BIOPLYN: Základy výroby
Číňané byli první, kdo začal využívat energii z bioplynu, a to již sto let před naším letopočtem. V moderní době, díky tak hlubokým historickým kořenům a státním podpůrným programům pro toto odvětví, jsou technologie bioplynu v Číně široce využívány – v roce 30 přibližně 2000 milionů jednotek…
Nakládání a vykládání biomasy „Z čínské příručky o bioplynu“.
Metanová „fermentace“ neboli biometanogeneze, proces přeměny biomasy na energii, byl objeven Evropany až v roce 1776 Voltou, který prokázal přítomnost metanu v bahenním plynu. Bioplyn získaný během tohoto procesu je směsí 65 % metanu, 30 % oxidu uhličitého, 1 % sirovodíku a malého množství dusíku, kyslíku, vodíku a oxidu uhelnatého. (A. Sasson)
První informace o praktickém využití bioplynu získaného ze zemědělského odpadu Evropany pocházejí z roku 1814, kdy Davy sbíral bioplyn při studiu agrochemických vlastností hovězího hnoje. Od roku 1881 se k sběru odpadu používaly uzavřené nádoby, které se po mírné úpravě nazývaly „septiky“. Již v roce 1895 byly pouliční lampy v jedné z oblastí Exeteru (Anglie) zásobovány plynem, který se získával v důsledku fermentace odpadní vody. Počínaje rokem 1897 se v tomto městě provádělo čištění vody v takových nádobách, ze kterých se sbíral bioplyn a používal se k vytápění a osvětlení.
V současné době jsou známé bioreaktory různých provedení, které zajišťují pevnost materiálu, ze kterého je zařízení vytvořeno, zařízení pro míchání hmoty a přenos tepla, přípravu a ohřev naloženého substrátu, sběr a akumulaci bioplynu a odstraňování sedimentů.
Od 1. prosince 2000 realizuje Karagandské ekomuzeum projekt BIOGAS, jehož cílem je zavést bioplynové technologie v Karagandské oblasti. Tento projekt je první zkušeností s využitím bioplynových technologií ve středním Kazachstánu. Během realizace projektu nashromáždilo Ekologické muzeum mnoho zkušeností a informací o výstavbě, spouštění a provozu bioplynových stanic a tyto zkušenosti jsou vázány na místní podmínky středního Kazachstánu, kde podobné technologie dosud nebyly používány.
Zaměstnanci Karagandského ekologického muzea vyvinuli a implementovali několik technologií pro výstavbu bioplynových stanic, přizpůsobených pro zemědělce a rolníky v Kazachstánu.
Proč potřebujeme bioplyn?
Bioplyn je metabolický produkt metanobacilů, který vzniká v důsledku rozkladu organické hmoty.
Bioplyn je vysoce kvalitní a cenný nosič energie a lze jej mnoha způsoby využít jako palivo v domácnostech a malých a středních podnicích k vaření, výrobě elektřiny, vytápění obytných a průmyslových prostor, vaření, sušení a chlazení. Průměrné spalné teplo je 6,0 kW/h/mXNUMX.
Rozsah, v jakém může bioplyn nahradit tradiční palivo, závisí na objemu a účinnosti zařízení. Zkušenosti s bioplynovými stanicemi v Karagandě ukazují, že zařízení o objemu 8 metrů krychlových, které pracuje na vepřový hnůj, může zcela nahradit propan-butan používaný k vaření v pětičlenné rodině. Bioplynová stanice o objemu 60 metrů krychlových může být použita k vytápění obytné plochy o rozloze 200 metrů čtverečních a výrobního zařízení o rozloze 400 metrů čtverečních.
Při provozu bioplynové stanice je odpadní surovina také užitečným produktem, který může zlepšit ekonomické a environmentální podmínky farmy nebo hospodářství. Biokal je vysoce kvalitní hnojivo, surovina pro výrobu biohumusu, substrát pro pěstování hub. A při vhodných instalačních parametrech a kontrole dodržování teplotního režimu bioplynové stanice je to krmná přísada pro zvířata, která potřebují živočišné bílkoviny pro normální vývoj (prasata, kuřata atd.), a krmivo pro ryby v rybích farmách.
Stručně řečeno, využití bioplynových technologií může přinést následující výhody:
Úspora času a práce
— Zkracuje dobu vaření
— Zkracuje dobu strávenou mytím nádobí
— Zkracuje čas strávený úklidem kuchyně
— Ušetří čas strávený údržbou kamen (čištění kamen od popela, odstraňování popela, přikládání paliva, přikládání kamen, zapalování, sledování kamen a přidávání paliva)
— Uvolňuje se čas dříve věnovaný sběru, přepravě, sušení a skladování hnoje nebo hledání, přepravě a manipulaci s uhlím a hledání, nákupu, řezání, sušení a skladování palivového dřeva
— Zkracuje dobu potřebnou k odplevelení (semena v nádrži odumírají)
Šetřit peníze
– Šetří peníze vynaložené na topný olej nebo elektřinu
— Prodlužuje životnost kuchyňského nádobí
— Šetří peníze za nákup hnojiv a herbicidů
Možnost získat peníze navíc
– Přebytečný plyn můžete prodat sousedům nebo ho za něco vyměnit
– Můžete prodávat kompost.
— Při použití kompostu se zvyšuje výnos vašich zemědělských plodin a z jejich prodeje můžete vydělat více peněz.
Environmentální přínosy
— Snížení emisí metanu (skleníkový plyn) do atmosféry
— Snížení množství spalovaného uhlí, dřeva nebo paliva k výrobě elektřiny, a v důsledku toho snížení množství produkovaného oxidu uhličitého (skleníkového plynu) a škodlivých produktů spalování
— Snížení vypouštění znečištěné vody do životního prostředí
— Čištění znečištěné vody od organických látek a mikroorganismů
— Ochrana lesů před odlesňováním
— Snížení potřeby chemických hnojiv
— Čištění vzduchu v domě a obci od produktů spalování uhlí
— Snížení znečištění ovzduší sloučeninami dusíku, deodorizace vzduchu
Šetřete místo
— Uvolní se prostor dříve zabraný uhlím nebo hnojem
Zařízení
— Vzduch v domě a kuchyni je vyčištěn
— Objem nevyužitého odpadu se snižuje (je méně odpadu)
– Veškerý organický odpad se využívá, včetně odpadu z toalet
— V zahradě a na poli je méně plevele, jeho semena v nádrži umírají
— Zápach hnoje na zahradě je snížen (bioakumulátor je anaerobní, tj. nepřichází do kontaktu se vzduchem)
— Počet much se snižuje
Ochrana zdraví
— Snižuje riziko vzniku onemocnění spojených se znečištěným vzduchem, jako jsou respirační a oční onemocnění
— Epidemiologická situace se zlepšuje díky úhynu mikroorganismů ve skladovacím zařízení a snížení počtu míst rozmnožování hmyzu.
Abyste pochopili, jaké výhody a zisky může bioplynová stanice přinést vaší konkrétní farmě nebo rolnické domácnosti, musíte pochopit:
1. Kolik bude stát výstavba bioplynové stanice?
2. Jak lze tyto náklady snížit?
3. a jak dlouho bude trvat, než se tyto náklady splatí?
Odpovědi na položené otázky lze získat vypracováním podrobného plánu pro výstavbu zařízení, jeho provoz a prodej výsledných produktů.
JAKÉ JSOU TYPY BIOPLYNOVÝCH STANIC?
Pro lepší srozumitelnost uvádíme několik definic pojmů často používaných v této kapitole:
Bioreaktor — zásobník (nádoba, kapacita), ve kterém se vytvářejí podmínky pro životně důležitou činnost bakterií generujících metan. Jako synonymum pro termín „reaktor“ se v některé literatuře používají termíny „reaktor“, „metanová nádrž“, „metanová nádrž“ „septik“ – všechny mají stejný význam
Topný systém — systém parního (vodního) ohřevu, který umožňuje udržovat provozní teplotu v bioreaktoru, zejména v zimě.
Míchací zařízení — zařízení umístěné uvnitř bioreaktoru, které umožňuje míchání zpracovávané hmoty za účelem urychlení celého zpracování.
Nakládací a vykládací otvory jsou otvory v bioreaktoru, kterými se nakládají suroviny a vykládá zpracovaná biomasa.
Všechny bioplynové stanice se dělí na dva typy podle jejich provozního cyklu: nepřetržitě provozované a periodicky provozované.
Nepřetržitě provozované bioplynové stanice jsou neustále plněny surovinami a zároveň je zpracovaná biomasa vykládána. Provoz stanice tak není přerušen.
Bioplynové stanice, provozované periodicky nebo cyklicky, jsou zcela zatíženy na provozní úroveň a hermeticky uzavřeny, po určitou dobu zařízení aktivně vydává bioplyn, po úplném zpracování biomasy se zařízení odlehčí a pracovní cyklus se opakuje.
Tvar reaktoru a použité konstrukční materiály. Během projektu byly vyvinuty bioplynové stanice schopné provozu v podmínkách centrálního Kazachstánu.
Válcové bioplynové stanice se umisťují horizontálně, pokud se jedná o nepřetržitě provozované zařízení, a vertikálně, pokud se jedná o cyklicky provozované zařízení.
Elipsoidní bioplynové stanice mají tvar blízký vejcovitému. Z hlediska procesu biometanogeneze je takový tvar bioreaktoru nejoptimálnější – probíhají v něm přirozené míchací procesy, odstraňování kalu a odtok sedimentů. Bioplynové stanice tohoto tvaru se staví z betonu nebo se vztyčují z cihel.
Zařízení používané pro výrobu bioplynu. Pro zvýšení výtěžnosti bioplynu z provozovny se používá další zařízení:
1. Fekální čerpadla se používají k čerpání zpracované biomasy a výrazně usnadňují údržbu bioplynové stanice.
2. V topném systému instalace se používají oběhová čerpadla, která umožňují udržovat provozní teplotu s nižšími náklady na energii.
3. Míchací zařízení se používají k míchání zpracovávané biomasy uvnitř reaktoru, což zvyšuje produktivitu zařízení a zkracuje dobu potřebnou ke zpracování biomasy.
4. Zpětný ventil instalovaný v systému odvodu plynu je nezbytný k zabránění vniknutí vzduchu do bioreaktoru.
5. Plynový topný kotel, připojený k topnému systému zařízení, který pracuje na emitovaný bioplyn a spotřebovává až 5 % celkového množství plynu.
Výkon BGU
Jak již bylo uvedeno, produkty výroby BGU jsou bioplyn a biokal.
Produktivita bioplynu je výtěžek bioplynu (m3) na jednotku substrátu (m3) během fermentačního období.
Produktivita bioplynu závisí na následujících parametrech:
— objem reaktoru; čím větší je objem zařízení, tím větší je výstup plynu
— teplota v reaktoru, při které dochází k fermentaci; bakterie tvořící metan v bezkyslíkatých podmínkách mohou uvolňovat plyn v teplotním rozmezí od 0 °C do 70 °C. Bioplyn se však nejintenzivněji uvolňuje ve 2 teplotních rozmezích. Je třeba poznamenat, že různé typy bakterií generujících metan „pracují“ při různých teplotách. První rozmezí (mezofilní, protože mezofilní bakterie pracují) od 25 °C do 38 °C — optimální teplota je 37 °C. Druhé rozmezí (termofilní, protože termofilní bakterie pracují) od 45 °C do 60 °C — optimální teplota je 56 °C. Každé z těchto rozmezí má řadu výhod a nevýhod, o kterých si můžete podrobně přečíst níže.
MEZOFILNÍ TYP FERMENTACE
Pros
— Produktivita plynu se prakticky nesnižuje, když se teplota odchýlí o 1–2 °C od optima;
– K udržení teploty je potřeba méně energie.
Zápory
— Emise plynů jsou méně intenzivní;
— Úplný rozklad substrátu trvá déle – 25 dní;
— Biologický kal získaný tímto způsobem není zcela sterilní.
TERMOFILNÍ TYP FERMENTACE
Pros
— Emise plynů jsou intenzivnější;
— Pro úplný rozklad substrátu je potřeba kratší doba – 12 dní;
— Biologický kal získaný tímto způsobem je zcela sterilní, a proto jej lze použít jako krmnou přísadu pro zvířata.
Zápory
— Produktivita plynu se výrazně snižuje, pokud se teplota odchyluje od optima o 1–2 °C;
— K udržení teploty je zapotřebí více energie.
— ze surovin. Surovinami pro BGU mohou být hnůj domácích zvířat, rostlinná hmota a další organické zbytky. Produktivita bioplynu se liší v závislosti na použitém substrátu. Přibližné údaje jsou uvedeny v tabulce č. 1
Tabulka č. 1. Produktivita bioplynu v závislosti na použitých surovinách během fermentačního období (Archea 2000, Německo).
Suroviny (substrát)
— vlhkost naloženého substrátu; Proces fermentace může probíhat při vlhkosti od 50 % do 95 %, vědci však prokázali, že u živočišného odpadu probíhá proces tvorby metanu optimálně při vlhkosti suroviny 90–95 %.
— doba zdržení substrátu v reaktoru; Optimální doba zdržení substrátu v reaktoru se liší v závislosti na provozní teplotě a druhu fermentované suroviny. Pro mezofilní typ fermentace – 25-30 dní, pro termofilní – 10-15 dní.
Provoz bioplynových stanic
1. Instalace se spouští v několika fázích.
Zpočátku se jednotka naplní surovinami, velmi důležitým aspektem této činnosti je vlhkost naloženého substrátu – v zimě by měla být 85 %, v létě až 92 %. Jednotka se naplní až po vodní uzávěr. Pro urychlení zahájení procesu methanogeneze se do naloženého substrátu nasype startovací kultura (biologický kal nebo substrát z pracovní jednotky). V případě absence startovací kultury se do substrátu přidá čerstvý hovězí hnůj.
2. Včasné nakládání a optimální vlhkost suroviny.
Frekvence vkládání substrátu se pro každou bioplynovou stanici stanoví empiricky. Tento parametr závisí na mnoha faktorech: teplotě substrátu, druhu zvířat produkujících suroviny, vlhkosti substrátu, objemu rostliny atd. Suroviny se před vložením do stanice uvedou na optimální vlhkost. Substrát se zředí teplou vodou (35-40 stupňů), důkladně promíchá a poté se nalije do plnicího otvoru stanice. Objem odcházejícího bioplynu, doba zpracování surovin a stupeň jejich rozkladu závisí na vlhkosti surovin. V létě je optimální vlhkost 92 %, v zimě je optimální vlhkost 85 %.
3. Udržování optimální teploty.
V podmínkách centrálního Kazachstánu je nutné provozní reaktor ohřívat. Během výstavby jsou uvnitř reaktoru instalovány trubkové výměníky tepla, které jsou v závislosti na provedení instalace připojeny buď k parnímu vytápění obytné budovy (maloobjemové instalace), nebo k autonomnímu topnému kotli pracujícímu na bioplyn. Pro snížení tepelných ztrát se naplněný substrát ředí horkou (teplota ne vyšší než 60 °C) vodou.
4. Míchání.
Míchání substrátu uvnitř reaktoru výrazně zvyšuje účinnost bioplynové stanice, protože zabraňuje tvorbě sedimentů a plovoucí krusty a zajišťuje pohyb hmoty v reaktoru.
5. Akumulace bioplynu.
Vzhledem k tomu, že bioplyn je spotřebováván nerovnoměrně a zařízení ho produkuje neustále, vyvstává otázka jeho akumulace. Plyn lze shromažďovat v pryžových komorách používaných v kolech zemědělských strojů.
6. Využití bioplynu.
Bioplyn se používá k vaření, vytápění obytných prostor, vytápění průmyslových prostor (skleníky, drůbežárny atd.).
7. Využití biologického kalu.
Biokal se používá jako hnojivo na polích farem; po kompletním zpracování substrátu v reaktoru zařízení lze biokal použít jako přísadu do krmiva pro prasata a drůbež. Po jednoduchém zpracování (filtrace a sušení) lze biokal prodat pro komerční účely. Potenciálními odběrateli hnojiv z biokalu jsou zahrádkářské farmy, venkovská družstva atd.
8. Bezpečnostní opatření.
Bioplyn obsahuje sirovodík (H2S), oxid uhličitý (CO2) a metan. Metan, který je součástí bioplynu, je prakticky netoxický. Je lehčí než vzduch, snadno hořlavý a se vzduchem (5-15 % metanu) nebo kyslíkem tvoří výbušnou směs. V případě úniku, pokud je k dispozici větrání, se plyn bez následků odpaří. Sirovodík, pokud představuje zdravotní riziko pro lidi, se nachází v malém množství a snadno se detekuje podle nepříjemného zápachu. Vzhledem k tomu, že sirovodík je těžší než vzduch, je nutné dbát na to, aby se v případě úniku tento plyn nemohl hromadit v prohlubních. Při vysokých koncentracích otupuje vnímání čichu, což ztěžuje jeho detekci a může vést k smrtelné otravě, ale opět lze poznamenat, že podíl sirovodíku v bioplynu je velmi malý a nepřesahuje 1 %. Oxid uhličitý (CO2), který je součástí bioplynu, se může také hromadit v hlubokých dutinách, protože je těžší než vzduch, a pokud jsou v zařízení netěsnosti, může způsobit nebezpečí udušení.
Závěr
Pokud vás tyto informace v naší brožuře zaujaly a rozhodli jste se postavit bioplynovou stanici na svém statku, rádi bychom vám poskytli další rady a doporučení.
Tip # 1. Před stavbou zařízení si pečlivě promyslete použití biokalu. Na tom závisí tvar reaktoru a teplotní podmínky. Pokud se biokal používá jako hnojivo, snižují se náklady na údržbu a výstavbu. Pokud se biokal používá jako přísada do potravin pro hospodářská zvířata a drůbež, náklady se sice zvyšují, ale zkracuje se doba návratnosti. Hospodářská zvířata a drůbež, která dostávají takové přísady, rychleji přibývají na váze, snižuje se úmrtnost, díky čemuž můžete v domácím (rolnickém) hospodářství dosáhnout zisku.
Tip # 2. Jakmile se rozhodnete pro tvar a objem reaktoru, můžete začít s odhadem nákladů na výstavbu. Jakmile si stanovíte hranici „celkem“, nehádejte se hned za hlavu vysokými částkami. Náklady na instalaci lze výrazně snížit použitím v některých případech odpadu nebo „létem prověřeného“ stavebního materiálu.
Tip # 3. Po sestavení seznamu potřebných stavebních materiálů se může stát, že ve vašem městě nebo oblasti něco nenajdete. Poraďte se s námi, rádi vám poradíme, jaký stavební materiál lze použít místo toho, co jste nenašli.
19.04.2011 Prodáme terpentýn Nižnij Novgorod