Как да направите биореактор със собствените си ръце

Инструкции за самостоятелно строителство

Ако няма опит в сглобяването на сложни системи, има смисъл да вземете в мрежата или да разработите най-простия чертеж на инсталация за биогаз за частна къща.

Колкото по-прост е дизайнът, толкова по-надежден и издръжлив е той. По-късно, когато станат налични умения за изграждане и управление на системата, ще бъде възможно да се модифицира оборудването или да се монтира допълнителна инсталация.

Скъпите структури на промишленото производство включват системи за смесване на биомаса, автоматично отопление, пречистване на газ и др. Домашното оборудване не е толкова трудно.По-добре е да сглобите проста инсталация и след това да добавите елементи, които трябва да възникнат.

При изчисляване на обема на ферментатора си струва да се съсредоточите върху 5 кубически метра. Такава инсталация ви позволява да получите необходимото количество газ за отопление на частна къща с площ от ​​​50 квадратни метра, ако като източник на топлина се използва газов котел или печка.

Това е среден показател, т.к калоричността на биогаза обикновено не е по-висока от 6000 kcal/m3.

За да протича повече или по-малко стабилно процесът на ферментация, е необходимо да се постигне правилен температурен режим. За да направите това, биореакторът се монтира в земна яма или предварително се обмисля надеждна топлоизолация. Постоянно нагряване на субстрата може да се осигури чрез поставяне на тръба за нагряване на вода под основата на ферментатора

Изграждане на инсталация за биогаз могат да бъдат разделени на няколко етапа.

Етап 1 - подготовка на яма за биореактор

Почти цялата инсталация за биогаз се намира под земята, така че много зависи от това как е изкопана и завършена ямата. Има няколко варианта за укрепване на стените и запечатване на ямата - пластмасови, бетонни, полимерни пръстени.

Най-доброто решение е да закупите готови полимерни пръстени с празно дъно. Те ще струват повече от импровизирани материали, но не се изисква допълнително запечатване. Полимерите са чувствителни към механично натоварване, но не се страхуват от влага и химически агресивни вещества. Те не подлежат на ремонт, но при необходимост могат лесно да бъдат подменени.

Интензивността на субстратната ферментация и отделянето на газ зависят от подготовката на стените и дъното на биореактора, така че ямата е внимателно укрепена, изолирана и запечатана. Това е най-трудният и отнемащ време етап от работата.

Етап 2 - подреждане на дренаж на газ

Купуването и инсталирането на специални бъркалки за инсталации за биогаз е скъпо. Системата може да бъде намалена в цената чрез оборудване на дренаж на газ. Представлява вертикално монтирани полимерни канализационни тръби, в които са направени множество дупки.

При изчисляване на дължината на дренажните тръби трябва да се ръководи от планираната дълбочина на запълване на биореактора. Върховете на тръбите трябва да са над това ниво.

За дренаж на газ можете да изберете метални или полимерни тръби. Първите са по-силни, докато вторите са по-устойчиви на химическа атака. По-добре е да се даде предпочитание на полимерите, т.к. металът бързо ще ръждясва и изгние

Субстратът може незабавно да бъде зареден в готовия биореактор. Покрива се с филм, така че газът, отделящ се по време на ферментационния процес, е под лек натиск. Когато куполът е готов, той ще осигури нормалното подаване на биометан през изходната тръба.

Етап 3 - монтаж на купола и тръбите

Последният етап от сглобяването на най-простата инсталация за биогаз е инсталирането на купола. В най-високата точка на купола е монтирана тръба за изпускане на газ и изтеглена към резервоара за газ, което е незаменимо.

Капацитетът на биореактора е затворен с плътен капак. За да се предотврати смесването на биометан с въздух, е оборудвано водно уплътнение. Той също така служи за пречистване на газ. Необходимо е да се осигури освобождаващ клапан, който да работи, ако налягането във ферментатора е твърде високо.

Прочетете повече за това как да направите биогаз от оборски тор в този материал.

Свободното пространство на биореактора до известна степен изпълнява функциите на съхранение на газ, но това не е достатъчно за безопасната работа на инсталацията.Газ трябва да се консумира постоянно, в противен случай е възможна експлозия от свръхналягане под купола

Основни принципи

Биогазът е продукт, който се получава от разлагането на органична материя. В процеса на гниене/ферментация се отделят газове, чрез събиране на които можете да задоволите нуждите на собственото си домакинство. Оборудването, в което се извършва този процес, се нарича „инсталация за биогаз“.

В някои случаи добивът на газ е прекомерен, след което се съхранява в газови резервоари - за използване през периода на недостатъчното му количество. При правилна организация на газовия процес може да има твърде много газ, тогава излишъкът му може да бъде продаден. Друг източник на доходи са ферментиралите остатъци. Това е високоефективен и безопасен тор - в процеса на ферментация повечето микроорганизми умират, семената на растенията губят способността си за покълване, яйцата на паразитите стават нежизнеспособни. Износът на такива торове в полетата има положителен ефект върху производителността.

Условия за производство на газ

Процесът на образуване на биогаз възниква поради жизнената активност на различни видове бактерии, които се съдържат в самите отпадъци. Но за да могат те активно да „работят“, те трябва да създадат определени условия: влажност и температура. За създаването им се изгражда завод за биогаз. Това е комплекс от устройства, чиято основа е биореактор, в който се извършва разлагането на отпадъците, което е придружено от образуване на газ.

Организиране на цикъла на преработка на оборски тор и растителни отпадъци в биогаз

Има три начина на преработка на оборски тор в биогаз:

• Психофилен режим. Температурата в инсталацията за биогаз е от +5°C до +20°C. При такива условия процесът на разлагане е бавен, образува се много газ, качеството му е ниско.
• мезофилни.Устройството влиза в този режим при температури от +30°C до +40°C. В този случай мезофилните бактерии активно се размножават. В този случай се образува повече газ, процесът на обработка отнема по-малко време - от 10 до 20 дни.
• Термофилни. Тези бактерии се размножават при температури над +50°C. Процесът е най-бърз (3-5 дни), добивът на газ е най-голям (при идеални условия могат да се получат до 4,5 литра газ от 1 кг доставка). Повечето референтни таблици за добива на газ от обработката са дадени специално за този режим, така че когато използвате други режими, си струва да направите корекция надолу.

Най-трудното в инсталациите за биогаз е термофилният режим. Това изисква висококачествена топлоизолация на биогазова инсталация, отопление и система за контрол на температурата. Но на изхода получаваме максимално количество биогаз. Друга особеност на термофилната обработка е невъзможността за презареждане. Останалите два режима - психофилен и мезофилен - ви позволяват да добавяте ежедневно свежа порция приготвени суровини. Но в термофилния режим краткото време за обработка дава възможност биореакторът да се раздели на зони, в които ще се обработва неговият дял от суровини с различно време на зареждане.

Принципът на работа на биореактора

Схематична схема на инсталация за биогаз Биореакторът работи върху органични отпадъци, следователно за непрекъснатата му работа е необходимо постоянното наличие на оборски тор и други селскостопански отпадъци. Произвежданият от централата биогаз е биологично чисто гориво, а по своите характеристики е подобен на природния газ.

Работата на биореактора е да преработва органични отпадъци в газ и тор. За целта те се зареждат в резервоар за биореактор, където анаеробните бактерии преработват биомасата. За да се постигне правилна ферментация, въздухът не трябва да влиза в резервоара. Времето за обработка зависи от количеството на заредените отпадъци. Емитираният газ се състои от метан 60%, а въглероден диоксид - 35%. Други примеси съставляват 5%. Полученият газ се пречиства и след това е готов за използване в домакински уреди.

Допълнителни изисквания към суровините

Сериозен проблем, пред който са изправени фермите, които са инсталирали модерно оборудване за производство на биогаз, е, че суровината не трябва да съдържа твърди включвания, камък, гайка, парче тел или дъска, което случайно попадне в масата, ще запуши тръбопровода, ще забрани скъпите фекалии помпа или миксер.

Трябва да се каже, че дадените данни за максималния добив на газ от суровината отговарят на идеални лабораторни условия. За да се доближите до тези цифри в реалното производство, е необходимо да се спазват редица условия: поддържане на необходимата температура, периодично смесване на фино смлени суровини, добавяне на добавки, които активират ферментацията и т.н. На импровизирана инсталация, сглобена според препоръките на статии за „получаване на биогаз със собствените си ръце“, едва можете да достигнете 20% от максималното ниво, високотехнологичните инсталации могат да постигнат стойности​​​​от 60-95%.

Достатъчно обективни данни за максималния добив на биогаз за различни видове суровини

Производители и модели

Подготвихме кратък преглед на най-популярните модели на руски производители, тъй като те не се различават от чуждестранните си колеги.

В допълнение, някои производители предлагат пълен списък с компоненти, необходими за създаване на напълно автономна инсталация за биогаз, докато други произвеждат само биореактор и някои свързани устройства.

БиоМаш-20

Биогазовата инсталация на КБ Климов е подходяща за преработка на оборски тор с влагосъдържание ≤90% с общо тегло 300–700 кг на ден с добавяне на подстилка (максимум 20% тегловни).

Биореакторът е изработен от полиетилен, поради което не изисква поддръжка и ремонт.

Заедно с реактора се доставят основният газдържател и помпа за неговото изпомпване (максимално налягане 2,8 MPa). Благодарение на такова високо налягане газът може да се изпомпва в обикновени газови бутилки.

В комплекта са включени още:

• газов топлогенератор, генериращ 100 kW на ден;
• електрогенератор на метан с мощност 11 kW;
• пълен комплект оборудване за нагряване на биореактора;
• пълен комплект тръбопроводи.

Серия "БИО"

Тези агрегати, произведени от Agrobiogas, са предназначени за обработка на оборски тор/тор с тегло 10-350 тона на ден (в зависимост от модела).

Предимството на тази серия е относително ниската цена, но в пакета е включен само минимален набор от оборудване, така че резервоарите за газ и много други ще трябва да бъдат закупени отделно.

Серия "SBG"

Тази серия биогазови комплекси се произвежда от Кировската компания SelkhozBioGaz.

Благодарение на индивидуалния подход към всеки клиент, компанията предлага не само готови комплекти, но и производството на такива продукти за специфични условия.

Моделната гама включва инсталации, способни да обработват от 100 килограма до 1000 тона екскременти на ден.

Комплектът за доставка включва цялото необходимо оборудване за разполагане на пълноценна линия за преработка на оборски тор в газ и пречистване на продукта.

Серия "БЪГ"

Серия инсталации за биогаз "BUG" се произвежда от сдружението на предприятията "BMP". Тази серия включва биореактори с малък обем (0,5–12 m3), оборудвани с газови държачи с капацитет 1–2 m3.

Следователно, основните купувачи на тази серия биогазови инсталации за производство на оборски тор и оборски тор са малки ферми или домакинства с голям брой птици / добитък.

Серия "BGR"

Серия инсталации за биогаз "BGR" се произвежда от предприятието "BioGasRussia", разположено в Яранск. Най-малкият агрегат от тази серия (BGR-12) е в състояние да обработва 500-900 кг екскременти на ден, а обемът на неговия биореактор е 12 m3.

Обемът на реактора и масата на дневния прием на оборски тор за по-големите инсталации от тази серия се договарят индивидуално, благодарение на което клиентът получава апарат или дори инсталация, която най-добре отговаря на неговите нужди.

Като част от инсталации с голям обем могат да бъдат включени както вертикални, така и хоризонтални реактори, това се обсъжда при поръчка.

В допълнение, BioGasRussia предлага пълна гама от необходимо оборудване, благодарение на което инсталацията за биогаз може да работи в напълно автономен режим - без да е свързана към електрически или газови мрежи.

Начини за оборудване на инсталацията с отопление

Има няколко начина за инсталиране на отопление в биореактор.

• Един от тях включва свързване на станцията към отоплителната система. Това се прави под формата на намотка. Монтажът му трябва да се извърши под реактора.
• Друг метод включва инсталиране на електрически нагревателен елемент в основата на резервоара.
• Друг метод за организиране на отоплението включва използването на електрически отоплителни системи за отопление на резервоара.

Ако използвате автоматизирани системи за организиране на отопление, тогава устройството ще се включи без ваша помощ, когато студената биомаса влезе в реактора. Когато суровината се затопли до зададената температура, отоплителната система ще се изключи.

За да направите висококачествена инсталация за биогаз със собствените си ръце, е необходимо да подготвите чертежи, преди да започнете работа, върху които трябва да се съсредоточите при извършване на работа. Нагревателните елементи могат да се монтират в бойлери за гореща вода, така че трябва да се погрижите за закупуването на необходимото газово оборудване.

За да увеличите количеството произвеждан биогаз, освен с отопление, можете да оборудвате вашата инсталация и с устройство за смесване на биомаса. За да направите това, ще трябва да отделите известно време и да създадете устройство, което ще работи по същия начин като обикновен домакински миксер. С помощта на вал той ще бъде приведен в движение. Последният трябва да се изведе през дупките в капака.

Как да изградите биореактор (инсталация) със собствените си ръце

Инсталациите за биогаз, които извличат газ от оборски тор, могат лесно да бъдат сглобени със собствените си ръце на вашия собствен сайт. Преди да сглобите биореактор за преработка на оборски тор, си струва да нарисувате чертежи и внимателно да проучите всички нюанси, т.к. Контейнер, съдържащ голямо количество експлозивен газ, може да бъде източник на голяма опасност, ако се използва неправилно или ако има грешки в проектирането на инсталацията.

Схема за биогаз

Капацитетът на биореактора се изчислява въз основа на количеството суровина, която се използва за производството на метан. За да бъдат оптимални работните условия, корпусът на реактора се запълва с отпадъци най-малко две трети. За тези цели се използва дълбока дупка. За да бъде херметичността висока, стените на ямата са подсилени с бетон или подсилени с пластмаса, понякога в ямата се монтират бетонни пръстени. Повърхността на стените се обработва с влагоизолационни разтвори. Херметичността е необходимо условие за ефективната работа на инсталацията. Колкото по-добре е изолиран контейнерът, толкова по-високо е качеството и количеството на произведения газ. Освен това продуктите от разпадането на отпадъците са токсични и, ако изтекат, могат да бъдат вредни за здравето.

В контейнера за отпадъци е инсталирана бъркалка. Той е отговорен за смесването на отпадъците по време на ферментацията, предотвратявайки неравномерното разпределение на суровините и образуването на коричка. След бъркалката в газификатора на оборския тор е монтирана дренажна конструкция, която улеснява отвеждането на газа в резервоара за съхранение и предотвратява изтичането. От съображения за безопасност е необходимо да се отстрани газът, както и да се подобри качеството на торовете, оставащи в реактора след приключване на преработката. В долната част на реактора се прави отвор за изход на отработени суровини. Отворът е снабден с плътен капак, така че оборудването да остане херметично.

Как да осигурим активност на биомасата

За правилна ферментация на биомаса е най-добре сместа да се затопли. В южните райони температурата на въздуха допринася за началото на ферментацията. Ако живееш на север или в средната лента, можете да свържете допълнителни нагревателни елементи.

За да започнете процеса, е необходима температура от 38 градуса.Има няколко начина да го предоставите:

• Намотка под реактора, свързана към отоплителната система;
• Нагревателни елементи вътре в резервоара;
• Директно загряване на резервоара с електрически нагреватели.

Биологичната маса вече съдържа бактерии, които са необходими за производството на биогаз. Те се събуждат и започват дейност, когато температурата на въздуха се повиши.

Най-добре е да ги отоплявате с автоматични отоплителни системи. Те се включват, когато студена маса влезе в реактора и се изключват автоматично, когато температурата достигне желаната стойност. Такива системи се монтират в котли за нагряване на вода, те могат да бъдат закупени в магазини за газово оборудване.

Ако осигурите отопление до 30-40 градуса, тогава обработката ще отнеме 12-30 дни. Зависи от състава и обема на масата. При нагряване до 50 градуса бактериалната активност се увеличава и обработката отнема 3-7 дни. Недостатъкът на такива инсталации е високата цена за поддържане на висока температура. Те са сравними с полученото количество гориво, така че системата става неефективна.

Друг начин за активиране на анаеробни бактерии е смесването на биомаса. Можете самостоятелно да монтирате шахтите в котела и да извадите дръжката, за да разбъркате масата, ако е необходимо. Но е много по-удобно да проектирате автоматична система, която ще смесва масата без ваше участие.

Какво е това?

Биогазът, който е екологично чисто гориво, се получава в инсталации за биогаз, агрегати, които представляват комплекс от технически структури и апарати, обединени в единен технологичен цикъл.

Пълният комплект на инсталацията за биогаз може да бъде различен в зависимост от нейния капацитет, вида на суровината и крайния продукт, получен под формата на топлинна или електрическа енергия, и двата вида енергия или само биогаз, използван в битови газови печки и като гориво за автомобили.

Стандартната инсталация се състои от следните компоненти и възли:

• Резервоар за съхранение, в който се натрупват суровини, използвани за производство на биогаз;
• Миксери и мелници с различни конструкции, разделящи големи фракции от суровини на по-малки;
• Газодържател, херметически затворен контейнер, който служи като резервоар за съхранение на получения газ;
• Реактор, контейнер или резервоар, в който протича процесът на образуване на биогориво;
• Системи за подаване на суровини към реактора на централата;
• Системата за прехвърляне на полученото гориво от реактора и газдържателя, по-нататък към етапите на преработка и преобразуване в други видове енергия;
• Системи за автоматизация, защита и управление на производството на газ и продукти от неговата преработка.

Горната диаграма условно показва технологичния цикъл на производство на биогаз с течни и твърди суровини, с по-нататъшната му преработка и производство на топлинна и електрическа енергия.

Предимства от използването на биотехнология

Технологията за получаване на биогорива от различни природни източници не е нова. Изследванията в тази област започват в края на 18 век и успешно се развиват през 19 век. В Съветския съюз първата биоенергийна централа е създадена през четиридесетте години на миналия век.

Биотехнологиите отдавна се използват в много страни, но днес те са от особено значение.Поради влошаващата се екологична ситуация на планетата и високата цена на енергията, мнозина насочват погледа си към алтернативни източници на енергия и топлина.

Технологията за преработка на оборски тор в биогаз позволява да се намали количеството на вредните емисии на метан в атмосферата и да се получи допълнителен източник на топлинна енергия

Разбира се, оборският тор е много ценен тор и ако във фермата има две крави, тогава няма проблеми с използването му. Друго нещо е, когато става дума за ферми с едър и среден добитък, където се образуват тонове зловонен и гниещ биологичен материал годишно.

За да се превърне оборският тор във висококачествен тор, са необходими площи с определен температурен режим, а това са допълнителни разходи. Затова много фермери го съхраняват, където е необходимо, и след това го изнасят на полето.

В зависимост от обема на генерираните суровини на ден трябва да се изберат размерите на инсталацията и степента на нейната автоматизация.

При неспазване на условията за съхранение от оборския тор се изпарява до 40% от азота и основната част от фосфора, което значително влошава неговите качествени показатели. Освен това в атмосферата се отделя газ метан, което оказва негативно влияние върху екологичната ситуация на планетата.

Съвременните биотехнологии позволяват не само да се неутрализира вредното въздействие на метана върху околната среда, но и да се накара да служи в полза на човека, като същевременно извлича значителни икономически ползи.В резултат на преработката на оборския тор се образува биогаз, от който след това могат да се получат хиляди kW енергия, а производствените отпадъци са много ценен анаеробен тор.

Плюсове и минуси на биологичния метод

Проектирането на инсталации за биогаз е отговорен етап, следователно, преди да вземете окончателно решение, е по-добре да претеглите плюсовете и минусите на този метод.

Предимствата на такова производство включват:

1. Рационално оползотворяване на органичните отпадъци. Благодарение на инсталацията е възможно да се въведе в действие това, което иначе би било просто боклук, който замърсява околната среда.
2. Неизчерпаемост на суровините. Природният газ и въглищата рано или късно ще свършат, но за тези, които имат собствена икономика, постоянно ще се появяват необходимите отпадъци.
3. Малко количество въглероден диоксид. Той се отделя в атмосферата при използване на биогаз, но въглеродният диоксид не може да повлияе неблагоприятно на екологичната ситуация.
4. Непрекъсваема и ефективна работа на инсталациите за биогаз. За разлика от слънчевите колектори или вятърните мелници, производството на биогаз не зависи от външни условия.
5. Намален риск чрез използването на множество инсталации. Големите биореактори винаги са голяма заплаха, но те могат да бъдат елиминирани, като се направи система от няколко ферментатора.
6. Получаване на висококачествен тор.
7. Малки икономии на енергия.

Друг плюс е възможната полза за състоянието на почвата. Някои растения са засадени на мястото специално за биомаса. В този случай можете да изберете тези, които могат да подобрят качеството на почвата. Пример за това е соргото, което намалява ерозията му.

Всеки тип алтернативни източници има своите недостатъци. Инсталациите за биогаз не са изключение. Недостатъкът е:

• повишен риск от оборудване;
• разходи за енергия, необходими за преработката на суровини;
• пренебрежимо малък добив на биогаз поради малкия обем на битовите системи.

Най-трудното е да се направи инсталация за биогаз, проектирана за най-ефективния, топлофилен режим. Разходите в този случай обещават да бъдат сериозни. Такъв дизайн на инсталации за биогаз е най-добре да се остави на професионалист.

Какви условия трябва да създаде биоинсталацията?

Най-важните условия, които осигуряват най-удобните условия за дейността на метаногените са:

• липса на снабдяване с кислород (стегнатост);
• постоянна температура, съответстваща на вида на процесите, протичащи в реактора;
• регулируем приток на свеж материал;
• регулируемо отстраняване на газ и отпадъци отделно за течни и твърди фракции;
• редовно смесване на съдържанието, предотвратяващо разделянето на твърди и течни фракции.

Херметичността трябва да се комбинира с възможността за поддръжка и ремонт на вътрешното пространство, тъй като съдържанието на биореактора е много агресивни вещества.

За да се създаде достатъчна температура, която в повечето случаи значително надвишава външната температура, реакторите са изолирани и оборудвани с нагревателни елементи.

За да бъде производството на метан на високо ниво, е необходимо своевременно да се отстраняват отпадъците от този процес, тоест индустриалната вода и утайката (сапропел). Това се прави с помощта на тръби и хидравлични уплътнения или други заключващи устройства, които предотвратяват изхода на генерирания газ.

Разбъркването се извършва механично, като цялото съдържание на реактора се привежда в кръгово и вертикално движение, поради което отделените слоеве с различна плътност се смесват и образуват един слой с еднакво съдържание на влага във всяка област.

Какво е биогаз и как може да се използва?

Собствениците на домакински парцели знаят, че като комбинирате всякакви растителни суровини, птичи изпражнения и оборски тор, след известно време можете да получите ценен органичен тор. Но малцина от тях знаят, че биомасата не се разлага сама по себе си, а под въздействието на различни бактерии.

Обработвайки биологичния субстрат, тези малки микроорганизми отделят отпадъчни продукти, включително газова смес. По-голямата част от него (около 70%) е метан - същият газ, който гори в горелките на битови печки и отоплителни котли.

Идеята за използване на такива еко-горива за различни битови нужди не е нова. Устройствата за извличането му са били използвани в древен Китай. Възможността за използване на биогаз е изследвана и от съветските новатори през 60-те години на миналия век. Но технологията преживя истинско възраждане в началото на 2000-те. В момента инсталациите за биогаз се използват активно в Европа и САЩ за отопление на дома и други нужди.

Препоръчителен обем на биореактора

За да се определи необходимия обем на реактора за преработка на биомаса, е необходимо да се изчисли количеството оборски тор, произведен през деня. Задължително е да се вземе предвид вида на използваните суровини, температурния режим, който ще се поддържа в инсталацията. Използваният резервоар трябва да бъде напълнен до 85-90% от обема му. Останалите 10% са необходими за натрупване на получения биологичен газ.

Задължително се взема предвид продължителността на цикъла на обработка. При поддържане на температурата на +35°C е 12 дни. Не трябва да забравяме, че използваните суровини се разреждат с вода, преди да бъдат изпратени в реактора. Следователно, неговото количество се взема предвид преди да се изчисли обемът на резервоара.