку легко сделать своими руками. Но вот вопрос: «Куда дальше направлять биогаз?» Теплота сгорания получаемого в результате газа от 5340 ккал/м3 до 6230 ккал/м3 (6,21 — 7,24 кВт.ч/м3). Потому его можно подавать на газовый котел для выработки тепла (отопление и горячая вода), или на установку по выработке электричества, на газовую печку и т.д. Вот как использует навоз от своей перепелиной фермы Владимир Рашин — конструктор биогазовой установки.

Получается, что имея хоть какое-то более-менее приличное количество скота и птицы, можно самому полностью обеспечить потребности своего хозяйства в тепле, газе и электричестве. А если установить на автомобили газовые установки, то и топливом для автопарка. Учитывая, что доля энергоносителей в себестоимости продукции 70-80% вы сможете только на биореакторе сэкономить, а потом и заработать множество денег. Ниже приведен скриншот экономического расчета рентабельности биогазовой установки для небольшого хозяйства (по состоянию на сентябрь 2014). Хозяйство мелким не назовешь, но и не крупное однозначно. Просим прощения за терминологию — это авторский стиль.

Это примерный расклад требуемых затрат и возможных доходов Схемы самодельных биогазовых установок

Возможно, вам будет интересно прочитать о том, как использовать солнечную энергию для отопления дома.

Схемы самодельных биогазовых установок

Простейшая схема биогазовой установки — это герметичная емкость — биореактор, в который сливается подготовленная жижа. Соответственно есть люк загрузки навоза и люк выгрузки переработанного сырья.

Простейшая схема биогазовой установки без «наворотов»

Емкость заполняется субстратом не полностью: 10-15% объема должно оставаться свободным для сбора газа. В крышку бака встраивается труба для отведения газа. Так как в полученном газе содержится довольно большое количество водяных паров, гореть в таком виде он не будет. Потому необходимо его для осушения пропустить через гидрозатвор. В этом нехитром устройстве большая часть водяного пара сконденсируется, и газ уже будет хорошо гореть. Потом газ желательно очистить от негорючего сероводорода и только потом его можно подавать в газгольдер — емкость для сбора газа. А оттуда уже можно разводить к потребителям: подавать на котел или газовую печь. Как сделать фильтры для биогазовой установки своими руками              смотрите в видео.

Большие промышленные установки размещают на поверхности. И это, в принципе, понятно — слишком велики объемы земельных работ. Но в небольших хозяйствах чашу бункера закапывают в землю. Это во-первых, позволяет снизить затраты на поддержание требуемой температуры, а во-вторых, на частном подворье и так достаточно всяких устройств.

Емкость можно взять готовую, или в вырытом котловане сделать из кирпича, бетона и т.д. Но придется в этом случае позаботиться о герметичности и непроходимости воздуха: процесс анаэробный — без доступа воздуха, потому необходимо создать непроницаемую для кислорода прослойку. Сооружение получается многослойным и изготовление такого бункера длительный и затратный процесс. Потому дешевле и проще закопать готовую емкость. Раньше это обязательно были металлические бочки, часто из нержавейки. Сегодня с появлением на рынке емкостей из ПВХ можно использовать их. Они химически нейтральны, имеют низкую теплопроводность, длительный срок эксплуатации, и стоят в разы дешевле нержавеек.

Биореактор не обязательно закапывать. Это очень неплохой вариант, и обслуживать его удобно. Но зимой придется еще дополнительные меры по утеплению принимать. А газ отводится в специальные мешки-газгольдеры

Но описанная выше биогазовая установка будет иметь малую производительность. Для активизации процесса переработки необходимо активное перемешивание массы, находящейся в бункере. В противном случае на поверхности или в толще субстрата образуется корка, которая замедляет процесс разложения, газа на выходе получается меньше. Перемешивание проводится любым доступным способом. Например, таким, как продемонстрировано в видео. Привод при этом можно сделать любой.

Есть еще один способ перемешивания слоев, но немеханический — барбитация: вырабатываемый газ под давлением подают в нижнюю часть емкости с навозом. Поднимаясь вверх, пузырьки газа будут разбивать корку. Так как подается все тот же биогаз, то никаких изменений условий переработки не будет. Также этот газ нельзя считать расходом — он снова попадет в газгольдер.

Как говорилось выше, для хорошей производительности необходима повышенная температура. Чтобы не особенно тратиться на поддержание этой температуры необходимо позаботиться об утеплении. Какого типа теплоизолятор выбирать, конечно, дело ваше, но сегодня самый оптимальный — пенополистирол. Он не боится воды, не поражается грибками и грызунами, имеет длительный срок эксплуатации и отличные показатели по теплоизоляции.

Для увеличения температуры субстрата подойдет любая технология обогрева. Важно добиться требуемой температуры. От этого зависит эффективность установки

Формы биореактора могут быть разные, но чаще всего встречается цилиндрическая. Она неидеальна с точки зрения сложности перемешивания субстрата, но используется чаще, потому что у людей накоплен большой опыт построения подобных емкостей. А если такой цилиндр разделить перегородкой, то можно использовать их как два отдельных резервуара, в которых процесс смещен по времени. При этом в перегородку можно встроить нагревательный элемент, таким образом решив проблему поддержания температуры сразу в двух камерах.

Если обычный цилиндр разделить вертикальной перегородкой, получить можно две камеры для переработки

В самом простом варианте самодельные биогазовые установки — это прямоугольной формы яма, стенки которой сделаны из бетона, а для герметичности обработаны слоем стеклопластика и полиэфирной смолы. Такая емкость снабжается крышкой. Она крайне неудобна в эксплуатации: трудно реализуется и подогрев, перемешивание и отведение сбродившей массы, добиться полной переработки и высокой эффективности невозможно.

Биогазовая установка своими руками: чертежи установки траншейного типа

Чуть лучше обстоит дело с траншейными биогазовыми установками переработки навоза. Они имеют скошенные края, что облегчает загрузку свежего навоза. Если сделать дно под уклоном, то в одну сторону самотеком будет смещаться сбродившая масса и отбирать ее будет проще. В таких установках нужно предусмотреть теплоизоляцию не только стен, но и крышки. Подобная биогазовая установка своими руками реализуется несложно. Но полной переработки и максимального количества газа в ней не добиться. Даже при условии подогрева.

С основными техническими вопросами разбирались, и вы теперь знаете несколько способов того, как построить установку для получения биогаза из навоза. Остались технологические нюансы.

Что можно перерабатывать и как добиться хороших результатов

В навозе любого животного имеются необходимые для его переработки организмы. Было обнаружено, что в процессе сбраживания и в выработке газа участвует более тысячи различных микроорганизмов. Важнейшую роль при этом играют метанобразующие. Также считается, что все эти микроорганизмы в оптимальных пропорциях находятся в навозе КРС. Во всяком случае, при переработке этого вида отходов в сочетании с растительной массой, выделяется самое большое количество биогаза. В таблице приведены усредненные данные по наиболее распространенным видам сельскохозяйственных отходов. Примите во внимание, что такое количество газа на выходе можно получить при идеальных условиях.

Количество биогаза, которое можно получить из различного сырья

Для хорошей продуктивности необходимо поддерживать определенную влажность субстрата: 85-90%. Но воду при этом нужно использовать не содержащую посторонних химических веществ. Негативно на процессы влияют растворители, антибиотики, моющие средства и т.д. Также для нормального протекания процесса в жиже не должны содержаться крупные фрагменты. Максимальные размеры фрагментов: 1*2 см, лучше более мелкие. Потому если вы планируете добавлять растительные ингредиенты, то необходимо их измельчать.

Важно для нормальной переработки в субстрате поддерживать оптимальный уровень рН: в пределах 6,7-7,6. Обычно среда имеет нормальную кислотность, и лишь изредка кислотообразующие бактерии развиваются быстрее метанобразующих. Тогда среда становится кислой, выработка газа снижается. Для достижения оптимального значения в субстрат добавляют обычную известь или соду.

В таблице указаны составы, повышающие количество выделяющегося газа

Теперь немного о времени, которое необходимо на переработку навоза. Вообще время зависит от созданных условий, но первый газ может начать поступать уже на третьи сутки после начала сбраживания. Наиболее активно газообразование происходит при разложении навоза на 30-33%. Чтобы можно было ориентироваться по времени, скажем, что через две недели субстрат разлагается на 20-25%. То есть, оптимально переработка должна продолжаться месяц. В этом случае и удобрение получается наиболее качественным.

Расчет объема бункера для переработки

Для небольших хозяйств оптимальной является установка постоянного действия — это когда свежий навоз поступает небольшими порциями ежедневно и такими же порциями удаляется. Для того чтобы процесс не нарушался доля ежесуточной загрузки не должна превышать 5% от перерабатываемого объема.

Самодельные установки по переработке навоза в биогаз — не вершина совершенства, но достаточно эффективны

Исходя из этого, вы легко определите требуемый объем резервуара для самодельной биогазовой установки. Вам нужно суточный объем навоза с вашего хозяйства (уже в разведенном состоянии с влажностью 85-90%) умножить на 20 (это для мезофильных температур, для термофильных придется умножать на 30). К полученной цифре нужно добавить еще 15-20% — свободное пространство для сбора биогаза под куполом. Основной параметр вы знаете. Все дальнейшие расходы и параметры системы зависят от того, какая схема биогазовой установки выбрана для реализации и как вы все будете делать. Вполне можно обойтись подручными материалами, а можно заказать установку «под ключ». Заводские разработки обойдется от 1,5 млн. евро, установки от «Кулибиных» будут дешевле.

Юридическое оформление

Согласовывать установку придется с СЭС, газовой инспекцией и пожарниками. Вам понадобятся:

• Технологическая схема установки.
• План размещения оборудования и составляющих с привязкой самой установки, местом установки теплового агрегата, места прокладки трубопроводов и энергомагистралей, подключения насоса. На схеме должны быть обозначены громоотвод и подъездные пути.
• Если установка будет находиться в помещении, то необходим также будет план вентиляции, которая будет обеспечивать не менее чем восьмикратный обмен всего воздуха в помещении.

Как видим, без бюрократии и тут не обойтись.

Имея источник энергии им грех не воспользоваться

Напоследок немного о производительности установки. В среднем за сутки биогазовая установка выдает объем газа в два раза превышающий полезный объем резервуара. То есть, 40 м³ навозной жижи дадут в сутки 80 м³ газа. Примерно 30% уйдет на обеспечение самого процесса (главная статья расходов — подогрев). Т.е. на выходе вы получите 56 м³ биогаза в день. Для покрытия потребностей семьи из трех человек и на отопление среднего по размерам дома требуется по статистике 10 м³. В чистом остатке у вас 46 м³ в день. И это при небольшой установке.

Итоги

Вложив некоторое количество средств в устройство биогазовой установки (своими руками или под ключ), вы не только обеспечите собственные нужды и потребности в тепле и газе, но и сможете продавать газ, а также получающиеся в результате переработки высококачественные удобрения.

Анаэробный мембранный биореактор для производства биогаза из концентрированных сточных вод, образующихся при добыче канализации

Основные моменты

•

Анаэробный мембранный биореактор использовался для очистки концентрированных городских сточных вод.

•

Высокая эффективность удаления ХПК при всех температурах, кроме 15 ° C.

•

Производительность реактора восстанавливается сразу после повышения температуры.

•

Содержание растворенного метана оставалось низким и постоянным, несмотря на изменения температуры.

•

Основные микробные изменения произошли при понижении температуры с 34 до 23 ° C.

Реферат

Лабораторный анаэробный мембранный биореактор работал в течение 11 месяцев, очищая синтетические сточные воды, которые имитировали концентрат процесса прямого осмоса, очищающего городские сточные воды с получением 80% воды. Было оценено влияние изменения температуры на работу реактора. Реактор работал в течение 4 месяцев при 34 ° C, а затем температура была снижена до 23 ° C, 17 ° C и 15 ° C, имитируя типичные сезонные колебания температуры сточных вод.Средняя эффективность удаления ХПК составила 95, 87, 76 и 67% при 34, 23, 17 и 15 ° C соответственно, что привело к более низкому производству биогаза и более низкому удалению ХПК при более низких температурах. Содержание растворенного метана в пермеате составляло в среднем 8,2 мг CH ₄ / л и существенно не менялось с температурой. После 2 месяцев работы при 15 ° C температура постепенно повышалась, что приводило к немедленному увеличению выработки метана и эффективности удаления ХПК. Микробиологический анализ показал важные изменения в сообществе архей при изменении температуры с 34 до 23 ° C.

Ключевые слова

Анаэробный мембранный биореактор

Производство биогаза

Городские сточные воды

Температура

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2019 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

(PDF) Техническое исследование производства биогаза с помощью экспериментального биореактора

Доступно на сайте www.jocpr.com

Journal of Chemical and Pharmaceutical Research, 2015, 7 (5): 1005-1012

Исследовательская статья

ISSN: 0975-7384

CODEN (США): JCPRC5

1005

Техническое исследование производства биогаза с помощью экспериментального биореактора

Afilal Mohamed Amine

*

9000biah, El и Элайче Хаят

University of Mohamed First, Биологические лабораторные растения и микроорганизмы, Уджда, Марокко

_____________________________________________________________________________________________

РЕЗЮМЕ

В текущем глобальном контексте использование биомассы является одновременно экологической необходимостью и экономической возможностью.

Действительно, это открывает новые возможности для устойчивого развития: создание рабочих мест, снижение энергетических и экологических

ограничений для экономики. Исследования, проведенные нашей лабораторией в Университетском городе, показали

социально-экономическое значение рекуперации энергии в результате ферментации органических отходов, собираемых на месте. Действительно, у нас есть

, способных оценить доходность, превышающую 500 литров биогаза на килограмм органического вещества, и потенциал органических отходов

более одной тонны в день.Вырабатываемая энергия может покрыть 100% энергетических потребностей кухни и

около 30% потребностей в энергии для горячего водоснабжения в университетской резиденции Уджда, что снизит затраты на энергию на

примерно на 300000 дирхамов в год.

Ключевые слова: органические отходы, биореактор, ферментация, биогаз, метан.

_____________________________________________________________________________________________

ВВЕДЕНИЕ

Ежедневно бытовые и промышленные предприятия производят миллионы тонн отходов.В Марокко, например, ежедневно образуется более

20 миллионов тонн отходов [1]. В течение нескольких лет научное сообщество било тревогу

и призывает страны принять соответствующие меры для минимизации риска загрязнения, в частности, посредством

нескольких оценочных исследований методов управления органическими отходами и разработки новых технологий модернизации.

Биогаз как источник энергии, поэтому другие возобновляемые источники энергии снова стали очень привлекательными в последние

лет, в связи с тем, что запасы ископаемых энергоресурсов постоянно сокращаются, а мировой спрос на энергию,

, особенно для электроэнергии, продолжает расти. подъем.Кроме того, рост цен на ископаемое топливо

в последние годы является серьезным препятствием для развития, особенно для развивающихся стран, которые импортируют большую часть своей энергии

. Например, в Марокко спрос на электроэнергию растет на 8% в год [2].

Осознавая эти проблемы, власти Марокко на протяжении более десяти лет применяли ряд нормативных и институциональных подходов

для решения экологических проблем в целом и рационального управления отходами

в частности.Таким образом, было начато несколько исследований для проведения инвентаризации и предложения нормативных

и необходимых технических мер.

Принятие в Марокко в 2006 г. закона об обращении с отходами в 28-00 и их удалении является в этом контексте поворотным моментом

с точки зрения укрепления правовой базы управления отходами в целом и опасными отходами

в частности.

Однако управление отходами включает несколько этапов, включая хранение, утилизацию, уменьшение количества или восстановление

, например, сжигание, компостирование и контролируемые свалки или анаэробное сбраживание.Последний метод

был внедрен в Марокко в начале 80-х годов, но безуспешно, в основном из-за неадаптации технологии к марокканскому контексту

и недостаточного участия академических исследователей в мониторинге и оценке [3].

Обзор анаэробных мембранных биореакторов для очистки городских сточных вод с акцентом на многокомпонентный биогаз и контроль мембранного загрязнения

Среди различных технологий анаэробного сбраживания, разработанных для очистки сточных вод и восстановления ресурсов, анаэробный мембранный биореактор (AnMBR) выделяется как жизнеспособная альтернатива традиционным процессам.Однако практическое использование AnMBR для очистки огромного количества сточных вод с низкой и средней концентрацией, таких как городские сточные воды (MWW), при температуре окружающей среды, остается проблемой из-за проблемы загрязнения мембран и низкой эффективности рекуперации биоэнергии. В этом обзоре представлены основы процесса AnMBR, касающиеся конфигураций мембран и биореакторов. Затем обсуждаются характеристики AnMBR в отношении удаления загрязняющих веществ и производства биогаза с особым акцентом на анализе происхождения и судьбы многокомпонентного биогаза в жидко-газовой фазе на основе теоретических предсказаний и опубликованных экспериментальных результатов.Обзор исследований механизмов загрязнения мембран включен вместе с обзором широко используемых мер контроля загрязнения для поддержки долгосрочной устойчивой работы AnMBR. Наконец, указываются технические проблемы в улучшении разработки АнМБР с различных точек зрения. Применение AnMBR для очистки сточных вод с низкой концентрацией должно быть дополнительно оптимизировано, чтобы повысить технико-экономическую осуществимость полномасштабной эксплуатации, и больше исследовательского внимания следует уделять перенаправлению органических и питательных веществ для достижения более экономичного процесса с улучшением окружающей среды. преимущества.

У вас есть доступ к этой статье

Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуй еще раз?

Обзор производства биогаза из стоков завода по производству пальмового масла с использованием биореакторов различных конфигураций

Автор

Включено в список:

• Ohimain, Elijah Ige
• Иза, Сильвестр Чибезе

Реферат

Стоки с завода по производству пальмового масла (POME) образуются в результате стерилизации, конденсации и гидроциклонирования пальмового масла на заводах.Если сточные воды сбрасываются в водные и наземные экосистемы без очистки, это может привести к высокой биологической потребности в кислороде (БПК), химической потребности в кислороде (ХПК) и кислому pH водоприемников. Биогаз, состоящий в основном из метана, диоксида углерода и, в меньшей степени, водорода, был произведен путем анаэробной обработки этих токсичных стоков. Процесс производства биогаза включает микробный синтез, включающий гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и метаногенез. Биогаз образуется во время анаэробного разложения POME местными микробными сообществами.Этот обзор обновляет текущее состояние производства биогаза посредством анаэробного сбраживания POME с использованием различных конфигураций реакторов, таких как реактор с псевдоожиженным слоем, анаэробная фильтрация, реактор с восходящим потоком анаэробного слоя ила (UASB), анаэробное контактное сбраживание, анаэробный ил с восходящим потоком реактор с неподвижной пленкой (UASFF), модифицированный анаэробный биореактор с перегородкой (MABB), анаэробный биореактор с перегородкой (ABR), реактор непрерывного действия с мешалкой (CSTR), реактор с расширенным слоем гранулированного ила (EGSB), анаэробная система с ультразвуковой мембраной (UMAS), ультразвуковая- вспомогательная мембранная анаэробная система (UAMAS), мембранная анаэробная система (MAS) и анаэробный реактор ила с восходящим потоком (UASBR).Факторы, которые влияют на выход биогаза во время обработки, включают pH, температуру (факторы окружающей среды), скорость органической нагрузки (OLR), время гидравлического удерживания (HRT), скорость перемешивания, давление, равновесие, активность питательных веществ и микробов (внутренние факторы). Основываясь на этом исследовании, UAMAS — лучшая конфигурация для производства метана из POME во время анаэробной обработки. Биогаз из POME может стать источником энергии для стран-производителей масличной пальмы, предотвращая при этом сопутствующие воздействия на окружающую среду, связанные с его утилизацией.

Рекомендуемое цитирование

Ohimain, Elijah Ige & Izah, Sylvester Chibueze, 2017. « Обзор производства биогаза из стоков завода по производству пальмового масла с использованием различных конфигураций биореакторов », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 70 (C), страницы 242-253.

Обозначение: RePEc: eee: rensus: v: 70: y: 2017: i: c: p: 242-253
DOI: 10.1016 / j.rser.2016.11.221

Скачать полный текст от издателя

Поскольку доступ к этому документу ограничен, вы можете поискать его другую версию.

Ссылки на IDEAS

1. Sumathi, S. & Chai, S.P. & Mohamed, A.R., 2008. « Использование масличной пальмы в качестве источника возобновляемой энергии в Малайзии ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 12 (9), страницы 2404-2421, декабрь.
2. Угоджи, Эстер О., 1997. « Анаэробное сбраживание стоков завода по производству пальмового масла и его использование в качестве удобрения для защиты окружающей среды », Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 10 (2), страницы 291-294.
3. Akinbami, J. -F. К. и Илори, М. О., Ойебиси, Т. О., Акинвуми, И. О. и Адеоти, О., 2001. « Использование энергии биогаза в Нигерии: текущее состояние, будущие перспективы и политические последствия », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 5 (1), страницы 97-112, март.
4. O. Chavalparit & W.H. Рулкенс и А.П.Дж. Мол и С. Khaodhair, 2006. « Варианты обеспечения экологической устойчивости отрасли производства сырого пальмового масла в Таиланде посредством улучшения промышленных экосистем », Окружающая среда, развитие и устойчивость: мультидисциплинарный подход к теории и практике устойчивого развития, Springer, vol.8 (2), страницы 271-287, май.
5. Foo, K.Y. И Хамид Б.Х., 2010. « Понимание применения сточных вод заводов по производству пальмового масла: возобновляемое использование промышленных сельскохозяйственных отходов », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 14 (5), страницы 1445-1452, июнь.

Полные ссылки (включая те, которые не соответствуют элементам в IDEAS)

Цитаты

Цитаты извлекаются проектом CitEc, подпишитесь на его RSS-канал для этого элемента.

Цитируется:

1. Zain, Munirah Md & Mohamed, Abdul Rahman, 2018. « Обзор технологий преобразования для производства продуктов с добавленной стоимостью из Ch5 и CO2 как основных компонентов биогаза », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 98 (C), страницы 56-63.
2. Фасил Айелен Тассев и Венче Хенни Бергланд и Карлос Динамарка и Роальд Коммедал и Руне Бакке, 2019. « Процессы слоя гранулированного ила при анаэробном разложении субстратов, богатых частицами ,» Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol.12 (15), страницы 1-20, июль.
3. Хатун, Рахима и Реза, Мохаммад Имам Хасан и Монируззаман, М. и Яакоб, Захира, 2017. « Устойчивая промышленность масличных пальм: возможности », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 76 (C), страницы 608-619.
4. Логанатх, Радхакришнан и Сенофия-Мэри, Дж., 2020. « Критический обзор необходимости производства биоэлектроэнергии из отходов и сточных вод скотобойни с использованием различных реакторов анаэробного сбраживания », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.134 (С).
5. Кьюм, Мухаммад Абдул и Хайдер, Джунаид и Кадир, Кинза и Валентина, Валентина и Хан, Амин и Ясин, Мухаммад и Аслам, Мухаммад и Де Гвидо, Джорджия и Пеллегрини, Лаура А. и Ли, Муньонг, 2020. « Биогаз для сжиженного биометана: Оценка 3P — Производство, переработка и перспективы ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 119 (С).
6. Cheng, Yoke Wang & Chong, Chi Cheng & Lee, Soon Poh & Lim, Jun Wei & Wu, Ta Yeong & Cheng, Chin Kui, 2020.« Синтез-газ из сточных вод завода по производству пальмового масла (POME) парового риформинга над кобальтитом лантана: эффекты чистой основности ,» Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 148 (C), страницы 349-362.
7. Азиз, М.Д. Манируззаман и Кассим, Хайрул Ануар и Эль-Сергани, Моэтаз и Ануар, Сайед и Джорат, М. Эхсан и Яакоб, Х. и Ахсан, Амимул и Имтеаз, Монзур А. и Арифуззаман, 2020. « Последние достижения в области предварительной обработки сточных вод заводов пальмового масла (POME) и анаэробный реактор для устойчивого производства биогаза », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.119 (С).

Самые популярные товары

Это элементы, которые чаще всего цитируют те же работы, что и эта, и цитируются в тех же работах, что и эта.

1. Охимайн, Элайджа И. и Иза, Сильвестр К., 2014. « Энергетическая самообеспеченность мелких производителей масличной пальмы в Нигерии ,» Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 63 (C), страницы 426-431.
2. Ахмад, Ашфак и Буанг, Азизул и Бхат, А.Х., 2016. « Возобновляемое и устойчивое производство биоэнергии за счет совместного культивирования микроводорослей со стоками завода по производству пальмового масла (POME): обзор ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.65 (C), страницы 214-234.
3. Гива, Адевале и Алаби, Адетунджи и Юсуф, Ахмед и Олукан, Туза, 2017. « Комплексный обзор биомассы и солнечной энергии для устойчивого производства энергии в Нигерии », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 69 (C), страницы 620-641.
4. Ishola, Mofoluwake M. & Brandberg, Tomas & Sanni, Sikiru A. & Taherzadeh, Mohammad J., 2013. « Биотопливо в Нигерии: критическая и стратегическая оценка », Возобновляемая энергия, Elsevier, vol.55 (C), страницы 554-560.
5. Foo, K.Y. И Хамид, Б.Х., 2009. « Использование отходов биодизеля в качестве возобновляемого ресурса для активированного угля: применение к экологическим проблемам », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 13 (9), страницы 2495-2504, декабрь.
6. O-Thong, Sompong & Boe, Kanokwan & Angelidaki, Irini, 2012. « Термофильное анаэробное совместное сбраживание пустых гроздей плодов масличной пальмы со стоками с завода по производству пальмового масла для эффективного производства биогаза ,» Прикладная энергия, Elsevier, т.93 (C), страницы 648-654.
7. Silalertruksa, Thapat & Gheewala, Shabbir H., 2012. « Оценка экологической устойчивости производства пальмового биодизеля в Таиланде ,» Энергия, Elsevier, т. 43 (1), страницы 306-314.
8. Шекарчян, М., Могхаввеми, М., Мотасеми, Ф., Зарифи, Ф. и Махлия, Т.М.И., 2012. « Прогноз потребления энергии и топлива при модернизации абсорбционного охлаждения в Малайзии с 2012 по 2025 год », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.16 (8), страницы 6128-6141.
9. Шекарчян, М., Могхаввеми, М. и Махлия, Т.М.И. И Мазандарани А., 2011. « Обзор структуры производства и выбросов электроэнергии в Малайзии с 1976 по 2008 год ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 15 (6), страницы 2629-2642, август.
10. Чен, Ю и Ху, Вэй и Суини, Сандра, 2013 г. « Доступность ресурсов для производства биогаза в домашних условиях в сельских районах Китая ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.25 (C), страницы 655-659.
11. Абхинав Чоудхури и Стефани Лансинг, 2019. « Производство метана и сероводорода при совместном сбраживании мармеладных отходов с пищевыми отходами, жирными отходами и смесью молочного навоза », Энергия, MDPI, Open Access Journal, vol. 12 (23), страницы 1-12, ноябрь.
12. Эмоди, Ннаэмека Винсент и Бу, Кён-Джин, 2015. « Устойчивое развитие энергетики в Нигерии: текущее состояние и варианты политики », Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol.51 (C), страницы 356-381.
13. Jekayinfa, S.O. И Бамгбое, А.И., 2008. « Анализ использования энергии на отдельных заводах по производству пальмового масла на юго-западе Нигерии », Энергия, Elsevier, т. 33 (1), страницы 81-90.
14. Rathmann, Régis & Szklo, Alexandre & Schaeffer, Roberto, 2010. « Конкуренция землепользователей для производства пищевых продуктов и жидкого биотоплива: анализ аргументов в текущих дебатах ,» Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 35 (1), страницы 14-22.
15. Ajayi, Oluseyi O, 2013.« Устойчивое развитие энергетики и охрана окружающей среды: значение для отдельных государств Западной Африки ,» Обзоры возобновляемой и устойчивой энергетики, Elsevier, vol. 26 (C), страницы 532-539.
16. Артур, Ричард и Байду, Мартина Франциска и Антви, Эдвард, 2011 г. « Биогаз как потенциальный возобновляемый источник энергии: пример из Ганы », Возобновляемая энергия, Elsevier, vol. 36 (5), страницы 1510-1516.
17. Polprasert, Chongchin & Patthanaissaranukool, Withida & Englande, Эндрю Дж., 2015. « Выбор между RBD (очищенным, отбеленным и дезодорированным) пальмовым олеином и пальмовым метиловым эфиром из категории компании углерода» Энергия, Elsevier, т. 88 (C), страницы 610-620.
18. Хасан, Мохд Нор Азман и Харамилло, Паулина и Гриффин, У. Майкл, 2011. « Жизненный цикл выбросов парниковых газов в результате развития биоэнергетики масличной пальмы в Малайзии: влияние на энергетическую безопасность транспортного сектора «, Энергетическая политика, Elsevier, vol. 39 (5), страницы 2615-2625, май.
19. Ли Синь Ни, Фазлин Али и Занурул Хузайма Зайнудин, 2016 г. « Факторы, влияющие на внедрение Малайзии устойчивого пальмового масла (MSPO) среди мелких производителей масличной пальмы в Малайзии ,» Международный журнал академических исследований в области бизнеса и социальных наук, Общество академических исследований управления человеческими ресурсами, Международный журнал академических исследований в области бизнеса и социальных наук, вып. 6 (12), страницы 272-284, декабрь.
20. Абдулла, А.З. И Саламатиния, Б.И Мутабади, Х. и Бхатия, С., 2009. « Текущее состояние и политика в области биодизельной промышленности Малайзии как ведущего мирового производителя пальмового масла », Энергетическая политика, Elsevier, vol. 37 (12), страницы 5440-5448, декабрь.

Исправления

Все материалы на этом сайте предоставлены соответствующими издателями и авторами. Вы можете помочь исправить ошибки и упущения. При запросе исправления укажите идентификатор этого элемента: RePEc: eee: rensus: v: 70: y: 2017: i: c: p: 242-253 .См. Общую информацию о том, как исправить материал в RePEc.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, заголовка, аннотации, библиографической информации или информации для загрузки, обращайтесь:. Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/600126/description#description .

Если вы создали этот элемент и еще не зарегистрированы в RePEc, мы рекомендуем вам сделать это здесь. Это позволяет привязать ваш профиль к этому элементу.Это также позволяет вам принимать потенциальные ссылки на этот элемент, в отношении которых мы не уверены.

Если CitEc распознал библиографическую ссылку, но не связал с ней элемент в RePEc, вы можете помочь с этой формой .

Если вам известно об отсутствующих элементах, цитирующих этот элемент, вы можете помочь нам создать эти ссылки, добавив соответствующие ссылки таким же образом, как указано выше, для каждого ссылочного элемента. Если вы являетесь зарегистрированным автором этого элемента, вы также можете проверить вкладку «Цитаты» в своем профиле RePEc Author Service, поскольку там могут быть некоторые цитаты, ожидающие подтверждения.

По техническим вопросам, касающимся этого элемента, или для исправления его авторов, названия, аннотации, библиографии или информации для загрузки, обращайтесь: Nithya Sathishkumar (адрес электронной почты указан ниже). Общие контактные данные поставщика: http://www.elsevier.com/wps/find/journaldescription.cws_home/600126/description#description .

Обратите внимание, что исправления могут отфильтроваться через пару недель. различные сервисы RePEc.

Оценка эффективности различных биореакторов для метановой ферментации предварительно обработанной пшеничной соломы с навозом крупного рогатого скота

В данной статье исследуются результаты работы сконфигурированных полунепрерывных мезофильных биореакторов для метановой ферментации предварительно обработанной пшеничной соломы, совместно переработанной с навозом крупного рогатого скота.Полунепрерывный процесс проводился в трех различных типах биореакторов, то есть в резервуарном реакторе непрерывного действия с мешалкой (CSTR), реакторе с неподвижной пленкой (FFR) и обычном реакторе с плавающим барабаном (CR), со скоростью загрузки органических веществ 2,2 кг летучих веществ. твердых веществ (VS) / день. Наблюдаемые результаты показали, что конфигурация FFR увеличила выход метана на 41,1%. Однако конфигурация CSTR оказала лишь незначительное влияние на увеличение выхода метана (выход увеличился только на 10.6%) по сравнению с CR. Удаление VS для варочных котлов не сильно варьировалось при той же скорости загрузки органических веществ. Исследование показало, что предварительно обработанная пшеничная солома с FFR дает выход метана 0,342 м ³ / кг VS, тогда как CSTR и CR имеют выход метана 0,289 м ³ / кг VS и 0,264 м ³ / кг VS соответственно.

1 Введение

В 21 веке ресурсы ископаемого топлива не считаются устойчивыми с экологической и экологической точек зрения.В настоящее время 90% используемых энергоносителей имеют ископаемое происхождение, и их использование связано с массовым выбросом углекислого газа в атмосферу. Ежегодно в атмосферу нашей Земли поступает более 15 миллиардов тонн углекислого газа [1, 2]. Неблагоприятное воздействие выбросов парниковых газов на окружающую среду, сокращение запасов нефти и обеспокоенность будущей энергетической безопасностью хорошо осознаются во всем мире. Поэтому в последнее время наблюдается интерес к производству и использованию топлива, получаемого из растительных ресурсов, для устойчивого развития экономики и общества экологически безопасным способом.Ресурсы биомассы — единственные устойчивые и возобновляемые источники первичной энергии, которые могут обеспечить альтернативные виды топлива. Сельскохозяйственные остатки или лигноцеллюлозная биомасса считаются наиболее богатыми возобновляемыми ресурсами биомассы, они крайне необходимы и важны для устойчивого производства биотоплива в долгосрочной перспективе [3, 4]. Существуют некоторые основные ограничения для анаэробных реакторов для сбраживания сельскохозяйственных остатков, одним из которых является предварительная обработка сельскохозяйственных остатков, поскольку такая биомасса содержит высокое содержание лигнина, который с трудом поддается биологическому разложению анаэробными микроорганизмами.Поэтому были исследованы различные типы предварительной обработки, которые, как сообщается, позволяют найти решение [5, 6]. Сообщается, что предварительная щелочная обработка, такая как гидроксид натрия, гидроксид кальция и карбонат натрия, является рентабельной по сравнению с другими видами предварительной обработки с повышенной эффективностью биометанирования пшеничной соломы [4].

Есть несколько рабочих параметров, которые влияют на эффективность метановой ферментации. Эти параметры необходимо оптимизировать для эффективного процесса биометанирования определенного типа биомассы.Среди них — проектирование реакторов. Выбор типа реактора определяется природой отходов и их характеристиками, в частности содержанием летучих веществ [6]. Существует несколько типов биогазовых реакторов, и каждый реактор имеет свою собственную конфигурацию, такую ​​как реактор непрерывного действия с мешалкой (CSTR), анаэробный контактный реактор, реактор с псевдоожиженным слоем, реактор с неподвижной пленкой (FFR) и реактор с восходящим потоком анаэробного слоя ила. [7]. Среди этих конфигураций наиболее широко используются CSTR и FFR благодаря ряду преимуществ, о которых сообщается в литературе [8].Ограничения CSTR состоят в том, что существует необходимость удерживать в реакторе бактерии, которые катализируют процесс [9], а также потеря неразложившихся летучих частиц в виде твердых частиц из-за короткого замыкания [3]. Напротив, системы FFR обычно используются для очистки сложных сточных вод, включая очистку лигноцеллюлозных сточных вод лесной промышленности [10]. FFR и CSTR в целом имеют несколько преимуществ по сравнению с другими реакторами и могут работать с гораздо более короткими временами гидравлического удерживания, тем самым обеспечивая более быструю обработку при меньших затратах на хранение.

Кроме того, с точки зрения производства биоэтанола и биометана, производство биоэтанола путем ферментации целлюлозы (C-6) является глубоко укоренившимся процессом, который потенциально осуществляется пекарскими дрожжами ( Saccharomyces cerevisiae ) [11–13]. К сожалению, микроорганизмы с высоким выходом этанола ( Zymomonas mobilis ) или дрожжи не способны сбраживать все типы сахарных субстратов, то есть ксилозу и арабинозу, до этанола [11, 14]. Однако процесс биометанирования подходит для целлюлозной биомассы, поскольку он эффективно и легко разлагает все типы сахаров, а также доступные сырые жиры и белки.В настоящем исследовании была исследована производительность производства биометана в различных типах реакторов полунепрерывного действия (CSTR, FFR и обычный реактор [CR]) на предварительно обработанной соломе пшеницы и навозе крупного рогатого скота с целью сравнения эффективности конфигураций реакторов. между CSTR, FFR и CR.

2 Материалы и методы

2.1 Предварительная обработка пшеничной соломы

образцов соломы свежей пшеницы были получены с местной фермы в Нью-Дели, Индия.Образцы измельчали ​​до размера частиц <1-2 мм с помощью блендера (Hummer 900, Дели, Индия) и хранили до использования в экспериментах. Свежий навоз крупного рогатого скота был также получен с молочной фермы, расположенной в Нью-Дели. Предварительно обработанный образец пшеничной соломы смешивали с навозом крупного рогатого скота в соотношении 40:60 для процесса анаэробного сбраживания. Подробности предварительной обработки пшеничной соломы приведены ниже.

Исходный материал с комбинацией гидроксида кальция (Ca [OH] ₂ ) и карбоната натрия (Na ₂ CO ₃ ) инкубировали в течение 48 часов при температуре окружающей среды, которая варьировалась от 25 ° C до 30 ° C. [4].Концентрация обоих катализаторов, то есть Ca (OH) ₂ и Na ₂ CO ₃ , составляла 3% на основе отношения массы к объему. Отношение субстрата к растворенной каталитической жидкости составляло 10% в расчете на массовое соотношение.

2.2 Реакторная экспериментальная установка

Пилотное исследование эффективной метановой ферментации пшеничной соломы было проведено на Микромодельном комплексе Индийского технологического института в Дели. Экспериментальные реакторы мощностью 2.2 м ³ были изготовлены с некоторыми необходимыми модификациями, необходимыми для сельскохозяйственных остатков. Для индивидуальной экспериментальной оценки были установлены три реактора. Один из них был CSTR, второй реактор был FFR, а третий реактор был обычным реактором с плавающим барабаном (CR), который использовался в качестве регулирующего реактора. Эти три реактора были модифицированы для использования биомассы пшеничной соломы в качестве исходного материала. Входной и выходной диаметры всех трех реакторов составляли 152,4 мм. На всех реакторах усовершенствована направляющая рама.Реактор CSTR был оборудован стальной мешалкой для перемешивания субстрата, что облегчало доступ к субстрату для анаэробных микроорганизмов. Мешалка работала с помощью электродвигателя мощностью 0,746 кВт, подключенного через коробку передач, который поддерживал скорость вращения мешалки на уровне 10 об / мин. Фиксированная пленка в FFR была сделана из бамбука и вставлена ​​в реактор вертикально. CR использовался в качестве контроля для сравнения производительности двух других реакторов. Подробная информация об этих трех реакторах представлена ​​ниже.

2.2.1 CSTR эксперимент:

CSTR вместимостью 2,2 м ³ работал в полунепрерывном режиме в течение 90 дней. На рисунке 1 показаны схематические и графические изображения различных компонентов, подключенных к CSTR. Главный реактор имел возможность соединения с отдельным плавучим барабаном вместимостью 1,0 м ³ , что позволяло измерять объем производства биогаза, производимого из реактора. В реактор подавали 25 кг субстрата один раз в день с оптимальным соотношением предварительно обработанной пшеничной соломы и навоза крупного рогатого скота.Общая концентрация твердых веществ в подаваемом субстрате поддерживалась на уровне 10% при скорости загрузки в реактор 2,2 кг летучих твердых веществ (VS) / день.

Рисунок 1:

Схематическое и графическое изображение различных компонентов, прикрепленных к резервуарному реактору непрерывного действия с мешалкой (CSTR).

2.2.2 Эксперимент FFR:

FFR вместимостью 2,2 м ³ также работал при мезофильных температурах в течение 90 дней.Фиксированные пленки были изготовлены из бамбука в форме сетки. На рисунке 2 показаны схематические и графические изображения FFR с различными насадками. Пленочный материал был выбран с учетом таких факторов, как длительный срок службы, прочность, стоимость, доступность на месте и отсутствие коррозии. Форма фиксированной пленки была подготовлена ​​с учетом следующих моментов: i) она должна обеспечивать большую площадь поверхности для иммобилизации микробов и в то же время она должна занимать меньше места; б) он не должен забивать субстрат; и iii) по высоте пленка должна оставаться погруженной в суспензию.Количество произведенного биогаза измерялось с помощью плавающего барабана. Скорость подачи в реактор, общая концентрация твердых веществ и скорость загрузки органических веществ поддерживались такими же, как в случае эксперимента CSTR (как указано в разделе 2.2.1).

Рисунок 2:

Схематический и фотографический вид реактора с неподвижной пленкой (FFR).

2.2.3 CR эксперимент:

CR вместимостью 2.2 м ³ также эксплуатировался в тех же условиях, что и CSTR и FFR. Этот реактор использовался в качестве контроля для CSTR и FFR. На рисунке 3 показаны схематические и графические изображения CR с различными насадками. Скорость подачи в реактор, общая концентрация твердых веществ и скорость загрузки органических веществ поддерживались такими же, как в случае эксперимента CSTR (как указано в разделе 2.2.1).

Рисунок 3:

Схематический и фотографический вид обычного реактора (CR).

Все три типа полунепрерывных реакторов питались оптимизированными предварительно обработанными субстратами из пшеничной соломы: 3% Ca (OH) ₂ + 3% Na ₂ CO ₃ (температура 33,66 ^o C, время инкубации 27,87 ч) смешивают с навозом крупного рогатого скота в соотношении 40:60 (предварительно обработанная пшеничная солома: навоз крупного рогатого скота), поддерживая общее содержание твердых веществ в субстрате на уровне 10%. Эксперименты по ферментации метана проводились с марта 2012 г. по август 2012 г.Инокулят, используемый для пуска реакторов, был разработан индивидуально для каждого реактора путем одновременной загрузки всего объема реакторов свежим навозом крупного рогатого скота и выдержки в течение 60 дней для полного мгновенного образования инокулята в каждом реакторе.

2.3 Аналитические инструменты и методы

Были выполнены измерения суточной добычи газа, температуры субстрата, pH суспензии, летучих жирных кислот (ЛЖК) и состава газа. Образцы суспензии собирали из каждого реактора через каждые 5 дней и анализировали на предмет приблизительных параметров, общего содержания углерода, общего азота, фосфора и калия.Общий азот анализировали на анализаторе CHN (vario EL Perkin Elmer, США). Общие твердые вещества, VS, фосфор (P) и калий (K) анализировали в соответствии со стандартными методами анализа Американской ассоциации общественного здравоохранения [15]. Общее количество летучих жирных кислот определяли с помощью газожидкостной хроматографии (Nucon 5700), снабженной пламенным ионизационным детектором (FID), детектором теплопроводности и колонкой Chromasorb 101 размером 6 м × 3 м. Концентрации метана и диоксида углерода в полученном биогазе анализировали с помощью газового хроматографа (модель 7890A, Agilent, Германия), снабженного колонкой Porapak Q из нержавеющей стали диаметром 3.175 мм, длиной 2,74 м и датчиком теплопроводности.

3. Результаты и обсуждение

Производительность всех трех типов анаэробных реакторов была проанализирована на предмет суточной выработки биогаза, концентрации метана и диоксида углерода в добываемом газе, а также выработки метана, которые зависят от рабочих условий варочного котла, т. Е. Температуры субстрата, pH субстрата и т. Д. и производство ЛЖК. Сообщалось, что процесс получения биогаза сильно зависит от типа реактора и условий эксплуатации [11].

3.1 Рабочие параметры реактора

3.1.1 Рабочая температура основания

На рис. 4 показана температура субстрата, наблюдаемая в процессе анаэробного сбраживания. Максимальное и минимальное изменение температуры подложки для CSTR составило 34,0–38,0 ° C. Однако изменения температуры подложки в случаях FFR и CR составили 35–39 ° C и 36,0–39,5 ° C соответственно. Наблюдаемые результаты ясно показали, что все три варочных котла работали в мезофильных температурных условиях.Сообщается, что оптимальная температура для мезофильной работы анаэробных варочных котлов находится в пределах 30–35 ° C с минимальными и максимальными предельными значениями 20–40 ° C [16]. Сообщалось, что повышение рабочей температуры также увеличивает токсичность аммиака [5, 17]. Кроме того, было обнаружено, что мезофильные температурные варочные котлы улучшают более высокую скорость разложения летучих по сравнению с термофильными варочными котлами. Однако для этих варочных котлов требуется более высокое время гидравлического удерживания при мезофильной температуре [18].Работа анаэробных варочных котлов при мезофильной температуре подходит для климатических условий Индии, что позволяет избежать дополнительных затрат энергии, необходимых для поддержания температуры.

Рисунок 4:

Изменение температуры подложки при работе различных реакторов.

3.1.2 pH субстрата

Изменения значений pH субстратов в различных реакторах во время метановой ферментации показаны на Рисунке 5.Было обнаружено, что начальные значения pH субстрата сразу после подачи в CSTR, FFR и CR составили 7,5, 7,6 и 7,2 соответственно. Минимальные и максимальные значения изменения pH во время работы варочного котла CSTR составляли 7,5 и 8,4, а аналогичные значения 7,6 и 8,5 были обнаружены в случае FFR. Кроме того, минимальные и максимальные значения pH для обычного варочного котла составляли 7,2 и 8,2 соответственно.

Рисунок 5:

Изменение pH субстрата в различных реакторах в процессе ферментации метана.

Из рисунка ясно видно, что наблюдаемые значения pH не показывают четкой и стабильной взаимосвязи между тремя различными реакторами. Быстрое падение pH для всех реакторов наблюдалось в течение третьей недели переваривания и начало увеличиваться с последующей стабилизацией после четвертой недели. Сообщается, что оптимальный pH для работы анаэробных варочных котлов составляет 6,8–7,2 с предельными значениями 6,6–7,6 [16]. Таким образом, наблюдаемые результаты во всех трех случаях работы реактора значения pH были в пределах нормы.Линия графика pH субстрата для FFR находилась между графиками CSTR и CR. Было обнаружено, что значение pH увеличилось на 49-й день в случае FFR, что могло быть связано с накоплением некоторого количества аммиака, в то время как снижение pH наблюдалось в случае CSTR на 21-й день, что привело к накопление летучих жирных кислот в реакторе (как ясно видно на рисунке 6), вызванное более сильным перевариванием органических веществ до кислот.

Рисунок 6:

Наблюдаемое образование летучих жирных кислот в различных реакторах во время ферментации метана.

3.1.3 Производство VFA

На рис. 6 представлены изменения количества продуцируемых ЛЖК во время анаэробного переваривания субстрата в различных реакторах. Во время пускового периода (первые 7 дней) процесса метановой ферментации образование ЛЖК составило 3,5 г / л, 4,0 г / л и 3,7 г / л для CSTR, FFR и обычного реактора. (CR), соответственно, что было минимумом, наблюдаемым в ходе расследования.Максимальное значение концентрации ЛЖК в субстратах составило 5,4 г / л на 63-й день в CSTR, 5,6 г / л на 84-й день в FFR и 5,2 г / л на 63-й день в обычном реакторе. .

Наблюдаемые результаты показали, что скорость превращения летучих веществ в биогаз увеличивалась с увеличением роста бактерий в диапазоне температур 35-40 ^o C. Накопление ЛЖК показало небольшое влияние на pH во время запуска. план реакторов, как показано на рисунке 5.Эта фаза ингибирует метаногены в реакторе. Ингибирование также может быть связано с присутствием в сырье низкомолекулярных соединений лигнина [19].

3.2 Анализ производительности CSTR

Ежедневная выработка биогаза различными реакторами (CSTR, FFR и CR) показана на рисунке 7. Кроме того, объемная концентрация метана в биогазе, производимом из различных реакторов, и суточная выработка метана показаны на рисунках 8 и 9 соответственно.В ходе исследования наблюдалось, что содержание метана в биогазе, производимом из обычного реактора, находится в диапазоне 55–56%. Кроме того, было обнаружено, что наблюдаемое изменение содержания метана для CSTR варьируется от 55% до 57%, и было обнаружено, что оно почти аналогично таковому в обычном реакторе.

Рисунок 7:

Изменение суточной выработки биогаза в различных типах реакторов.

Рисунок 8:

Объемная концентрация метана в биогазе, производимом в различных реакторах.

Рисунок 9:

Изменение суточной выработки метана в различных типах реакторов.

Было обнаружено, что производительность CSTR дает лишь незначительное увеличение выхода метана по сравнению с производительностью обычного реактора (CR). Выход метана реактора CSTR оказался равным 0,289 м ³ / кг VS, с выходом производства биогаза 0.538 м ³ / кг VS, как показано в Таблице 1. Было обнаружено, что наблюдаемая средняя эффективность разложения VS составила 32,0%, как показано на Рисунке 10. Было обнаружено, что выход метана на 10,6% выше по сравнению с обычным реактором. , хотя субстрат внутри реактора непрерывно тщательно перемешивался с использованием механической мешалки.

Таблица 1:

Выходы производства метана и биогаза в резервуарном реакторе непрерывного действия с мешалкой (CSTR), в реакторе с неподвижной пленкой (FFR) и в варочных котлах с обычным реактором (CR).

Реактор	Производство метана (м 3 / сутки)	Производство биогаза (м3 3 / сутки)	% Увеличение производства метана	Производство метана м 3 / кг VS	Производство биогаза (м 3 / кг VS)
CSTR	0,732	1,31	10,6	0.289	0,538
FFR	0,934	1,59	41,1	0,342	0.601
CR	0,662	1,17	Контроль	0,264	0,484

Рисунок 10:

Эффективность разложения летучих твердых веществ при ферментации метана в различных реакторах.

Наблюдаемые результаты показали, что непрерывное перемешивание субстрата не является желательным вариантом для повышения активности бактерий и получения более высокого выхода метана. Кроме того, постоянное перемешивание требует дополнительных затрат энергии в процессе. В экспериментальном исследовании, проведенном по влиянию смешения на выход метана, было обнаружено, что по сравнению с непрерывным перемешиванием, в стратегиях прерывистого и минимального перемешивания производство метана увеличивается на 1.3% и 12,5% соответственно [3]. Более того, на перемешивание приходится до 54% ​​потребляемой мощности существующих биогазовых установок, и это было рекомендовано как возможность более эффективно эксплуатировать биогазовые установки, чтобы снизить потребление энергии, избегая постоянного перемешивания [20].

3.3 Анализ производительности FFR

Ежедневный выход биогаза в THE FFR снова показан на Рисунке 7, а объемная концентрация метана в произведенном биогазе и суточный выход метана показаны на Рисунках 8 и, соответственно.Было обнаружено, что наблюдаемое содержание метана для FFR варьируется от 56% до 60% и оказалось самым высоким по сравнению с двумя другими реакторами. Минимальное, но значительное увеличение содержания метана наблюдалось в случае FFR по сравнению с двумя другими реакторами (CSTR и CR).

Сообщалось, что содержание метана в произведенном биогазе зависит от разложения более мелких органических веществ (таких как ацетат, углекислый газ и водород) на метан как по ацетокластическим, так и по гидрогенотрофным путям [16].Повышенное содержание метана в FFR было связано с улучшенной производительностью микробного консорциума метаногенных архей, которая зависит от многих параметров, например, pH, температуры и инокулята. Сообщалось, что FFR обеспечивает большую площадь поверхности, на которой микробы могут оставаться в течение длительного времени, следовательно, повышая эффективность преобразования летучих веществ в метан с увеличением популяции метаногенных бактерий [8].

Из таблицы 1 видно, что наблюдаемый средний выход производства метана и биогаза для CR был равен 0.264 м ³ / кг и 0,484 м ³ / кг ВС соответственно. Средний выход метана во время анаэробного сбраживания соломы пшеницы, переваренной вместе с навозом КРС в FFR, составил 0,342 м ³ / кг VS, при удельном выходе биогаза 0,601 м ³ / кг VS. Наблюдаемая эффективность разложения VS составила 34,75%. Низкое образование метана наблюдалось во время начальной фазы процесса ферментации метана, что, очевидно, связано с процессом гидролиза, а превращение промежуточных продуктов происходило очень медленно.Наблюдаемые результаты показали, что производительность процесса, производство биогаза и производство метана были лучше, чем с другими реакторами при той же скорости загрузки органических веществ, соотношении сырья, температуре и объеме реакторов. Максимальный выход метана 0,414 м ³ / кг VS был отмечен на 14-й день работы реакторов с совместным сбраживанием соломы пшеницы с навозом крупного рогатого скота в результате повышения рабочей температуры, вызывающего более высокую скорость разложения VS. FFR также показал небольшое увеличение производства биогаза, а также метана во втором месяце, опять же из-за повышения рабочей температуры.

В общем анализе результаты пилотного исследования, проведенного по совместному сбраживанию предварительно обработанной пшеничной соломы с навозом крупного рогатого скота, показали, что конфигурация реактора оказывает сильное влияние на анаэробное сбраживание субстратов. Было обнаружено, что этот процесс более эффективен в случае FFR, чем в случае CSTR и CR. Полученный выход метана увеличился на 41,1% (включая период пуска) по сравнению с контрольным реактором (CR). Повышенная эффективность FFR обусловлена ​​повышением активности бактерий, так как из-за условий фиксированной пленки анаэробные микробы дольше задерживаются в субстрате, а фиксированная пленка не позволяет им вымываться через выходное отверстие реактор.Наслоение микроорганизмов в варочных котлах без перемешивания исследовали Alexandra et al. [20]. В первом случае варочный котел не перемешивали в течение 24 часов, а во втором случае варочный котел не перемешивали в течение 2 месяцев, чтобы исследовать эффект расслоения микроорганизмов в переваривающем субстрате. Результаты показали, что микроорганизмы метаногена предпочитают нижние слои варочного котла без перемешивания. Кроме того, характеристики CSTR и FFR подтверждают, что конфигурация реактора FFR проще в эксплуатации и сравнительно более эффективна, чем другие реакторы.

3.4 Мануриальный анализ сброженного навоза

Содержание манурия (азот, фосфор и калий) в сброженной суспензии, полученной из всех трех реакторов, представлено в таблице 2. Максимальное содержание азота было обнаружено в CSTR как 1,16%, и почти одинаковое количество азота было проанализировано в обоих. FFR и CR составляют 1,13%. Было обнаружено, что содержание фосфора в сброженной суспензии составляет 0,56% в дигестате FFR. Однако наблюдалось 0,51% и 0.54% для CR и CSTR соответственно. Кроме того, содержание калия в сброженной суспензии из CR, CSTR и FFR составляло 0,86%, 0,86% и 0,87% соответственно. Переваренный навоз считается органическим навозом хорошего качества, который может заменить химические удобрения в системах выращивания сельскохозяйственных культур, наряду с поддержанием здоровья почвы и способствовать развитию органического земледелия.

Таблица 2:

Содержание азота, фосфора и калия в сброженной суспензии.

Параметр	Сброженный шлам из реактора
	CSTR	FFR	CR
Азот (N),%	1.16 ± 0,3	1,13 ± 0,2	1,13 ± 02
Фосфор (P),%	0,54 ± 0,2	0,56 ± 0,3	0,51 ± 0,3
Калий (K),%	0,86 ± 0,3	0,87 ± 0,2	0,86 ± 0,3

4 Выводы

Пилотная оценка метановой ферментации субстрата, переваренного соломой пшеницы, с навозом крупного рогатого скота в реакторах полунепрерывного действия, показала, что FFR является весьма осуществимым и экономичным способом производства биометана в процессе анаэробного сбраживания.Наблюдаемые результаты показали, что конфигурация FFR увеличила выход метана на 41,1%. Однако конфигурация CSTR оказала лишь незначительное влияние на увеличение выхода метана (увеличилось только на 10,6%). Результаты показали, что непрерывное перемешивание субстрата в варочном котле не является желательным способом повышения продуктивности метана, что также потребляет энергию в процессе непрерывного перемешивания.

Авторы выражают благодарность за финансовую поддержку и предоставление помещений Центром развития сельских районов и технологий Индийского технологического института в Дели, Индия, за проведение этого исследования.

Ссылки

[1] Камм Б., Грубер П.Р., Камм М., ред., Биоперерабатывающие заводы — промышленные процессы и продукты, статус-кво и направления на будущее. Wiley-Verlag GmbH and Co KGaA: Weinheim, 2006, Vol. 1–2. Ищите в Google Scholar

[2] Anonymous. Планирование и установка биоэнергетических систем — Руководство для монтажников, архитекторов и инженеров. Немецкое общество солнечной энергии (DGS) и Ecofys, James & James Science Publishers Ltd: Великобритания и США, 2005 г.Искать в Google Scholar

[3] Kaparaju P, Buendía I, Ellegaard L, Angelidaki I. Bioresour. Technol. 2008, 97, 4919–4928. Искать в Google Scholar

[4] Кришания М., Виджай В.К., Чандра Р. Energy 2013, 57, 359–367. Искать в Google Scholar

[5] Weiland P. Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010, 85, 849–860. Искать в Google Scholar

[6] Кришания М, Кумар В., Виджай В.К., Малик А. Fuel 2012, 106, 1–9. Искать в Google Scholar

[7] Rao AG, Bapat AN. Биоресурсы. Technol. 2006, 97, 2311–2320. Искать в Google Scholar

[8] Yadvika, Santosh, Sreekrishnan TR, Kohli S, Rana V. Bioresour. Technol. 2004, 95, 1–10. Искать в Google Scholar

[9] Бо К. Онлайн-мониторинг и контроль процесса биогаза , Ph.D. Диссертация, Институт окружающей среды и ресурсов. Технический университет Дании, 2006. Поиск в Google Scholar

[10] Smith MT, Sommer P, Ahring BK. Biotechnol.Bioeng. 2003, 84, 7–12. Искать в Google Scholar

[11] Капараджу П., Серрано М., Ангелидаки И. Биоресурсы. Technol. 2009, 100, 6317–6323. Искать в Google Scholar

[12] Gray KA, Zhao L, Emptage M. Curr. Opin. Chem. Биол. 2006, 10, 141–6. Искать в Google Scholar

[13] Кришания М, Бакал С.Б., Чаурасиа СП. J. Biofuels 2010, 1, 236–244. Искать в Google Scholar

[14] Olofsson K, Bertilsson M, Liden G. Biotechnol.Биотопливо 2008, 1, 1–7. Ищите в Google Scholar

[15] Американская ассоциация общественного здравоохранения (APHA). Стандартные методы исследования воды и сточных вод . Вашингтон, округ Колумбия, 1998. Поиск в Google Scholar

[16] Gerardi MH, Ed., Микробиология анаэробных дигестеров. John Wiley & Sons, Inc.: Хобокен, Нью-Джерси, 2003. Искать в Google Scholar

[17] Prasad CR. Khadi Gramodyog 1985, 20, 514–518. Искать в Google Scholar

[18] Parawira W, Read JS, Mattiasson B, Bijornsson L. Биомасса Биоэнергетика 2008, 32, 44–50. Искать в Google Scholar

[19] Sierra-Alvarez R, Field J, Kortekaas S, Lettinga G. Water Sci. Technol. 1914, 29, 353–364. Искать в Google Scholar

[20] Kowalczyk A, Harnisch E, Schwede S, Gerber M, Span R. J. Appl. Энергия 2013, 112, 465–472. Искать в Google Scholar

Поступила: 2015-8-13

Принято: 2016-2-16

Опубликовано в сети: 2016-4-20

Напечатано: 2016-4-1

Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности.Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались.Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie.Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

ER-201434

Публикации

Аслам, М., П. Маккарти, Дж. Бэ, Дж. Ким. 2014. Влияние характеристик псевдоожиженных сред на загрязнение мембран и потребление энергии в анаэробных мембранных биореакторах с псевдоожиженным слоем. Технология разделения и очистки , 132: 10-25.

Аслам, М., П.Л. Маккарти, С. Шин, Дж. Бэ и Дж. Ким. 2017. Низкоэнергетический одноступенчатый анаэробный керамический мембранный биореактор с псевдоожиженным слоем (AFCMBR) для очистки сточных вод. Технология биоресурсов , 240: 33-41.

Бэ, Дж., К. Шин, Э.Ли, Дж. Ким и П.Л. Маккарти. 2014. Анаэробная очистка сточных вод низкой прочности: сравнение одинарных и ступенчатых анаэробных мембранных биореакторов с псевдоожиженным слоем. Технология биоресурсов , 165: 75-80.

Чхунхон С. и Б. Джэхо. 2018. Текущее состояние пилотных анаэробных мембранных биореакторов для очистки бытовых сточных вод: критический обзор. Технология биоресурсов , 247: 1038-1046.

Койл, С. 2017. Установки оценивают процесс очистки сточных вод с целью достижения нулевых целей. Окружающая среда корпуса , 18 (3): 7.

Evans, P.J., P. Parameswaran, K. Lim, J. Bae, C. Shin, J. Ho, and P.L. Маккарти. 2019. Сравнительная экспериментальная оценка анаэробных мембранных биореакторов с газовым барботажем и гранулированным активированным углем для очистки бытовых сточных вод. Bioresource Technololgy , 288: 120949

Harclerode, M., A. Doody, A. Brower, P. Vila, J. Ho, and P.J. Evans. 2020. Оценка жизненного цикла и экономический анализ конфигурации всего завода анаэробного мембранного биореактора для восстановления ресурсов из бытовых сточных вод. Журнал экологического менеджмента , 269: 110720.

Ли, Р., П.Л. Маккарти, Дж. Бэ и Дж. Ким. 2014. Анаэробный мембранный биореактор с псевдоожиженным слоем Полировка выходящего потока реактора с перегородками во время очистки разбавленных сточных вод. Журнал химической технологии и биотехнологии , 90 (3): 391-397.

Ли, Р., П.Л. Маккарти, Дж. Ким и Дж. Бэ. 2016. Влияние добавления FeCl3 на работу ступенчатого анаэробного мембранного биореактора с псевдоожиженным слоем. Water Science & Technology , 74 (1): 130-137.

Лим, К., П.Дж. Эванс и П. Парамесваран. 2019. Долгосрочная работа пилотного газового анаэробного мембранного биореактора при температурах окружающей среды для комплексной очистки сточных вод. Наука об окружающей среде и технологии , 53: 7347-7354.

McCurry, D.L., S.E. Bear, J. Bae, D.L. Седлак, П. Маккарти и У. Митч. A. 2014. Превосходное удаление прекурсоров побочных продуктов дезинфекции и фармацевтических препаратов из сточных вод в поэтапном анаэробном мембранном биореакторе с псевдоожиженным слоем по сравнению с активированным илом. Письма об экологической науке и технологиях , 1 (11): 459-464.

Шин, К., К. Ким, П.Л. Маккарти, Дж. Ким и Дж. Бэ. 2016. Разработка и применение процедуры оценки долговременной целостности мембран для анаэробного биореактора с псевдоожиженной мембраной (AFMBR). Water Science & Technology , 74 (2): 457-465.

Шин, К., К. Ким, П.Л. Маккарти, Дж. Ким и Дж. Бэ. 2016. Целостность полых волоконных мембран в экспериментальном анаэробном биореакторе с псевдоожиженной мембраной (AFMBR) после двух лет эксплуатации. Технология разделения и очистки , 162: 101-105.

Шин, К., П.Л. Маккарти и Дж. Бэ. 2016. Важность управления растворенным метаном при анаэробной очистке сточных вод с низкой прочностью. Current Organic Chemistry , 20 (26): 2810-2816.

Шин, К., П.Л. Маккарти, Дж. Ким и Дж. Бэ. 2014. Пилотная очистка бытовых сточных вод в умеренном климате с помощью ступенчатого анаэробного мембранного биореактора с псевдоожиженным слоем (SAF-MBR). Технология биоресурсов , 159: 95-103.

Ю, Р.Х., Дж. Ким, П.Л. Маккарти и Дж. Бэ. 2013. Влияние температуры на очистку бытовых сточных вод с помощью ступенчатого анаэробного мембранного биореактора с псевдоожиженным слоем. Water Science & Technology , 69 (6): 1145-1150.

No related posts.