Il ruolo dei batteri anaerobici nella produzione di biogas dai rifiuti. Riferimento

La “fermentazione” del metano, o biometanogenesi, il processo di conversione della biomassa in energia, fu scoperta dagli europei solo nel 1776 da Volta, che stabilì la presenza di metano nel gas di palude. Il biogas prodotto da questo processo è una miscela composta per il 65% da metano, per il 30% da anidride carbonica, per l'1% da idrogeno solforato e tracce di azoto, ossigeno, idrogeno e monossido di carbonio. (A. Sasson)
Le prime informazioni sull'uso pratico del biogas, ottenuto dagli europei dai rifiuti agricoli, risalgono al 1814, quando Davy raccolse biogas mentre studiava le proprietà agrochimiche del letame grossolano bestiame. Per la raccolta dei rifiuti, a partire dal 1881, si iniziarono ad utilizzare contenitori chiusi che, dopo lievi modifiche, vennero chiamati “fosse settiche”. Nel 1895, i lampioni in uno dei quartieri di Exeter (Inghilterra) venivano forniti di gas, ottenuto a seguito della fermentazione acque reflue. Dal 1897, la depurazione dell'acqua in questa città veniva effettuata in tali contenitori, dai quali veniva raccolto il biogas e utilizzato per il riscaldamento e l'illuminazione.
Attualmente sono noti bioreattori di varia concezione, che prevedono la resistenza del materiale da cui viene creato l'impianto, dispositivi per la miscelazione di massa e il trasferimento di calore, la preparazione e il riscaldamento del substrato caricato, l'aspirazione e l'accumulo di biogas e la rimozione dei sedimenti.
Dal 1 dicembre 2000, l'Ecomuseo di Karaganda ha implementato il progetto “BIOGAS” per introdurre le tecnologie del biogas nella regione di Karaganda. Questo progetto rappresenta la prima esperienza nell'utilizzo delle tecnologie del biogas nel Kazakistan centrale. Durante la realizzazione del progetto, il Museo Ecologico ha accumulato molta esperienza e informazioni sulla costruzione, l'avvio e il funzionamento degli impianti di biogas, e questa esperienza è legata alle condizioni locali Kazakistan centrale, dove tecnologie simili non sono state precedentemente utilizzate.
I dipendenti del Museo ecologico Karaganda hanno sviluppato e implementato diverse tecnologie per la costruzione di impianti di biogas, adattati ai contadini e agli agricoltori del Kazakistan.

Perché abbiamo bisogno del biogas?
Il biogas è un prodotto metabolico dei batteri del metano, che si forma a seguito della decomposizione della materia organica.
Il biogas è un vettore energetico prezioso e di alta qualità e può essere utilizzato in molti modi come combustibile domestico e nelle medie e piccole imprese per cucinare, produrre elettricità, riscaldare locali residenziali e industriali, bollire, essiccare e raffreddare. Il calore medio di combustione è di 6,0 kW/h/m3
La misura in cui il biogas può sostituire il combustibile tradizionale dipende dal volume e dall’efficienza dell’impianto. L'esperienza Karaganda nell'utilizzo di BGU mostra che un'installazione con un volume di 8 metri cubi. m. e il funzionamento con letame suino può sostituire completamente il gas propano utilizzato per cucinare in una famiglia di cinque persone. Una BGU con un volume di 60 metri cubi può essere utilizzata per riscaldare locali residenziali con una superficie di 200 mq e locali industriali con una superficie di 400 mq.
Quando si utilizza un impianto di biogas, lo sono anche le materie prime di scarto prodotto utile, capace di migliorare le condizioni economiche e ambientali dell'impresa contadina o agricola. Il biosludge è un fertilizzante di alta qualità, materia prima per la produzione di vermicompost, un substrato per la coltivazione di funghi. E con parametri di installazione adeguati e controllo sul rispetto del regime di temperatura di funzionamento, il BGU è un additivo per mangimi per animali che necessitano di proteine ​​animali per il normale sviluppo (maiali, polli, ecc.) e alimenti complementari per pesci negli allevamenti ittici.
Riassumendo, l’utilizzo delle tecnologie del biogas può portare i seguenti benefici:

Risparmiare tempo e lavoro
- Riduce i tempi di cottura
- Riduce il tempo impiegato per lavare i piatti
- Riduce il tempo impiegato per pulire la cucina
- Si libera tempo dedicato alla manutenzione della stufa (pulizia della stufa dalla cenere, rimozione della cenere, caricamento del combustibile, caricamento della stufa, accensione, monitoraggio della stufa e rabbocco del combustibile)
- Il tempo precedentemente dedicato alla raccolta, al trasporto, all'essiccazione e allo stoccaggio dello sterco o alla ricerca, al trasporto e al ricarico del carbone, nonché alla ricerca, all'acquisto, al taglio, all'essiccazione e allo stoccaggio della legna da ardere viene liberato
- Il tempo per il diserbo è ridotto (i loro semi muoiono nel serbatoio di stoccaggio)

Risparmiare denaro
- Risparmia denaro speso per il riscaldamento del gasolio o dell'elettricità
- Allunga la vita degli utensili da cucina
- Risparmia sull'acquisto di fertilizzanti ed erbicidi

Possibilità di ricevere denaro aggiuntivo
- Puoi vendere il gas in eccesso ai tuoi vicini o scambiarlo con qualcosa
- Puoi vendere il compost
- Utilizzando il compost, la produttività delle tue colture agricole aumenta e puoi guadagnare di più dalla loro vendita.

Benefici ambientali
- Riduzione delle emissioni di metano (gas serra) nell'atmosfera
- Ridurre la quantità di carbone, legna o combustibile bruciato per generare elettricità e, di conseguenza, ridurre l'anidride carbonica generata (gas a effetto serra) e prodotti nocivi combustione
- Ridurre lo scarico di acqua inquinata nell'ambiente
- Depurazione delle acque inquinate materia organica e microrganismi
- Preservazione delle foreste dalla deforestazione
- Ridotta necessità di fertilizzanti chimici
- Pulizia dell'aria della casa e del villaggio dai prodotti della combustione del carbone
- Riduzione dell'inquinamento atmosferico da composti di azoto, deodorizzazione dell'aria

Risparmio di spazio
- Libera lo spazio precedentemente occupato da carbone o sterco

Strutture
- Purifica l'aria della casa e della cucina
- Il volume dei rifiuti inutilizzati viene ridotto (c'è meno spazzatura)
- Vengono utilizzati tutti i rifiuti organici, compresi i rifiuti igienici
- Ci sono meno erbacce nel giardino e nel campo, i loro semi muoiono nel serbatoio di stoccaggio
- Si riduce l'odore del letame nel cortile (il bioaccumulatore è anaerobico, cioè non è a contatto con l'aria)
- Riduce il numero di mosche

Rimanere in salute
- Riduce il rischio di contrarre malattie legate all'aria inquinata - malattie respiratorie e oculari
- La situazione epidemiologica sta migliorando a causa della morte dei microrganismi nel bacino e della riduzione dei siti di riproduzione degli insetti
Per capire quali benefici e profitti può portare il funzionamento di un impianto di biogas nella tua specifica azienda agricola o fattoria contadina, devi capire:
1. quanti costi saranno necessari per la costruzione di un impianto di biogas,
2. come si possono ridurre questi costi?
3. e quanto tempo ci vorrà perché questi costi vengano ripagati.
Le risposte alle domande poste possono essere ottenute compilando piano dettagliato costruzione dell'impianto, suo funzionamento e vendita dei prodotti risultanti.

COSA SONO GLI IMPIANTI DI BIOGAS?
Per chiarezza, ecco alcune definizioni dei termini comunemente usati in questo capitolo:

Bioreattore- un serbatoio (recipiente, contenitore) in cui vengono create le condizioni per la vita dei batteri generatori di metano. Come sinonimo del termine "reattore", in alcune pubblicazioni vengono utilizzati i termini "reattore", "serbatoio di metano", "serbatoio di metano", "fossa settica" - hanno tutti lo stesso significato

Sistema di riscaldamento - un sistema di riscaldamento a vapore (acqua) che consente di mantenere la temperatura operativa nel bioreattore, soprattutto in periodo invernale.

Dispositivo di miscelazione - un dispositivo situato all'interno del bioreattore e che consente la miscelazione della massa lavorata per accelerare la lavorazione completa.
Le aperture di carico e scarico sono aperture nel bioreattore attraverso le quali vengono caricate le materie prime e scaricata la biomassa lavorata.
Tutti gli impianti di biogas si dividono in due tipologie in base al loro ciclo di funzionamento: a funzionamento continuo e a funzionamento periodico.
Gli impianti di biogas a funzionamento continuo vengono costantemente caricati di materie prime e contemporaneamente viene spedita la biomassa lavorata. Pertanto, il funzionamento dell'impianto non viene interrotto.
Gli impianti di biogas funzionanti periodicamente o ciclicamente vengono caricati completamente al livello di esercizio e chiusi ermeticamente, per un certo periodo di tempo l'impianto rilascia attivamente biogas, dopo la completa lavorazione della biomassa l'impianto viene scaricato e il ciclo operativo si ripete.
La forma del reattore e i materiali da costruzione utilizzati. Durante l'attuazione del progetto sono stati sviluppati impianti di biogas che potrebbero funzionare nelle condizioni del Kazakistan centrale.
Gli impianti di biogas cilindrici sono posizionati orizzontalmente se l'impianto è di tipo a funzionamento continuo, e verticalmente se l'impianto è a funzionamento ciclico.
Gli impianti di biogas ellissoidali hanno una forma simile a quella di un uovo. Dal punto di vista del processo di biometanogenesi, questa forma di bioreattore è la più ottimale: in esso si verificano processi di miscelazione naturali, nonché la rimozione dei fanghi e il deflusso dei sedimenti. Gli impianti di biogas di forma simile sono costruiti in cemento o in mattoni.
Attrezzature utilizzate per la produzione di biogas. Per aumentare la resa di biogas dall'impianto, vengono utilizzate apparecchiature aggiuntive:
1. Le pompe per acque reflue vengono utilizzate per pompare la biomassa trasformata e facilitano notevolmente la manutenzione di un impianto di biogas.
2. Le pompe di circolazione vengono utilizzate nel sistema di riscaldamento dell'impianto e consentono il mantenimento della temperatura di esercizio con un minor consumo energetico.
3. I dispositivi di miscelazione vengono utilizzati per miscelare la biomassa lavorata all'interno del reattore, il che aumenta la produttività dell'impianto e riduce il tempo necessario per la lavorazione della biomassa.
4. È necessaria una valvola di ritegno installata nel sistema di scarico del gas per impedire l'ingresso di aria nel bioreattore.
5. Caldaia per riscaldamento a gas, collegata al sistema di riscaldamento degli impianti e funziona con il biogas emesso e consuma fino al 5% della quantità totale di gas.

Produttività della BSU
Come notato in precedenza, i prodotti realizzati dagli impianti di biogas sono biogas e fanghi biologici.
Produttività del biogas - produzione di biogas (m3) per unità di substrato (m3) durante il periodo di fermentazione.
La produttività del biogas dipende dai seguenti parametri:
- volume del reattore dell'impianto; maggiore è il volume dell'installazione, maggiore è la produzione di gas
- temperatura nel reattore alla quale avviene la fermentazione; I batteri che formano metano in condizioni prive di ossigeno possono rilasciare gas nell'intervallo di temperature compreso tra 0°C e 70°C. Tuttavia, il biogas viene rilasciato più intensamente nel 2 intervalli di temperatura. Va notato che diversi tipi di batteri generatori di metano “lavorano” a temperature diverse. Il primo intervallo (mesofilo, perché i batteri mesofili funzionano) da 25°C - 38°C - temperatura ottimale 37C. Il secondo intervallo (termofilo, perché i batteri termofili funzionano) da 45°C a 60°C - la temperatura ottimale è 56°C. Ciascuno di questi intervalli presenta una serie di vantaggi e svantaggi, che possono essere descritti in dettaglio di seguito.

FERMENTAZIONE DI TIPO MESOFILICO

Pro
- La produttività del gas praticamente non diminuisce quando la temperatura si discosta di 1-2oC da quella ottimale;
-Sono necessari meno costi energetici per mantenere la temperatura.

Contro
- Il rilascio di gas è meno intenso;
- Ci vuole più tempo prima che il substrato si decomponga completamente - 25 giorni;
- I fanghi biologici ottenuti in questa modalità non sono completamente sterili.

FERMENTAZIONE DI TIPO TERMOFILO

Pro
- Il rilascio di gas è più intenso;
- Ci vuole meno tempo perché il substrato si decomponga completamente - 12 giorni;
- I fanghi biologici ottenuti con questa modalità sono completamente sterili e quindi possono essere utilizzati come additivi per mangimi per animali.

Contro
- La produttività del gas diminuisce significativamente quando la temperatura si discosta di 1-2oC da quella ottimale;
- Per mantenere la temperatura è necessaria più energia.
- dalle materie prime. Le materie prime per BGU possono essere letame di animali domestici, materiale vegetale e altri residui organici. A seconda del substrato utilizzato, la produttività del biogas varia. I dati approssimativi sono mostrati nella tabella n. 1

Tabella n. 1. Produttività del biogas in funzione delle materie prime utilizzate durante il periodo di fermentazione (Archea 2000, Germania).

Esercizio di impianti di biogas
1.L'installazione viene avviata in più fasi.
Inizialmente, l'installazione viene caricata con materie prime; un aspetto molto importante di questa azione è l'umidità del substrato caricato: dovrebbe essere dell'85% in inverno e fino al 92% in estate. L'impianto è caricato fino alla tenuta idraulica. Per accelerare l'inizio del processo di metanogenesi, uno starter (fanghi biologici o substrato di un impianto funzionante) viene versato nel substrato caricato. In assenza di uno starter, al substrato viene aggiunto letame bovino fresco.

La frequenza di caricamento del substrato è determinata sperimentalmente per ciascun impianto di biogas, questo parametro dipende da molti indicatori: la temperatura del substrato, il tipo di animale che produce le materie prime, l'umidità del substrato, il volume dell'impianto, ecc. Le materie prime vengono portate all'umidità ottimale prima del caricamento nell'impianto. Il substrato viene diluito con acqua tiepida (35-40 gradi), mescolato accuratamente e quindi versato nel foro di caricamento dell'installazione. L'umidità della materia prima determina il volume della produzione di biogas, il tempo di lavorazione della materia prima e il grado della sua decomposizione. IN periodo estivo L'umidità ottimale è del 92%; in inverno, l'umidità ottimale è dell'85%.
3. Mantenimento della temperatura ottimale.
Nelle condizioni del Kazakistan centrale, è necessario riscaldare il reattore operativo. Durante la costruzione, all'interno del reattore vengono installati scambiatori di calore tubolari che, a seconda del progetto dell'impianto, vengono forniti al riscaldamento a vapore di un edificio residenziale (impianti di piccolo volume) o ad una caldaia di riscaldamento autonoma alimentata a biogas. Per ridurre la perdita di calore, il supporto caricato viene diluito con acqua calda (temperatura non superiore a 60°C).
4. Miscelazione.
La miscelazione del substrato all'interno del reattore aumenta significativamente l'efficienza della BGU, poiché impedisce la formazione di sedimenti e croste galleggianti e garantisce il movimento della massa nel reattore.
5. Accumulo di biogas.
Poiché il biogas viene consumato in modo non uniforme e l'impianto lo produce costantemente, si pone la questione del suo accumulo. Il gas può essere raccolto in sacche di gomma utilizzate nelle ruote delle macchine agricole.
6. Utilizzo del biogas.
Il biogas viene utilizzato per cucinare, riscaldare locali residenziali, riscaldare locali industriali (serre, pollai, ecc.).
7. Utilizzo dei fanghi biologici.
I fanghi biologici vengono utilizzati come fertilizzante nei campi agricoli; quando il substrato è completamente trattato nel reattore dell'impianto, i fanghi biologici possono essere utilizzati come additivo nei mangimi per suini e pollame. Dopo il semplice trattamento (filtrazione ed essiccazione) dei fanghi biologici, questi possono essere venduti per scopi commerciali. I potenziali acquirenti di fertilizzanti a fanghi organici sono le aziende agricole di giardinaggio, le cooperative di dacie, ecc.
8. Precauzioni di sicurezza.
Il biogas contiene idrogeno solforato (H2S), anidride carbonica (CO2) e metano. Il metano, che fa parte del biogas, è praticamente atossico. È più leggero dell'aria, infiammabile e forma una miscela esplosiva con aria (5-15% di metano) o ossigeno. In caso di perdita, in presenza di ventilazione, il gas evapora senza alcuna conseguenza. L'idrogeno solforato, se rappresenta un pericolo per la salute umana, si trova in piccole quantità ed è facilmente rilevabile da odore sgradevole. Poiché l'idrogeno solforato è più pesante dell'aria, è necessario prestare attenzione affinché durante le perdite questo gas non possa accumularsi nelle cavità. Ad alte concentrazioni attenua la percezione dell'odore, rendendolo difficile da rilevare e può portare ad avvelenamenti mortali, ma ancora una volta si può notare che la percentuale di idrogeno solforato nel biogas è molto piccola e non supera l'1% . L'anidride carbonica (CO2), che fa parte del biogas, può accumularsi anche in cavità profonde, poiché è più pesante dell'aria, causando pericolo di soffocamento in caso di perdite nell'impianto.

Conclusione
Se sei interessato alle informazioni contenute nella nostra brochure e hai deciso di costruire un impianto di biogas nella tua azienda agricola, allora vorrei darti ulteriori suggerimenti e raccomandazioni.
Suggerimento numero 1. Prima di costruire un impianto, pensare attentamente all'utilizzo dei fanghi biologici. La forma del reattore dipende da questo e regime di temperatura. Nel caso di utilizzo dei fanghi biologici come fertilizzante, i costi di manutenzione e costruzione sono ridotti. Nel caso dell’utilizzo dei fanghi biologici come additivi alimentari per bestiame e pollame, i costi aumentano, ma i tempi di recupero dell’investimento diminuiscono. Il bestiame e il pollame che ricevono tali integratori aumentano di peso più velocemente, la mortalità diminuisce, grazie alla quale è possibile realizzare un profitto nell'economia domestica (contadina o agricola).
Suggerimento n.2. Dopo aver deciso la forma e il volume del reattore, puoi iniziare a stilare il tuo preventivo di costruzione. Dopo aver tracciato la linea “totale”, non afferrare subito la testa dagli importi elevati. Il costo di installazione può essere significativamente ridotto utilizzando, in alcuni casi, spazzatura o prodotti “testati nel tempo” materiale da costruzione.
Suggerimento n.3. Avendo preparato un elenco dei materiali da costruzione necessari, potresti non trovare qualcosa nella tua città o zona. Consultateci, sapremo dirvi quale materiale edile può essere utilizzato per sostituire quello non reperibile.

Gli agricoltori ogni anno affrontano il problema dello smaltimento del letame. I considerevoli fondi necessari per organizzarne la rimozione e la sepoltura vengono sprecati. Ma esiste un modo che ti consente non solo di risparmiare denaro, ma anche di sfruttare questo prodotto naturale a tuo vantaggio.

I proprietari parsimoniosi mettono da tempo in pratica l'ecotecnologia che consente di ottenere biogas dal letame e di utilizzare il risultato come combustibile.

Pertanto, nel nostro materiale parleremo della tecnologia per la produzione di biogas e parleremo anche di come costruire un impianto di bioenergia.

Meccanismo di formazione del gas da materie prime organiche

Il biogas è una sostanza volatile senza colore né odore, che contiene fino al 70% di metano. In termini di indicatori di qualità, si avvicina aspetto tradizionale carburante – gas naturale. Ha un buon potere calorifico, 1 m 3 di biogas emette tanto calore quanto si ottiene dalla combustione di un chilogrammo e mezzo di carbone.

Dobbiamo la formazione di biogas ai batteri anaerobici, che lavorano attivamente per decomporre le materie prime organiche, tra cui letame di animali da fattoria, escrementi di uccelli e qualsiasi rifiuto vegetale.

Nell'autoproduzione di biogas possono essere utilizzati escrementi di pollame e prodotti di scarto di allevamenti piccoli e grandi. Le materie prime possono essere utilizzate allo stato puro o sotto forma di una miscela comprendente erba, fogliame, carta vecchia

Per attivare il processo è necessario creare condizioni favorevoli alla vita dei batteri. Dovrebbero essere simili a quelli in cui i microrganismi si sviluppano in un serbatoio naturale - nello stomaco degli animali, dove fa caldo e non c'è ossigeno.

In realtà, queste sono le due condizioni principali che contribuiscono a trasformazione miracolosa letame in decomposizione in carburante ecologico e fertilizzanti preziosi.

Per produrre biogas è necessario un reattore sigillato senza accesso all'aria, dove avrà luogo il processo di fermentazione del letame e la sua decomposizione in componenti:

• metano(fino al 70%);
• anidride carbonica(circa il 30%);
• altre sostanze gassose (1-2%).

I gas risultanti salgono verso la parte superiore del contenitore, da dove vengono poi pompati, e il prodotto residuo si deposita: fertilizzante organico di alta qualità che, a seguito della lavorazione, ha trattenuto tutte le sostanze preziose presenti nel letame - azoto e fosforo e ha perso una parte significativa di microrganismi patogeni.

Il reattore per la produzione di biogas deve avere una struttura completamente sigillata in cui non sia presente ossigeno, altrimenti il ​​processo di decomposizione del letame sarà estremamente lento

La seconda condizione importante per l'efficace decomposizione del letame e la formazione di biogas è il rispetto del regime di temperatura. I batteri che prendono parte al processo vengono attivati ​​a temperature da +30 gradi.

Inoltre, il letame contiene due tipi di batteri:

• mesofilo. La loro attività vitale avviene ad una temperatura di +30 – +40 gradi;
• termofilo. Per riprodurli è necessario mantenere un regime di temperatura di +50 (+60) gradi.

Il tempo di lavorazione delle materie prime negli impianti del primo tipo dipende dalla composizione della miscela e varia dai 12 ai 30 giorni. Allo stesso tempo, 1 litro di area utile del reattore produce 2 litri di biocarburante. Quando si utilizzano impianti del secondo tipo, il tempo di produzione del prodotto finale si riduce a tre giorni e la quantità di biogas aumenta a 4,5 litri.

L'efficienza degli impianti termofili è visibile ad occhio nudo, tuttavia, il costo della loro manutenzione è molto elevato, quindi prima di scegliere l'uno o l'altro metodo di produzione di biogas, è necessario calcolare tutto con molta attenzione

Nonostante il fatto che l'efficienza degli impianti termofili sia decine di volte superiore, vengono utilizzati molto meno frequentemente, da quando vengono mantenuti alte temperature in un reattore è associato a costi elevati.

La manutenzione e la manutenzione degli impianti di tipo mesofilo è più economica, quindi la maggior parte delle aziende agricole li utilizza per produrre biogas.

In termini di potenziale energetico, il biogas è leggermente inferiore al gas combustibile convenzionale. Contiene tuttavia vapori di acido solforico, la cui presenza deve essere presa in considerazione nella scelta dei materiali per la costruzione dell'impianto

Calcoli dell'efficienza di utilizzo del biogas

Semplici calcoli ti aiuteranno a valutare tutti i vantaggi derivanti dall’utilizzo di biocarburanti alternativi. Una mucca del peso di 500 kg produce circa 35-40 kg di letame al giorno. Questa quantità è sufficiente per produrre circa 1,5 m 3 di biogas, da cui si possono generare 3 kW/h di elettricità.

Utilizzando i dati della tabella è facile calcolare quanti m3 di biogas si possono ottenere in uscita a seconda del numero di capi di bestiame presenti nell'azienda agricola

Per ottenere il biocarburante è possibile utilizzare un tipo di materia prima organica o miscele di più componenti con un'umidità dell'85-90%. È importante che non contengano impurità chimiche estranee che influiscono negativamente sul processo di lavorazione.

La ricetta più semplice per la miscela è stata inventata nel 2000 da un russo della regione di Lipetsk, che ha costruito con le proprie mani un semplice impianto per la produzione di biogas. Ha mescolato 1500 kg di sterco di vacca con 3500 kg di rifiuti varie piante, aggiungere acqua (circa il 65% del peso di tutti gli ingredienti) e scaldare il composto a 35 gradi.

Tra due settimane il carburante gratuito sarà pronto. Questo piccolo impianto produceva 40 m 3 di gas al giorno, sufficienti a riscaldare una casa e gli annessi per sei mesi.

Opzioni per impianti di produzione di biocarburanti

Dopo aver effettuato i calcoli è necessario decidere come realizzare l'impianto per ottenere biogas in base alle esigenze della propria azienda agricola. Se il numero del bestiame è piccolo, allora opzione più semplice, che è facile da realizzare con le tue mani con i materiali disponibili.

Per le grandi aziende agricole che hanno una fonte costante di grandi quantità di materie prime, è consigliabile costruire un sistema di biogas industriale automatizzato. In questo caso, è improbabile che sia possibile fare a meno del coinvolgimento di specialisti che svilupperanno il progetto e installeranno l'installazione a livello professionale.

Lo schema mostra chiaramente come funziona un complesso industriale automatizzato per la produzione di biogas. Una costruzione di tale portata può essere organizzata per diverse aziende agricole situate nelle vicinanze

Oggi ci sono decine di aziende che possono offrire molte opzioni: dalle soluzioni già pronte allo sviluppo di un progetto individuale. Per ridurre i costi di costruzione, puoi collaborare con le fattorie vicine (se ce ne sono nelle vicinanze) e costruire un impianto per la produzione di biogas per tutte.

Va notato che per realizzare anche un piccolo impianto è necessario redigere i documenti pertinenti, realizzare uno schema tecnologico, un piano per il posizionamento delle apparecchiature e della ventilazione (se l'apparecchiatura è installata all'interno) e seguire le procedure di approvazione con il SES, ispezione antincendio e gas.

Un mini-impianto per la produzione di gas per coprire il fabbisogno di una piccola abitazione privata può essere realizzato con le proprie mani, concentrandosi sulla progettazione e progettazione specifica di impianti prodotti su scala industriale.

La progettazione degli impianti per la trasformazione del letame e della materia organica vegetale in biogas non è complicata. L'originale prodotto dall'industria è abbastanza adatto come modello per costruire la propria mini-fabbrica

Per gli artigiani indipendenti che decidono di iniziare a costruire propria installazione, è necessario fare scorta di un contenitore per l'acqua, tubi di plastica per l'approvvigionamento idrico o fognario, curve angolari, guarnizioni e una bombola per lo stoccaggio del gas prodotto nell'impianto.

Galleria di immagini

Caratteristiche dell'impianto biogas

Un impianto di biogas completo lo è sistema complesso, composto da:

1. Bioreattore, dove avviene il processo di decomposizione del letame;
2. Sistema automatizzato di approvvigionamento dei rifiuti organici;
3. Dispositivi di miscelazione della biomassa;
4. Attrezzature per mantenere condizioni di temperatura ottimali;
5. Serbatoi di gas – serbatoi di stoccaggio del gas;
6. Ricevitore per rifiuti solidi.

Tutti gli elementi di cui sopra sono installati in impianti industriali che funzionano in modalità automatica. I reattori domestici, di norma, hanno un design più semplificato.

Lo schema mostra i componenti principali di un sistema automatizzato di biogas. Il volume del reattore dipende dall'assunzione giornaliera di materie prime organiche. Affinché l'impianto funzioni pienamente, il reattore deve essere riempito per due terzi del suo volume.

Principio di funzionamento dell'impianto

L'elemento principale del sistema è il bioreattore. Esistono diverse opzioni per la sua implementazione, l'importante è garantire la tenuta della struttura e impedire l'ingresso di ossigeno. Può essere realizzato sotto forma di un contenitore metallico varie forme(solitamente cilindrico) situato sulla superficie. Spesso per questi scopi vengono utilizzati serbatoi di carburante vuoti da 50 cc.

È possibile acquistare contenitori pieghevoli già pronti. Il loro vantaggio è la capacità di smontare rapidamente e, se necessario, trasportare in un altro luogo. È consigliabile utilizzare impianti industriali di superficie nelle grandi aziende agricole dove c'è un afflusso costante di grandi quantità di materie prime organiche.

Per le piccole aziende agricole è più adatta l'opzione di posizionamento sotterraneo del serbatoio. Un bunker sotterraneo è costruito in mattoni o cemento. Puoi seppellire nel terreno contenitori già pronti, ad esempio botti di metallo, acciaio inossidabile o PVC. È anche possibile posizionarli superficialmente sulla strada o in una stanza appositamente designata con una buona ventilazione.

Per realizzare un impianto di produzione di biogas è possibile acquistare contenitori in PVC già pronti e installarli in un locale dotato di sistema di ventilazione

Indipendentemente da dove e come si trova il reattore, è dotato di un bunker per il carico del letame. Prima di caricare le materie prime, devono passare preparazione preliminare: viene frantumato in frazioni non superiori a 0,7 mm e diluito con acqua. Idealmente, l'umidità del supporto dovrebbe essere intorno al 90%.

Installazioni automatizzate tipo industriale sono dotati di un sistema di approvvigionamento di materie prime, compreso un ricevitore in cui la miscela viene portata al contenuto di umidità richiesto, una tubazione per la fornitura di acqua e un'unità di pompaggio per pompare la massa nel bioreattore.

Negli impianti domestici per la preparazione del sottofondo vengono utilizzati contenitori separati in cui i rifiuti vengono frantumati e mescolati con acqua. Quindi la massa viene caricata nel compartimento ricevente. Nei reattori posti nel sottosuolo, la tramoggia di ricezione del substrato viene fatta uscire e la miscela preparata fluisce per gravità attraverso una tubazione nella camera di fermentazione.

Se il reattore è posizionato al suolo o all'interno, il tubo di ingresso con il dispositivo ricevente può essere posizionato nella parte inferiore del serbatoio. È anche possibile portare il tubo in alto e mettere una presa sul suo collo. In questo caso la biomassa dovrà essere fornita mediante una pompa.

È inoltre necessario prevedere un foro di uscita nel bioreattore, che è ricavato quasi sul fondo del contenitore dal lato opposto alla tramoggia di ingresso. Quando è interrato, il tubo di scarico viene installato obliquamente verso l'alto e conduce ad un contenitore per rifiuti, a forma di scatola rettangolare. Il suo bordo superiore dovrebbe essere al di sotto del livello dell'ingresso.

I tubi di ingresso e uscita sono posti obliquamente verso l'alto su lati diversi della vasca, mentre il vaso di compensazione in cui entrano i rifiuti deve trovarsi al di sotto della tramoggia di raccolta

Il processo procede come segue: la tramoggia di ingresso riceve un nuovo lotto di substrato, che confluisce nel reattore, mentre allo stesso tempo la stessa quantità di massa di rifiuti sale attraverso un tubo nel ricevitore dei rifiuti, da dove viene successivamente raccolta e utilizzato come biofertilizzante di alta qualità.

Il biogas viene immagazzinato in un serbatoio di gas. Molto spesso si trova direttamente sul tetto del reattore e ha la forma di una cupola o di un cono. È realizzato in ferro per coperture e quindi, per evitare processi di corrosione, è dipinto con diversi strati di pittura ad olio.

Negli impianti industriali progettati per produrre grandi quantità di gas, il serbatoio del gas è spesso costruito sotto forma di serbatoio separato collegato al reattore tramite una tubazione.

Il gas prodotto dalla fermentazione non è adatto all'uso perché contiene una grande quantità di vapore acqueo e non brucia in questa forma. Per purificarlo dalle frazioni acquose, il gas viene fatto passare attraverso un sigillo d'acqua. Per fare ciò, dal serbatoio del gas viene rimosso un tubo attraverso il quale il biogas entra in un contenitore con acqua e da lì viene fornito ai consumatori attraverso un tubo di plastica o metallo.

Schema di installazione situata nel sottosuolo. Le aperture di ingresso e uscita devono essere situate sui lati opposti del contenitore. Sopra il reattore è presente una tenuta idraulica attraverso la quale il gas risultante viene fatto passare a secco.

Per immagazzinare il gas in alcuni casi vengono utilizzati speciali sacchi porta gas in cloruro di polivinile. I sacchi vengono posizionati accanto all'impianto e riempiti gradualmente di gas. Man mano che vengono riempiti, il materiale elastico si gonfia e il volume dei sacchetti aumenta, consentendo di immagazzinare temporaneamente una maggiore quantità di prodotto finale, se necessario.

Condizioni per il funzionamento efficiente di un bioreattore

Per un funzionamento efficiente dell'impianto e un rilascio intensivo di biogas è necessaria una fermentazione uniforme del substrato organico. La miscela deve essere in costante movimento. Altrimenti, su di essa si forma una crosta, il processo di decomposizione rallenta e, di conseguenza, viene prodotto meno gas di quanto inizialmente calcolato.

Per garantire la miscelazione attiva della biomassa, nella parte superiore o laterale di un tipico reattore sono installati miscelatori sommergibili o inclinati dotati di azionamento elettrico. Nelle installazioni fatte in casa, la miscelazione viene eseguita meccanicamente utilizzando un dispositivo simile a un mixer domestico. Può essere controllato manualmente o dotato di azionamento elettrico.

Quando il reattore è posizionato verticalmente, la maniglia dell'agitatore si trova nella parte superiore dell'installazione. Se il contenitore è installato orizzontalmente, anche la coclea si trova su un piano orizzontale e la maniglia si trova sul lato del bioreattore

Una delle condizioni più importanti per la produzione di biogas è il mantenimento della temperatura richiesta nel reattore. Il riscaldamento può essere realizzato in diversi modi. Nelle installazioni fisse vengono utilizzati sistemi di riscaldamento automatizzati, che si accendono quando la temperatura scende al di sotto di un livello predeterminato e si spengono quando viene raggiunta la temperatura richiesta.

Per il riscaldamento è possibile utilizzare il riscaldamento diretto con dispositivi di riscaldamento elettrici o inserire un elemento riscaldante nel fondo del contenitore.

Per impostare un sistema di riscaldamento a biomassa, è possibile far funzionare una tubazione dal sistema di riscaldamento domestico, alimentato dal reattore

Determinazione del volume richiesto

Il volume del reattore è determinato in base alla quantità giornaliera di letame prodotto nell'azienda agricola. È inoltre necessario tenere conto del tipo di materia prima, della temperatura e del tempo di fermentazione. Per il pieno funzionamento dell'impianto, il contenitore deve essere riempito all'85-90% del volume, almeno il 10% deve rimanere libero affinché il gas possa fuoriuscire.

Il processo di decomposizione della materia organica in un impianto mesofilo ad una temperatura media di 35 gradi dura da 12 giorni, dopodiché i residui fermentati vengono rimossi e il reattore viene riempito con una nuova porzione del substrato. Poiché i rifiuti vengono diluiti con acqua fino al 90% prima di essere inviati al reattore, nel determinare il carico giornaliero occorre tenere conto anche della quantità di liquido.

Sulla base degli indicatori forniti, il volume del reattore sarà uguale a quantità giornaliera substrato preparato (letame con acqua) moltiplicato per 12 (tempo necessario per la decomposizione della biomassa) e aumentato del 10% (volume libero del contenitore).

Costruzione di una struttura sotterranea

Parliamo ora dell'installazione più semplice che permette di ottenerlo al minor costo. Prendi in considerazione la costruzione di un sistema sotterraneo. Per realizzarlo è necessario scavare una buca, la sua base e le pareti sono riempite con cemento armato di argilla espansa.

Le aperture di ingresso e uscita si trovano sui lati opposti della camera, dove sono montati tubi inclinati per l'alimentazione del substrato e il pompaggio della massa di rifiuti.

Il tubo di scarico con un diametro di circa 7 cm dovrebbe trovarsi quasi sul fondo del bunker, l'altra estremità è montata in un serbatoio di compensazione rettangolare in cui verranno pompati i rifiuti. La tubazione per la fornitura del substrato si trova a circa 50 cm dal fondo e ha un diametro di 25-35 cm. La parte superiore del tubo entra nel vano per la ricezione delle materie prime.

Il reattore deve essere completamente sigillato. Per escludere la possibilità di ingresso di aria, il contenitore deve essere coperto con uno strato di impermeabilizzazione bituminosa

La parte superiore del bunker è un contenitore per il gas, che ha una forma a cupola o cono. È realizzato in lamiera o ferro per coperture. È possibile completare la struttura anche con muratura, che verrà poi ricoperta con rete d'acciaio e intonacata. È necessario realizzare uno sportello sigillato sopra il serbatoio del gas, rimuovere il tubo del gas che passa attraverso il sigillo dell'acqua e installare una valvola per scaricare la pressione del gas.

Per miscelare il substrato, l'impianto può essere dotato di un sistema di drenaggio funzionante secondo il principio del gorgogliamento. Per fare ciò, fissare verticalmente i tubi di plastica all'interno della struttura in modo che il loro bordo superiore si trovi sopra lo strato del substrato. Fai molti buchi. Il gas sotto pressione cadrà verso il basso e, risalendo, le bolle di gas mescoleranno la biomassa nel contenitore.

Se non vuoi costruire un bunker di cemento, puoi acquistare un contenitore in PVC già pronto. Per preservare il calore, deve essere circondato da uno strato di isolamento termico: polistirene espanso. Il fondo della fossa è riempito con uno strato di cemento armato di 10 cm. Se il volume del reattore non supera i 3 m3, è possibile utilizzare serbatoi in cloruro di polivinile.

Conclusioni e video utile sull'argomento

Imparerai come realizzare l'installazione più semplice da una normale botte se guardi il video:

Puoi vedere come avviene la costruzione di un reattore sotterraneo nel video:

Un impianto per la produzione di biogas dal letame vi permetterà di risparmiare notevolmente sui costi di riscaldamento ed elettricità e di utilizzare per una buona causa il materiale organico, disponibile in abbondanza in ogni azienda agricola. Prima di iniziare la costruzione, tutto deve essere attentamente calcolato e preparato.

Il reattore più semplice può essere realizzato in pochi giorni con le tue mani, utilizzando i materiali disponibili. Se l'azienda agricola è grande, è meglio acquistare un'installazione già pronta o contattare specialisti.

L’aumento dei prezzi dell’energia ci fa riflettere sulla possibilità di procurarcene noi stessi. Una possibilità è un impianto di biogas. Con il suo aiuto, da letame, escrementi e residui vegetali si ottiene il biogas che, dopo la purificazione, può essere utilizzato per apparecchi a gas (stufe, caldaie), pompato in bombole e utilizzato come carburante per automobili o generatori elettrici. In generale, la trasformazione del letame in biogas può soddisfare tutto il fabbisogno energetico di una casa o di un'azienda agricola.

La costruzione di un impianto di biogas è un modo per fornire autonomamente risorse energetiche

Principi generali

Il biogas è un prodotto che si ottiene dalla decomposizione di sostanze organiche. Durante il processo di putrefazione/fermentazione vengono rilasciati gas, la cui raccolta può soddisfare il fabbisogno della propria famiglia. L’apparecchiatura in cui avviene questo processo è chiamata “impianto di biogas”.

Il processo di formazione del biogas avviene grazie all'attività vitale di vari tipi di batteri contenuti nei rifiuti stessi. Ma affinché possano "lavorare" attivamente, devono creare determinate condizioni: umidità e temperatura. Per realizzarli è in costruzione un impianto di biogas. Si tratta di un complesso di dispositivi, la cui base è un bioreattore, in cui avviene la decomposizione dei rifiuti, accompagnata dalla formazione di gas.

Esistono tre modalità per trasformare il letame in biogas:

• Modalità psicofila. La temperatura nell'impianto di biogas va da +5°C a +20°C. In tali condizioni, il processo di decomposizione è lento, si forma molto gas e la sua qualità è bassa.
• Mesofilo. L'unità entra in questa modalità a temperature comprese tra +30°C e +40°C. In questo caso, i batteri mesofili si riproducono attivamente. In questo caso si forma più gas, il processo di lavorazione richiede meno tempo, da 10 a 20 giorni.
• Termofilo. Questi batteri si moltiplicano a temperature a partire da +50°C. Il processo è il più veloce (3-5 giorni), la produzione di gas è maggiore (in condizioni ideali, con 1 kg di erogazione si possono ottenere fino a 4,5 litri di gas). La maggior parte delle tabelle di riferimento per la resa del gas derivante dalla lavorazione sono fornite specificatamente per questa modalità, quindi quando si utilizzano altre modalità vale la pena apportare una modifica minore.

La cosa più difficile da implementare negli impianti di biogas è la modalità termofila. Ciò richiede un isolamento termico di alta qualità dell'impianto di biogas, un riscaldamento e un sistema di controllo della temperatura. Ma all'uscita otteniamo la massima quantità di biogas. Un'altra caratteristica dell'elaborazione termofila è l'impossibilità di carico aggiuntivo. Le restanti due modalità - psicofila e mesofila - consentono di aggiungere quotidianamente una nuova porzione di materie prime preparate. Ma, nella modalità termofila, il breve tempo di lavorazione consente di dividere il bioreattore in zone in cui verrà lavorata la loro quota di materie prime termini diversi download.

Schema impianto biogas

La base di un impianto di biogas è un bioreattore o bunker. In esso avviene il processo di fermentazione e il gas risultante si accumula al suo interno. E' inoltre presente una tramoggia di carico e scarico; il gas generato viene scaricato attraverso un tubo inserito nella parte superiore. Poi arriva il sistema di trattamento del gas: pulirlo e aumentare la pressione nel gasdotto fino alla pressione di esercizio.

Per le modalità mesofila e termofila, è necessario anche un sistema di riscaldamento del bioreattore per raggiungere le modalità richieste. A questo scopo vengono solitamente utilizzati caldaie a gas operando con il carburante prodotto. Da esso, un sistema di tubazioni va al bioreattore. Di solito si tratta di tubi in polimero, poiché resistono meglio all'ambiente aggressivo.

Un impianto di biogas necessita anche di un sistema per la miscelazione della sostanza. Durante la fermentazione sulla superficie si forma una crosta dura e le particelle pesanti si depositano. Tutto questo insieme peggiora il processo di formazione del gas. I miscelatori sono necessari per mantenere uno stato omogeneo della massa lavorata. Possono essere meccanici o anche manuali. Possono essere avviati tramite timer o manualmente. Tutto dipende da come è realizzato l'impianto di biogas. Sistema automatizzato più costoso da installare, ma richiede un'attenzione minima durante il funzionamento.

A seconda della tipologia di ubicazione, un impianto di biogas può essere:

• In superficie.
• Semincasso.
• Incasso.

Quelli ad incasso sono più costosi da installare: è necessario un grande lavoro di scavo. Ma se utilizzati nelle nostre condizioni, sono migliori: è più facile organizzare l'isolamento e i costi di riscaldamento sono inferiori.

Cosa può essere riciclato

Un impianto di biogas è essenzialmente onnivoro: qualsiasi materia organica può essere trasformata. Qualsiasi letame e urina, i residui vegetali sono adatti. Detergenti, antibiotici e prodotti chimici influenzano negativamente il processo. Si consiglia di ridurne al minimo l'assunzione poiché uccidono la flora che li elabora.

Il letame bovino è considerato ideale poiché contiene microrganismi grandi quantità. Se nell'allevamento non sono presenti mucche, durante il caricamento del bioreattore è consigliabile aggiungere parte del letame per popolare il substrato con la microflora necessaria. I residui vegetali vengono pre-frantumati e diluiti con acqua. I materiali vegetali e gli escrementi vengono mescolati in un bioreattore. Questo “riempimento” richiede più tempo per essere elaborato, ma alla fine, con la modalità corretta, otteniamo la massima resa del prodotto.

Determinazione della posizione

Per ridurre al minimo i costi di organizzazione del processo, è opportuno posizionare l'impianto di biogas vicino alla fonte dei rifiuti, vicino agli edifici in cui vengono tenuti pollame o animali. Si consiglia di sviluppare il progetto in modo che il caricamento avvenga per gravità. Da una stalla o da un porcile, puoi posare una tubazione in pendenza attraverso la quale il letame scorrerà per gravità nel bunker. Ciò semplifica notevolmente il compito di manutenzione del reattore e anche di rimozione del letame.

È consigliabile posizionare l'impianto di biogas in modo che i rifiuti dell'azienda agricola possano fluire per gravità

Di solito gli edifici con animali si trovano a una certa distanza da un edificio residenziale. Pertanto, il gas generato dovrà essere trasferito ai consumatori. Ma posare un tubo del gas è più economico e più semplice che organizzare una linea per il trasporto e il carico del letame.

Bioreattore

Esistono requisiti piuttosto severi per i serbatoi di lavorazione del letame:

Tutti questi requisiti per la costruzione di un impianto di biogas devono essere soddisfatti, poiché garantiscono la sicurezza e creano condizioni normali per la trasformazione del letame in biogas.

Con quali materiali può essere realizzato?

Resistenza a ambienti aggressivi- questo è il requisito di base per i materiali con cui può essere realizzato il contenitore. Il substrato nel bioreattore può essere acido o alcalino. Di conseguenza, il materiale con cui è realizzato il contenitore deve tollerare bene diversi ambienti.

Non sono molti i materiali che soddisfano queste richieste. La prima cosa che mi viene in mente è il metallo. È durevole e può essere utilizzato per realizzare contenitori di qualsiasi forma. La cosa buona è che puoi usare un contenitore già pronto, un vecchio serbatoio. In questo caso, la realizzazione di un impianto di biogas richiederà pochissimo tempo. Lo svantaggio del metallo è che reagisce con sostanze chimicamente attive e inizia a collassare. Per neutralizzare questo svantaggio, il metallo è rivestito con un rivestimento protettivo.

Un'opzione eccellente è un contenitore del bioreattore in polimero. La plastica è chimicamente neutra, non marcisce, non arrugginisce. Devi solo scegliere tra materiali che resistano al congelamento e al riscaldamento a temperature sufficientemente elevate. Le pareti del reattore devono essere spesse, preferibilmente rinforzate con fibra di vetro. Tali contenitori non sono economici, ma durano a lungo.

Un’opzione più economica è un impianto di biogas con un contenitore fatto di mattoni, blocchi di cemento o pietra. Affinché la muratura possa resistere a carichi elevati, è necessario rinforzarla (ogni 3-5 file, a seconda dello spessore del muro e del materiale). Una volta ultimato il processo di costruzione delle pareti, per garantire l'impermeabilità all'acqua e ai gas, è necessario il successivo trattamento multistrato delle pareti sia all'interno che all'esterno. Le pareti sono intonacate con una composizione di cemento-sabbia con additivi (additivi) che forniscono le proprietà richieste.

Dimensionamento del reattore

Il volume del reattore dipende dalla temperatura selezionata per la trasformazione del letame in biogas. Molto spesso viene scelto il mesofilo: è più facile da mantenere e consente la possibilità di ricaricare quotidianamente il reattore. La produzione di biogas dopo aver raggiunto la modalità normale (circa 2 giorni) è stabile, senza picchi o cali (durante la creazione condizioni normali). In questo caso ha senso calcolare il volume dell'impianto di biogas in base alla quantità di letame prodotta giornalmente nell'azienda agricola. Tutto è facilmente calcolabile sulla base dei dati statistici medi.

La decomposizione del letame a temperature mesofile richiede dai 10 ai 20 giorni. Di conseguenza, il volume viene calcolato moltiplicando per 10 o 20. Durante il calcolo, è necessario tenere conto della quantità di acqua necessaria per portare il substrato in uno stato ideale: la sua umidità dovrebbe essere dell'85-90%. Il volume trovato aumenta del 50%, poiché il carico massimo non deve superare i 2/3 del volume del serbatoio - il gas dovrebbe accumularsi sotto il soffitto.

Ad esempio, in una fattoria ci sono 5 mucche, 10 maiali e 40 polli. Fondamentalmente, 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Condurre escrementi di pollo ad un'umidità dell'85% è necessario aggiungere poco più di 5 litri di acqua (ovvero altri 5 kg). Il peso totale è di 331,8 kg. Per una lavorazione in 20 giorni occorrono: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - circa 7 mc solo per il sottofondo. Moltiplichiamo la cifra trovata per 1,5 (aumentiamo del 50%), otteniamo 10,5 metri cubi. Questo sarà il valore calcolato del volume del reattore dell'impianto di biogas.

I portelli di carico e scarico conducono direttamente al serbatoio del bioreattore. Affinché il substrato sia distribuito uniformemente su tutta l'area, vengono realizzati alle estremità opposte del contenitore.

Quando si installa un impianto biogas in profondità, le tubazioni di carico e scarico si avvicinano all'abitazione sottostante angolo acuto. Inoltre, l'estremità inferiore del tubo dovrebbe essere al di sotto del livello del liquido nel reattore. Ciò impedisce all'aria di entrare nel contenitore. Inoltre, sui tubi sono installate valvole rotanti o di intercettazione, che nella posizione normale sono chiuse. Si aprono solo durante il carico o lo scarico.

Poiché il letame può contenere frammenti di grandi dimensioni (elementi di lettiera, steli d'erba, ecc.), i tubi di piccolo diametro spesso si intasano. Pertanto, per il carico e lo scarico, devono avere un diametro di 20-30 cm. Devono essere installati prima dell'inizio dei lavori di isolamento dell'impianto di biogas, ma dopo l'installazione del contenitore.

La modalità di funzionamento più conveniente di un impianto di biogas è con il carico e lo scarico regolare del substrato. Questa operazione può essere eseguita una volta al giorno oppure una volta ogni due giorni. Il letame e gli altri componenti vengono preraccolti in un serbatoio di stoccaggio, dove vengono portati allo stato richiesto: frantumati, se necessario, inumiditi e miscelati. Per comodità, questo contenitore può essere dotato di un agitatore meccanico. Il substrato preparato viene versato nel portello di ricezione. Se posizioni il contenitore ricevente al sole, il substrato verrà preriscaldato, riducendo così i costi per il mantenimento della temperatura richiesta.

Si consiglia di calcolare la profondità di installazione della tramoggia di raccolta in modo che i rifiuti vi confluiscano per gravità. Lo stesso vale per lo scarico nel bioreattore. Il caso migliore è se il substrato preparato si muove per gravità. E una persiana lo recinterà durante la preparazione.

Per garantire la tenuta dell'impianto di biogas, i portelli della tramoggia di ricevimento e della zona di scarico devono essere dotati di guarnizione in gomma. Meno aria c'è nel contenitore, più pulito sarà il gas all'uscita.

Raccolta e rimozione del biogas

Il biogas viene rimosso dal reattore attraverso un tubo, un'estremità del quale è sotto il tetto, l'altra viene solitamente abbassata in un sigillo d'acqua. Si tratta di un contenitore con acqua nel quale viene scaricato il biogas risultante. C'è un secondo tubo nel sigillo dell'acqua: si trova sopra il livello del liquido. Ne esce biogas più pulito. All'uscita del bioreattore è installata una valvola di intercettazione del gas. L'opzione migliore è quella a palla.

Quali materiali possono essere utilizzati per il sistema di trasporto del gas? Tubi metallici zincati e tubi del gas da HDPE o PPR. Devono garantire la tenuta delle cuciture e delle giunture mediante schiuma di sapone. L'intera pipeline è assemblata da tubi e raccordi dello stesso diametro. Nessuna contrazione o espansione.

Purificazione dalle impurità

La composizione approssimativa del biogas risultante è:

• metano - fino al 60%;
• anidride carbonica - 35%;
• altre sostanze gassose (compreso l'idrogeno solforato, che conferisce al gas un odore sgradevole) - 5%.

Affinché il biogas sia inodore e bruci bene, è necessario rimuovere da esso l'anidride carbonica, l'idrogeno solforato e il vapore acqueo. L'anidride carbonica viene rimossa in un sistema di tenuta idraulica se viene aggiunta calce spenta sul fondo dell'impianto. Tale segnalibro dovrà essere cambiato periodicamente (non appena il gas inizierà a bruciare peggio, è ora di cambiarlo).

L'essiccazione del gas può essere eseguita in due modi: realizzando sigilli idraulici nel gasdotto - inserendo sezioni curve nel tubo sotto i sigilli idraulici, in cui si accumulerà la condensa. Lo svantaggio di questo metodo è la necessità di svuotare regolarmente il sigillo d'acqua: se c'è una grande quantità di acqua raccolta, può bloccare il passaggio del gas.

Il secondo modo è installare un filtro con gel di silice. Il principio è lo stesso di un sigillo d'acqua: il gas viene fornito al gel di silice e asciugato da sotto il coperchio. Con questo metodo di essiccazione del biogas, il gel di silice deve essere essiccato periodicamente. Per fare questo, scaldarlo nel microonde per un po '. Si riscalda e l'umidità evapora. Puoi riempirlo e usarlo di nuovo.

Per rimuovere l'idrogeno solforato viene utilizzato un filtro caricato con trucioli metallici. È possibile caricare vecchie pagliette metalliche nel contenitore. La purificazione avviene esattamente allo stesso modo: il gas viene fornito nella parte inferiore del contenitore pieno di metallo. Al suo passaggio viene depurato dall'idrogeno solforato, raccolto nella parte libera superiore del filtro, da dove viene scaricato attraverso un altro tubo.

Serbatoio del gas e compressore

Il biogas purificato entra in un serbatoio di stoccaggio - un contenitore per il gas. Può trattarsi di un sacchetto di plastica sigillato o di un contenitore di plastica. La condizione principale è la tenuta al gas, la forma e il materiale non hanno importanza. Il contenitore del gas immagazzina una fornitura di biogas. Da esso, con l'aiuto di un compressore, il gas viene fornito al consumatore a una certa pressione (impostata dal compressore) - alla stufa a gas o alla caldaia. Questo gas può essere utilizzato anche per generare elettricità utilizzando un generatore.

Per creare una pressione stabile nel sistema dopo il compressore, è consigliabile installare un ricevitore, un piccolo dispositivo per livellare i picchi di pressione.

Dispositivi di miscelazione

Affinché l'impianto di biogas funzioni normalmente, è necessario miscelare regolarmente il liquido nel bioreattore. Questo semplice processo risolve molti problemi:

• mescola una porzione fresca del carico con una colonia di batteri;
• favorisce il rilascio del gas prodotto;
• equalizza la temperatura del liquido, escludendo le zone più calde e quelle più fredde;
• mantiene l'omogeneità del supporto, impedendo l'assestamento o il galleggiamento di alcuni componenti.

Tipicamente, un piccolo impianto di biogas fatto in casa è dotato di agitatori meccanici azionati dalla forza muscolare. Nei sistemi di grandi volumi, gli agitatori possono essere azionati da motori attivati ​​da un timer.

Il secondo metodo consiste nel mescolare il liquido facendovi passare attraverso una parte del gas generato. Per fare ciò, dopo aver lasciato il metatank, viene installato un raccordo a T e parte del gas fluisce nella parte inferiore del reattore, da dove esce attraverso un tubo forato. Questa parte del gas non può essere considerata un consumo, poiché entra comunque di nuovo nel sistema e, di conseguenza, finisce nel serbatoio del gas.

Il terzo metodo di miscelazione consiste nel pompare il substrato dal basso utilizzando pompe fecali e versarlo in alto. Lo svantaggio di questo metodo è la sua dipendenza dalla disponibilità di elettricità.

Impianto di riscaldamento e isolamento termico

Senza riscaldare il liquido trattato, i batteri psicofili si moltiplicheranno. Il processo di elaborazione in questo caso richiederà 30 giorni e la produzione di gas sarà ridotta. In estate, se c'è isolamento termico e preriscaldamento del carico, è possibile raggiungere temperature fino a 40 gradi, quando inizia lo sviluppo di batteri mesofili, ma in inverno tale installazione è praticamente inoperante - i processi procedono molto lentamente . A temperature inferiori a +5°C praticamente gelano.

Cosa riscaldare e dove posizionarlo

Per ottenere i migliori risultati, utilizzare il riscaldamento. Il più razionale è il riscaldamento dell'acqua da una caldaia. La caldaia può funzionare con energia elettrica, solida o combustibile liquido, puoi anche utilizzarlo sul biogas prodotto. La temperatura massima alla quale deve essere riscaldata l'acqua è +60°C. Tubi più caldi possono far aderire le particelle alla superficie, riducendo l'efficienza del riscaldamento.

Puoi anche utilizzare il riscaldamento diretto: inserisci gli elementi riscaldanti, ma in primo luogo è difficile organizzare la miscelazione, in secondo luogo il substrato si attaccherà alla superficie, riducendo il trasferimento di calore, gli elementi riscaldanti si bruceranno rapidamente

Un impianto di biogas può essere riscaldato utilizzando radiatori di riscaldamento standard, semplicemente tubi attorcigliati a spirale o registri saldati. È meglio usare tubi polimerici: metallo-plastica o polipropilene. Sono adatti anche i tubi corrugati in acciaio inossidabile; sono più facili da installare, soprattutto nei bioreattori cilindrici verticali, ma la superficie corrugata provoca l'adesione dei sedimenti, il che non è molto favorevole al trasferimento di calore.

Per ridurre la possibilità che le particelle si depositino sugli elementi riscaldanti, questi sono posizionati nella zona dell'agitatore. Solo in questo caso tutto dovrà essere predisposto affinché il miscelatore non possa toccare le tubazioni. Spesso sembra che sia meglio posizionare i riscaldatori sul fondo, ma la pratica ha dimostrato che a causa dei sedimenti sul fondo, tale riscaldamento è inefficace. Quindi è più razionale posizionare i riscaldatori sulle pareti del metaserbatoio di un impianto di biogas.

Metodi di riscaldamento dell'acqua

A seconda del metodo di disposizione dei tubi, il riscaldamento può essere esterno o interno. Se installato internamente, il riscaldamento è efficace, ma la riparazione e la manutenzione dei riscaldatori è impossibile senza arrestare e pompare il sistema. Pertanto, particolare attenzione è rivolta alla selezione dei materiali e alla qualità delle connessioni.

Il riscaldamento aumenta la produttività dell'impianto di biogas e riduce i tempi di lavorazione delle materie prime

Quando i riscaldatori sono posizionati esternamente, è necessario più calore (il costo per riscaldare il contenuto di un impianto di biogas è molto più elevato), poiché molto calore viene speso per riscaldare le pareti. Ma l'impianto è sempre disponibile per eventuali riparazioni, e il riscaldamento è più uniforme, poiché l'ambiente viene riscaldato dalle pareti. Un altro vantaggio di questa soluzione è che gli agitatori non possono danneggiare il sistema di riscaldamento.

Come isolare

Sul fondo della fossa viene innanzitutto versato uno strato livellante di sabbia, quindi uno strato termoisolante. Può essere argilla mista a paglia e argilla espansa, scorie. Tutti questi componenti possono essere miscelati e versati in strati separati. Vengono livellati fino all'orizzonte e viene installata la capacità dell'impianto di biogas.

Le pareti del bioreattore possono essere isolate con materiali moderni oppure con metodi classici antiquati. Da metodi antiquati- rivestimento con argilla e paglia. Applicare in più strati.

Da materiali moderniÈ possibile utilizzare il polistirene espanso estruso alta densità, blocchi di cemento cellulare a bassa densità, . La più tecnologicamente avanzata in questo caso è la schiuma di poliuretano (PPU), ma i servizi per la sua applicazione non sono economici. Ma il risultato è un isolamento termico senza soluzione di continuità, che riduce al minimo i costi di riscaldamento. Esiste un altro materiale termoisolante: il vetro espanso. È molto costoso in lastre, ma i suoi trucioli o le briciole costano pochissimo, e in termini di caratteristiche è quasi l'ideale: non assorbe l'umidità, non teme il gelo, tollera bene i carichi statici e ha una bassa conduttività termica.

Per i proprietari di grandi aziende agricole, il problema del letame, degli escrementi di uccelli e dei resti di animali è un problema serio. Per risolvere il problema è possibile utilizzare impianti speciali progettati per produrre biogas. Sono facili da realizzare in casa e possono essere utilizzati per un lungo periodo con una resa elevata di un prodotto pronto all'uso.

Cos'è il biogas?

Il biogas è una sostanza ottenuta da materie prime naturali sotto forma di biomassa (letame, escrementi di uccelli) grazie alla sua fermentazione. In questo processo sono coinvolti diversi batteri, ognuno dei quali si nutre dei prodotti di scarto dei precedenti. Si identificano i seguenti microrganismi che prendono parte attiva nel processo di produzione del biogas:

• idrolitico;
• formante acido;
• formazione di metano.

La tecnologia per la produzione di biogas dalla biomassa finita comporta uno stimolo processi naturali. I batteri nel letame dovrebbero essere creati condizioni ottimali Per riproduzione rapida ed efficiente trattamento delle sostanze. Per fare ciò, le materie prime biologiche vengono collocate in un serbatoio sigillato dall'ossigeno.

Successivamente entra in azione un gruppo di microbi anaerobici. Permettono la conversione di composti contenenti fosforo, potassio e azoto in forme pure. Come risultato della lavorazione non si forma solo biogas, ma anche certificazioni di qualità. Sono ideali per le esigenze agricole e sono più efficienti del letame tradizionale.

Valore ambientale della produzione di biogas

Grazie ad un'elaborazione efficiente rifiuti biologici ottenere carburante prezioso. L’istituzione di questo processo aiuta a prevenire le emissioni di metano nell’atmosfera, che hanno un impatto negativo sull’ambiente. Questo composto stimola l'effetto serra 21 volte più forte dell'anidride carbonica. Il metano può persistere nell’atmosfera per 12 anni.

Per prevenire il riscaldamento globale, che è un problema globale, è necessario limitare l'ingresso e la distribuzione di questa sostanza nell'ambiente. I rifiuti risultanti dal processo di riciclaggio sono un marchio di alta qualità. Il suo utilizzo consente di ridurre il volume dei composti chimici utilizzati. I fertilizzanti sintetici inquinano acque sotterranee e avere un impatto negativo sulla condizione ambiente.

Cosa influenza la produttività del processo produttivo?

Con la corretta organizzazione del processo produttivo per la produzione di biogas, da 1 cubo. m di materie prime organiche rendono circa 2-3 metri cubi. m di prodotto puro. La sua efficacia è influenzata da molti fattori:

• temperatura ambiente;
• livello di acidità delle materie prime biologiche;
• umidità ambientale;
• la quantità di fosforo, azoto e carbonio nella massa biologica iniziale;
• dimensione delle particelle di letame o escrementi;
• la presenza di sostanze che rallentano il processo di lavorazione;
• inclusione di additivi stimolanti nella biomassa;
• frequenza di alimentazione del substrato.

Elenco delle materie prime utilizzate per la produzione di biogas

Il biogas può essere prodotto non solo dal letame o dagli escrementi di uccelli. Altre materie prime possono essere utilizzate per produrre carburante ecologico:

• borlande di grano;
• rifiuti di succo;
• polpa di barbabietola;
• rifiuti derivanti dalla produzione di pesce o carne;
• grano esaurito;
• rifiuti dei caseifici;
• fango fecale;
• rifiuti domestici di origine organica;
• rifiuti derivanti dalla produzione di biodiesel da colza.

Composizione del gas biologico

La composizione del biogas dopo il passaggio è la seguente:

• 50-87% metano;
• 13-50% di anidride carbonica;
• impurità di idrogeno e idrogeno solforato.

Dopo aver purificato il prodotto dalle impurità si ottiene il biometano. È un analogo, ma ha una natura di origine diversa. Per migliorare la qualità del carburante, il contenuto di metano nella sua composizione, che è la principale fonte di energia, viene normalizzato.

Nel calcolare il volume dei gas prodotti, viene presa in considerazione la temperatura ambiente. Quando aumenta, aumenta la resa del prodotto e diminuisce il suo contenuto calorico. Le caratteristiche del biogas sono influenzate negativamente dall'aumento dell'umidità dell'aria.

Ambito di applicazione del biogas

La produzione di biogas svolge un ruolo significativo non solo nel preservare l'ambiente, ma anche nel fornirlo economia nazionale carburante. È caratterizzato da un'ampia gamma di applicazioni:

• utilizzato come materia prima per la produzione di elettricità, carburante per automobili;
• per soddisfare il fabbisogno energetico delle piccole e medie imprese;
• Gli impianti di biogas svolgono il ruolo di impianti di trattamento, il che rende possibile la soluzione.

Tecnologia di produzione del biogas

Per produrre biogas è necessario intraprendere azioni volte ad accelerare il processo di decomposizione naturale della sostanza organica. Prima di essere poste in un contenitore sigillato con un apporto limitato di ossigeno, le materie prime naturali vengono accuratamente frantumate e mescolate con una certa quantità di acqua.

Di conseguenza, si ottiene il substrato originale. La presenza di acqua nella sua composizione è necessaria per prevenire effetti negativi sui batteri che possono verificarsi quando le sostanze entrano dall'ambiente. Senza la componente liquida il processo di fermentazione rallenta notevolmente e riduce l’efficienza dell’intero bioimpianto.

Le attrezzature di tipo industriale per la lavorazione delle materie prime organiche sono inoltre dotate di:

• un dispositivo per riscaldare il substrato;
• attrezzature per la miscelazione di materie prime;
• dispositivi per il monitoraggio dell'acidità dell'ambiente.

Questi dispositivi aumentano significativamente l'efficienza dei bioreattori. L'agitazione rimuove la crosta dura dalla superficie della biomassa, aumentando la quantità di gas rilasciato. La durata della lavorazione della massa organica è di circa 15 giorni. Durante questo periodo, si decompone solo del 25%. Quantità massima gas naturale rilasciato quando il grado di degradazione del substrato raggiunge il 33%.

La tecnologia per la produzione di gas biologico prevede il rinnovo quotidiano del substrato. Per fare ciò, il 5% della massa viene rimosso dal bioreattore e al suo posto viene inserita una nuova porzione di materie prime. Il prodotto speso viene utilizzato come garanzia.

Tecnologia di produzione del biogas a casa

La produzione di biogas in casa avviene secondo il seguente schema:

1. La massa biologica viene frantumata. È necessario ottenere particelle la cui dimensione non superi i 10 mm.
2. La massa risultante viene accuratamente miscelata con acqua. Per 1 kg di materia prima sono necessari circa 700 ml di componente liquido. L'acqua utilizzata deve essere potabile e priva di impurità.
3. L'intero serbatoio viene riempito con il substrato risultante, dopo di che viene sigillato ermeticamente.
4. Si consiglia di mescolare accuratamente il substrato più volte al giorno, il che aumenterà l'efficienza della sua lavorazione.
5. Il 5° giorno del processo produttivo viene verificata la presenza di biogas che viene gradualmente pompato in bombole predisposte mediante un compressore. È obbligatoria la rimozione periodica dei prodotti gassosi. Il loro accumulo porta ad un aumento della pressione all'interno del serbatoio, che influisce negativamente sul processo di decomposizione della massa biologica.
6. Al 15° giorno di produzione viene rimossa parte del substrato e caricata una nuova porzione di materiale biologico.

Per determinare il volume richiesto del reattore per la lavorazione della biomassa, è necessario calcolare la quantità di letame prodotto durante il giorno. È necessario tenere conto del tipo di materie prime utilizzate e delle condizioni di temperatura che verranno mantenute nell'installazione. Il serbatoio utilizzato dovrà essere riempito all'85-90% del suo volume. Il restante 10% è necessario per l'accumulo del gas biologico risultante.

Bisogna tenere conto della durata del ciclo di lavorazione. Mantenendo la temperatura a +35°C sono 12 giorni. Non bisogna dimenticare che le materie prime utilizzate vengono diluite con acqua prima di essere inviate al reattore. Pertanto, la sua quantità viene presa in considerazione prima di calcolare il volume del serbatoio.

Schema di un semplice impianto biologico

Per produrre biogas in casa è necessario creare condizioni ottimali per i microrganismi che scompongono la massa biologica. Innanzitutto è consigliabile organizzare il riscaldamento del generatore, che comporterà costi aggiuntivi.

• Il volume del contenitore per lo stoccaggio dei rifiuti deve essere di almeno 1 metro cubo. M;
• è necessario utilizzare un contenitore ermeticamente chiuso;
• l'isolamento del serbatoio della biomassa è un prerequisito per il suo efficace funzionamento;
• il serbatoio può essere approfondito nel terreno. L'isolamento termico è installato solo nella parte superiore;
• Nel contenitore è installato un mixer manuale. La sua maniglia viene fatta uscire attraverso un gruppo sigillato;
• sono previste bocchette per il carico/scarico delle materie prime e per l'aspirazione del biogas.

Tecnologia di produzione di reattori sotterranei

Per produrre biogas è possibile installare l'impianto più semplice, approfondendolo nel terreno. La tecnologia di produzione di un tale serbatoio è la seguente:

1. Scavare una fossa la giusta dimensione. Le sue pareti sono piene di cemento argilloso espanso, ulteriormente rinforzato.
2. Vengono lasciati dei buchi sulle pareti opposte del bunker. Installano tubi con una certa pendenza per pompare materie prime ed estrarre materiali di scarto.
3. Quasi vicino al fondo è installata una tubazione di uscita con un diametro di 70 mm. L'altra estremità è installata in un serbatoio in cui verranno pompati i fanghi di rifiuto. Si consiglia di renderlo rettangolare.
4. La tubazione per la fornitura di materie prime è posizionata ad un'altezza di 0,5 m rispetto al fondo. Il suo diametro consigliato è 30-35 mm. La parte superiore del tubo viene posizionata in un serbatoio separato per ricevere le materie prime preparate.
5. La parte superiore del bioreattore dovrebbe avere una forma a cupola o cono. Può essere realizzato con normale ferro da copertura o altre lamiere metalliche. È consentito realizzare un coperchio del serbatoio utilizzando una vasca di mattoni. Per rafforzarne la struttura, la superficie viene inoltre intonacata con l'installazione di reti di rinforzo.
6. Realizzo un portello sopra il coperchio del serbatoio, che dovrebbe essere sigillato ermeticamente. Attraverso di esso passa anche il gasdotto di scarico. Inoltre è installata una valvola limitatrice di pressione.
7. Per miscelare il substrato, nel serbatoio vengono installati diversi tubi di plastica. Devono essere immersi nella biomassa. Nei tubi vengono praticati numerosi fori che consentono la miscelazione delle materie prime utilizzando bolle di gas in movimento.

Calcolo della resa del biogas

La resa del gas biologico dipende dal contenuto di sostanza secca nella materia prima e dalla sua tipologia:

• da 1 tonnellata di letame bovino si ottengono 50-60 metri cubi. m di prodotto con un contenuto di metano pari al 60%;
• Da 1 tonnellata di scarti vegetali si ottengono 200-500 metri cubi. m di biogas con una concentrazione di metano pari al 70%;
• da 1 tonnellata di grasso si ottengono 1300 metri cubi. m di gas con una concentrazione di metano pari all'87%.

Per determinare l'efficienza produttiva vengono effettuati test di laboratorio sulle materie prime utilizzate. La sua composizione è calcolata, il che influisce caratteristiche di qualità biogas.

In totale, nel mondo sono attualmente utilizzate o sviluppate circa 60 tipi di tecnologie di produzione di biogas. Il metodo più comune è la digestione anaerobica in digestori, senza accesso all'aria, o in colonne anaerobiche. Parte dell'energia ottenuta dall'utilizzo del biogas viene utilizzata per mantenere il processo. Nei paesi con climi caldi non è necessario riscaldare il digestore. I batteri convertono la biomassa in metano a temperature comprese tra 25 e 200°C. Il processo si basa sulla decomposizione (marciume) sotto l'influenza di batteri appartenenti a due grandi famiglie: acidogeni e metanogeni, rifiuti solidi preselezionati (rifiuti organici, sporco denso) in contenitori metallici senza accesso all'aria ad una temperatura media di circa +55 °C. Il gas risultante viene fornito sotto pressione al sistema di depurazione e quindi rilasciato nei due componenti SCC (metano) e CO 2 (anidride carbonica). Il biogas è costituito dal 55-75% di metano CH4, dal 25-45% di CO 2, comprese piccole impurità di H 2, H 2 S e sostanze organiche. Il periodo di formazione del biogas di alta qualità è di 7-15 giorni.

La produzione di biogas aiuta a prevenire le emissioni di metano nell’atmosfera. Il metano ha un impatto (effetto serra) 21 volte più forte della CO 2 e rimane nell'atmosfera per 12 anni. Catturare e utilizzare il metano è il miglior modo a breve termine per prevenire il riscaldamento globale.

La Russia accumula ogni anno fino a 300 milioni di tonnellate di rifiuti organici secchi equivalenti: 250 milioni di tonnellate nella produzione agricola, 50 milioni di tonnellate sotto forma di rifiuti domestici. Questi rifiuti costituiscono la materia prima per la produzione di biogas. Il volume potenziale di biogas prodotto annualmente potrebbe essere di 90 miliardi di m3.

Il biogas viene raccolto, prevenendo l'inquinamento atmosferico, e utilizzato come combustibile per produrre elettricità, calore o vapore, o come carburante per automobili. In India, Vietnam, Nepal e altri paesi vengono costruiti piccoli impianti di biogas (unifamiliari). Il gas in essi prodotto viene utilizzato per cucinare. Alla fine del 1990 la Cina produceva circa 7 miliardi di m3 di biogas all’anno. Nel 2006 questo volume è salito a 15 miliardi di m3.

Tra i paesi industrializzati, la Danimarca occupa il primo posto nella produzione e nell'utilizzo di biogas: il biogas occupa fino al 18% del suo bilancio energetico totale. IN Europa occidentale almeno la metà di tutti gli allevamenti di pollame sono riscaldati con biogas.

Volvo e Scania producono autobus con motori a biogas. Tali autobus sono utilizzati attivamente nelle città della Svizzera: Berna, Basilea, Ginevra, Lucerna e Losanna. Secondo le previsioni dell'Associazione svizzera dell'industria del gas, entro il 2010 il 10% dei veicoli svizzeri funzionerà a biogas.

Tenendo conto delle nostre condizioni, il metano prodotto dal biogas, o il biogas nella sua forma principale, può essere utilizzato come combustibile per piccole caldaie, veicoli e per la produzione di elettricità. Accanto all'impianto di trattamento dei rifiuti solidi si prevede di costruire moduli: serre per la coltivazione di colture agricole, verdure ed erbe aromatiche.

Il metano rilasciato dal biogas è una materia prima per la produzione di molti prodotti preziosi industria chimica- metanolo, formaldeide, acetilene, disolfuro di carbonio, cloroformio, acido cianidrico, fuliggine.

Da 1 tonnellata di rifiuti urbani solidi e liquidi si ottengono 521 m 3 di biogas mediante la tecnologia della digestione anaerobica (HSAD). Il metano puro ha un potere calorifico di circa 35,9 MJ/m 3 a 0°C e 101,3 kPa. 1 milione di unità termiche britanniche Btu (MJ) corrisponde a 293 kWh.

Consideriamo un esempio di calcolo per la produzione di gas secondo la tecnologia americana di digestione anaerobica HSAD. Ci sono 100 tonnellate di rifiuti urbani:

• 45% rifiuti destinati alla digestione (fanghi fecali, rifiuti domestici, cartone)
• 55% rifiuti destinati alla raccolta differenziata (vetro, metalli, plastica, legno, minerali)
• 45 tonnellate di rifiuti = 18800 m 3 di biogas (80% standard rinnovabile)
• 11.300 m 3 di metano (60%) ovvero 398 milioni di Btu;
• 5400 m 3 С0 2 (30%).

Con un'efficienza del 35%, il 60% di metano produce 139 milioni di Btu o 40.727 kW al giorno.

Da 137 tonnellate di rifiuti si producono:

• 2525600 tonnellate di compost all'anno
• 22,9 milioni di litri di metano ovvero 17 tonnellate al giorno (65% della massa totale di gas prodotto, 30% - CO 2)
• 810 milioni di Btu al giorno.

La resa di biogas per 1 tonnellata di sostanza secca assoluta dipende dal tipo di materia prima utilizzata. Dal punto di vista economico è più giustificato ottenere il biogas dai rifiuti degli allevamenti. Una tonnellata di letame bovino produce 200-350 m 3 di biogas con un contenuto di metano del 60%, 300-630 m 3 di biogas da vari tipi di impianti con un contenuto di metano fino al 70%.

I calcoli sul biogas utilizzano addirittura il concetto di “unità animale” per poter confrontare la quantità di biogas prodotta dal letame di diversi animali. Un'unità animale produce circa 0,5 m 3 di biogas al giorno. Una unità animale corrisponde a 1 mucca adulta/5 vitelli/6 maiali/250 polli.

Materie prime per la trasformazione in biogas: scarti dell'industria della carne, rifiuti urbani liquidi, rifiuti agricoli, scarti di legno, cartone, spreco alimentare, rifiuti organici - erba, paglia, foglie, aghi di pino, letame, fanghi fecali, rifiuti domestici, cartone. Prodotto finale della lavorazione: biogas, compost di alta qualità.

Attualmente la quantità totale di metano presente nell'atmosfera è stimata in 4600-5000 Tg (Tg = 1012 g, ovvero 1 Tg di metano corrisponde a 1012 grammi di anidride carbonica). Poiché il metano ha sicuramente un effetto serra più forte dell'anidride carbonica, le loro emissioni sono state confrontate ricalcolando l'effetto del metano e l'effetto della CO? utilizzando la cosiddetta CO equivalente? (una tonnellata di metano emessa equivale a 23 tonnellate di CO emesse? su una scala temporale di 100 anni). IN emisfero meridionale Le concentrazioni di metano sono leggermente inferiori rispetto all’emisfero settentrionale. Questa differenza è solitamente attribuita alla minore potenza delle fonti di metano nell’emisfero meridionale: si ritiene che le principali fonti di metano siano situate nei continenti, e gli oceani non forniscono un contributo significativo al flusso globale di metano. La durata della vita del metano nell'atmosfera è di 8-12 anni.

Il metano entra nell’atmosfera da fonti sia naturali che antropiche. La potenza delle fonti antropiche attualmente supera significativamente la potenza di quelle naturali. Le fonti naturali di metano includono paludi, tundra, bacini idrici, insetti (principalmente termiti), idrati di metano, processi geochimici (eruzioni vulcaniche); di origine antropica: risaie, miniere, animali, perdite durante la produzione di gas e petrolio, combustione di biomassa, discariche.

L'intensità del rilascio di metano dalle paludi varia ampiamente. Emissioni di metano dalle paludi della Siberia occidentale, che sono tranquille tipico rappresentante paludi settentrionali, determinato con metodi gascromatografici, è di circa 9 mg di metano per h/m 2. In media, le emissioni di metano dalle paludi siberiane possono raggiungere 20 Tg/anno, che è parecchio rispetto al flusso totale di metano dalle paludi (50-70 Tg).

Il numero di bovini nel mondo è di circa 1,5 miliardi di capi. Una mucca produce circa 250 litri di metano puro al giorno. Questa quantità di metano è sufficiente per far bollire 20 litri di acqua. IN paesi sviluppati In Russia vengono smaltiti in discarica circa 1,8 kg di rifiuti al giorno per persona, rispettivamente 0,6 kg; Circa il 10% di questa massa può essere convertito in metano. Di conseguenza, la Russia produce 60 g di metano al giorno per persona.

Sopra c'era un esempio della tecnologia americana di digestione anaerobica, che dà buoni risultati dalla produzione di biogas. L'esperienza domestica dimostra che in media la decomposizione di una tonnellata di rifiuti solidi può produrre 100-200 m 3 di biogas. A seconda del contenuto di metano, il potere calorifico inferiore del biogas di discarica è di 18-24 MJ/m 3 (circa la metà potere calorifico gas naturale).

Emissioni annuali di metano dalle discariche globo paragonabile alla potenza di famose fonti di metano come paludi, miniere di carbone, ecc. Oggi esiste un acuto problema di stabilizzare la concentrazione nell'atmosfera di questo gas, una delle principali fonti planetarie effetto serra. Pertanto, l’utilizzo del biogas proveniente dai rifiuti domestici è della massima importanza per ridurre le emissioni di metano di origine antropica. Inoltre, il metano provoca la combustione spontanea dei depositi delle discariche, poiché la sua interazione con l'aria crea miscele infiammabili ed esplosive, che portano ad un grave inquinamento dell'atmosfera con sostanze tossiche.

Poiché il processo di decomposizione dei rifiuti continua per molti decenni, la discarica può essere considerata una fonte stabile di biogas. Le emissioni di biogas da una discarica, a seconda del volume della massa della discarica, possono variare da diverse decine di l/s (piccole discariche) a diversi m3/s (grandi discariche). La scala e la stabilità dell'istruzione, l'ubicazione nelle aree urbane e basso costo rendono il biogas prodotto dalle discariche di rifiuti solidi una delle fonti di energia più promettenti per i fabbisogni locali. Come mostrato sopra, l'utilizzo del biogas nelle discariche di rifiuti solidi richiede la sistemazione ingegneristica della discarica (creazione di uno schermo isolante, pozzi di gas, sistema di raccolta del gas, ecc.). Allo stesso tempo, viene risolto il compito principale della protezione ambientale nelle aree urbanizzate: garantire la pulizia aria atmosferica e prevenire l’inquinamento delle falde acquifere.

Biogas generato nelle discariche dall'inizio degli anni '80. Viene estratto intensamente in molti paesi. Attualmente la quantità totale di biogas utilizzato è di circa 1,2 miliardi di m 3 /anno, che equivalgono a 429mila tonnellate di metano, ovvero l'1% delle sue emissioni globali.

In Germania, 409 grandi discariche di rifiuti urbani sono dotate di punti di raccolta del biogas generato dalla decomposizione dei componenti organici dei rifiuti. In media, da 1 tonnellata di rifiuti nelle discariche tedesche vengono prodotti circa 100 m 3 di biogas. Con un volume totale di biogas rilasciato dalle discariche pari a 4 miliardi di m 3 /anno (equivalenti a 2 miliardi di m 3 di gas naturale), il suo consumo vantaggiosoè di circa 400 milioni di m 3 /anno. Il biogas, dopo la sua depurazione, viene utilizzato per ottenere energia elettrica e termica utilizzata per scopi industriali e negli impianti di riscaldamento. La quantità di biogas generata nelle discariche varia da 10 a 1200 m 3 /h. La potenza degli impianti per la produzione di elettricità dal biogas varia da decine di kW a diverse migliaia di kW, il che consente di fornire energia da più case a un piccolo villaggio. Il biogas è spesso utilizzato come combustibile nelle centrali elettriche con motori a combustione interna (ICE). Il costo dell'energia ottenuta dai motori a combustione è circa 2-2,5 volte inferiore alle tariffe elettriche per la popolazione.

Negli Stati Uniti, l'attuale volume di produzione di biogas è di 500 milioni di m 3 /anno. Una parte significativa del biogas viene fornita alle centrali elettriche che funzionano con combustibile gassoso. La potenza elettrica totale degli impianti alimentati a biogas è di circa 200 MW. Inoltre, il biogas viene sempre più fornito alle reti pubbliche del gas.

Nel Regno Unito vengono prodotti circa 200 milioni di m 3 /anno di biogas. La capacità totale dei sistemi bioenergetici del Regno Unito è di circa 80 MW.

In Francia si producono circa 40 milioni di m 3 /anno di biogas. In una delle discariche vicino a Parigi è stata costruita una centrale biotermica che utilizza biogas, la cui emissione è di 1500 m 3 /giorno.

In Ucraina, ogni anno nelle città vengono generati circa 10 milioni di tonnellate di rifiuti domestici. Oltre il 90% dei rifiuti solidi viene trasportato in 655 discariche e discariche, di cui 140 adatte all'estrazione e all'utilizzo del gas di discarica. Il potenziale del gas di discarica è di circa 400 milioni di m 3 /anno.

L'utilizzo del biogas è molto promettente per la Russia, poiché circa il 97% dei 30 milioni di tonnellate di rifiuti prodotti ogni anno viene sepolto nelle discariche e nelle discariche organizzate. In Russia sono attive più di 1.300 discariche per rifiuti solidi. L’emissione annuale di metano dalle discariche in Russia è stimata in 1,1 miliardi di m3 (788mila tonnellate), ovvero quasi il doppio del consumo attuale nel mondo.

Attualmente in Russia il biogas delle discariche non viene praticamente utilizzato. Nell'ambito del progetto russo-olandese nel periodo 1995-1997. Nelle discariche di Dashkovka e Kargashino, situate nella regione di Mosca, sono stati costruiti due impianti pilota per la produzione e l'utilizzo di biogas. I risultati ottenuti mostrano che in una discarica media nella regione di Mosca si formano fino a 600-800 m 3 /h di biogas, il che rende possibile la produzione di elettricità per una quantità di 3500-4400 MWh/anno. Calcoli tecnici ed economici effettuati sulla base di dati sperimentali hanno confermato l'efficacia della produzione di metano dalle discariche in Russia, dove è possibile realizzare centinaia di progetti economicamente redditizi.

A San Pietroburgo vengono prodotti annualmente circa 5 milioni di metri cubi di rifiuti solidi, di cui circa l'80% viene smaltito in tre discariche esistenti. La discarica preferita per l'utilizzo del biogas è la discarica Volkhonsky PTO-1, una delle più grandi in Russia. Questa discarica smaltisce prevalentemente rifiuti domestici; la sua capacità è quasi esaurita è prevista un'opera di bonifica, che potrà essere abbinata alla realizzazione di un impianto di biogas; I calcoli hanno dimostrato che le emissioni di metano previste saranno sufficienti per far funzionare una centrale termoelettrica con una capacità di 2000 kW per 20-25 anni. Inoltre, nella regione di Leningrado ci sono 55 discariche organizzate, dove ogni anno vengono smaltiti circa 1 milione di m3 di rifiuti solidi. Nonostante i volumi relativamente piccoli di rifiuti smaltiti, la produzione di biogas in numerose discariche può essere redditizia a causa dell’elevato costo del carburante.

Riso. 72.

La decomposizione anaerobica della materia organica nelle discariche avviene sotto l'influenza di batteri metanogeni e porta al rilascio di metano, che rappresenta il 5-20% dell'emissione globale totale di questo gas nell'atmosfera.

Come già indicato, la formazione di gas nelle discariche (discariche) di rifiuti domestici è associata al verificarsi di reazioni microbiologiche anaerobiche con componenti organici dei rifiuti domestici. Questi gas contengono prevalentemente metano, anidride carbonica e azoto. Inoltre, si formano gas maleodoranti: idrogeno solforato (H 2 S), mercaptani (R-SH), aldeidi (R-CHO) in concentrazioni variabili. La composizione del gas dipende dalla durata della conservazione e dalla fase di fermentazione. La fase aerobica dura diverse settimane, mentre la fermentazione anaerobica dell'acido (marciume) può durare diversi anni. Nella fig. 72 sono riportate le singole fasi della fermentazione. Il rilascio specifico di gas nelle discariche in Germania è stimato a 60-180 m 3 /t di rifiuti.

Riso. 73. Uno degli schemi per l'ossidazione dei rifiuti organici