Produção independente de biogás

A subida dos preços da energia faz-nos pensar na possibilidade de nos abastecermos de forma independente. Uma opção é uma usina de biogás. Com a ajuda dele, o biogás é obtido a partir de dejetos, fezes e resíduos vegetais, que após a limpeza podem ser utilizados em aparelhos a gás (fogão, caldeira), bombeados em cilindros e utilizados como combustível para automóveis ou geradores elétricos. Em geral, o processamento de estrume em biogás pode fornecer todas as necessidades de energia de uma casa ou fazenda.

Construção de uma usina de biogás - uma forma de autossuficiência com recursos energéticos

Construção de uma usina de biogás - uma forma de autossuficiência com recursos energéticos

Princípios gerais

O biogás é um produto obtido a partir da decomposição da matéria orgânica. No processo de decomposição / fermentação, são liberados gases, que podem ser coletados para atender às necessidades de sua própria fazenda. Eu chamo o equipamento no qual esse processo ocorre de "usina de biogás".

Em alguns casos, a saída de gás é excessiva, então ele é armazenado em reservatórios de gás - para uso durante o período de sua quantidade insuficiente. Com uma organização competente do processo, pode haver muito gás, então o excedente pode ser vendido. Outra fonte de renda são as sobras fermentadas. Este é um fertilizante altamente eficaz e seguro - durante o processo de fermentação, a maioria dos microrganismos morre, as sementes das plantas perdem a capacidade de germinação, os ovos do parasita tornam-se inviáveis. A remoção de tais fertilizantes para os campos tem um efeito positivo na produtividade.

Condições para produção de gás

O processo de formação do biogás ocorre devido à atividade vital de vários tipos de bactérias que estão contidas nos próprios resíduos. Mas para que eles "funcionem" ativamente é necessário que criem certas condições: umidade e temperatura. Para criá-los, está sendo construída uma usina de biogás. Trata-se de um complexo de dispositivos cuja base é um biorreator, no qual ocorre a decomposição dos resíduos, que é acompanhada pela formação de gás.

Organização de um ciclo de processamento de esterco e resíduos da planta em biogás

Organização de um ciclo de processamento de esterco e resíduos da planta em biogás

Existem três modos de processamento de estrume em biogás:

  • Regime psicofílico. A temperatura na planta de biogás é de + 5 ° C a + 20 ° C. Nessas condições, o processo de decomposição é lento, forma-se muito gás e sua qualidade é baixa.
  • Mesofílico. A unidade entra neste modo em temperaturas de + 30 ° C a + 40 ° C. Nesse caso, as bactérias mesófilas proliferam. Nesse caso, mais gás é gerado, o processo de processamento leva menos tempo - de 10 a 20 dias.
  • Termofílico. Essas bactérias se multiplicam em temperaturas de + 50 ° C. O processo é o mais rápido (3-5 dias), o rendimento de gás é o maior (em condições ideais, até 4,5 litros de gás podem ser obtidos a partir de 1 kg de entrega). A maioria das tabelas de referência para recuperação de gás do processamento são fornecidas especificamente para este modo, portanto, ao usar outros modos, vale a pena fazer um ajuste para baixo.

A coisa mais difícil em usinas de biogás é o regime termofílico. Isso requer isolamento térmico de alta qualidade da planta de biogás, aquecimento e um sistema de controle de temperatura. Mas na saída obtemos o máximo de biogás. Outra característica do processamento termofílico é a impossibilidade de carregamento adicional. Os outros dois modos - psicofílico e mesofílico - permitem que você adicione uma nova porção de matéria-prima preparada diariamente.Mas, no regime termofílico, o curto tempo de processamento permite que o biorreator seja dividido em zonas, nas quais será processada sua própria cota de matéria-prima com diferentes tempos de carregamento.

Diagrama da planta de biogás

A base de uma usina de biogás é um biorreator ou bunker. O processo de fermentação ocorre nele, e o gás resultante se acumula nele. Existe também uma tremonha de carga e descarga, o gás produzido é descarregado através de um tubo inserido na parte superior. Em seguida, vem o sistema de tratamento de gás - limpando-o e aumentando a pressão do gasoduto até o de trabalho.

Diagrama de uma planta de processamento de esterco em biogás

Diagrama de uma planta de processamento de esterco em biogás

Para os modos mesofílico e termofílico, um sistema de aquecimento do biorreator também é necessário para atingir os modos exigidos. Para isso, normalmente são utilizadas caldeiras a gás com o combustível produzido. De lá, o sistema de dutos segue para o biorreator. Geralmente são tubos de polímero, pois são mais adequados para ambientes agressivos.

Uma usina de biogás também precisa de um sistema para misturar a substância. Durante a fermentação, uma crosta dura se forma no topo, partículas pesadas se acomodam. Tudo isso junto piora o processo de gaseificação. Para manter um estado homogêneo da massa processada, são necessários agitadores. Eles podem ser mecânicos ou mesmo manuais. Eles podem ser iniciados por cronômetro ou manualmente. Tudo depende de como a usina de biogás é feita. Um sistema automatizado é mais caro para instalar, mas requer um mínimo de atenção durante a operação.

A planta de biogás mais simples de um barril de plástico

A planta de biogás mais simples de um barril de plástico

Uma usina de biogás por tipo de local pode ser:

  • Acima do solo.
  • Semi-rebaixado.
  • Recessed.

Os enterrados são mais caros de instalar - uma grande quantidade de trabalho de terra é necessária. Mas quando usados ​​em nossas condições, eles são melhores - é mais fácil organizar o isolamento, menos custos de aquecimento.

O que pode ser reciclado

A usina de biogás é essencialmente onívora - qualquer matéria orgânica pode ser processada. Qualquer estrume e urina, resíduos de plantas são adequados. Detergentes, antibióticos e produtos químicos afetam negativamente o processo. É desejável minimizar sua ingestão, pois matam a flora envolvida no processamento.

Quanto biogás pode ser obtido a partir de vários resíduos

Quanto biogás pode ser obtido a partir de vários resíduos

O esterco de gado é considerado ideal, pois contém grande quantidade de microrganismos. Se não houver vacas na fazenda, ao carregar o biorreator, é aconselhável adicionar parte do esterco para preencher o substrato com a microflora necessária. Os resíduos vegetais são pré-triturados e diluídos em água. O biorreator mistura material vegetal e excremento. Esse "recheio" leva mais tempo para processar, mas na saída, com o modo correto, temos o maior rendimento do produto.

Localizando

Para minimizar os custos de organização do processo, faz sentido localizar a planta de biogás próxima à fonte de resíduos - próxima a edifícios onde são mantidos pássaros ou animais. É desejável desenvolver um projeto de modo que o carregamento ocorra por gravidade. Do celeiro ou do chiqueiro, você pode colocar um duto morro abaixo, através do qual o estrume fluirá por gravidade para o bunker. Isso facilita muito a tarefa de manutenção do reator e a remoção de estrume também.

É mais aconselhável localizar a planta de biogás para que os resíduos da fazenda possam ser fornecidos com motek

É mais aconselhável localizar a planta de biogás para que os resíduos da fazenda possam fluir por gravidade

Normalmente os edifícios com animais estão localizados a alguma distância de um edifício residencial. Portanto, o gás gerado precisará ser transferido para os consumidores. Mas esticar um cano de gás é mais barato e mais fácil do que organizar uma linha para transportar e carregar esterco.

Biorreator

Requisitos bastante rigorosos são impostos aos tanques para processamento de estrume:

  • Deve ser impermeável à água e gases. A estanqueidade deve atuar nas duas direções: o líquido do biorreator não deve contaminar o solo e as águas subterrâneas não devem alterar o estado da massa fermentada.
  • O biorreator deve ser de alta resistência. Deve suportar a massa de um substrato semilíquido, a pressão do gás no interior do recipiente e a pressão externa do solo. Em geral, ao construir um biorreator, atenção especial deve ser dada à sua resistência.

    Para uso doméstico e produção sazonal de biocombustíveis (na estação quente) em pequenos volumes, um tanque de plástico com tampa é adequado

    Para uso doméstico e produção sazonal de biocombustíveis (na estação quente) em pequenos volumes, um tanque de plástico com tampa é adequado

  • Facilidade de manutenção. Mais conveniente para usar recipientes cilíndricos - horizontais ou verticais. Neles, a mistura pode ser organizada ao longo do volume, não se formando zonas de estagnação.Os recipientes retangulares são mais fáceis de implementar ao construir com suas próprias mãos, mas geralmente se formam rachaduras nos cantos deles e o substrato fica estagnado ali. Misturar nos cantos é muito problemático.

Todos esses requisitos para a construção de uma usina de biogás devem ser atendidos, pois garantem a segurança e criam condições normais para o processamento de dejetos em biogás.

Que materiais podem ser feitos

A resistência a meios agressivos é o principal requisito para os materiais com os quais o recipiente pode ser feito. O substrato no biorreator pode ser ácido ou alcalino. Consequentemente, o material do qual o recipiente é feito deve tolerar bem vários ambientes.

Poucos materiais respondem a essas solicitações. A primeira coisa que vem à mente é o metal. É durável, você pode fazer um recipiente de qualquer formato com ele. O que é bom é que você pode usar um recipiente pronto - algum tipo de tanque antigo. Nesse caso, a construção de uma usina de biogás levará muito pouco tempo. Falta de metal - reage com substâncias quimicamente ativas e começa a se decompor. Para neutralizar esse menos, o metal é coberto com uma camada protetora.

Uma excelente opção é um recipiente de biorreator de polímero. O plástico é quimicamente neutro, não apodrece, não enferruja. Você só precisa escolher entre materiais que podem resistir ao congelamento e aquecimento a temperaturas suficientemente altas. As paredes do reator devem ser espessas, de preferência reforçadas com fibra de vidro. Esses contêineres não são baratos, mas servem por muito tempo.

É possível construir um biorreator para a produção de biogás a partir de tijolos, mas deve ser bem rebocado com o uso de aditivos que conferem impermeabilidade hídrica e gasosa

É possível construir um biorreator para a produção de biogás a partir de tijolos, mas deve ser bem rebocado com o uso de aditivos que conferem impermeabilidade hídrica e gasosa

Uma opção mais barata é uma usina de biogás com tanque feito de tijolos, blocos de concreto, pedra. Para que a alvenaria suporte cargas elevadas, é necessário reforçar a alvenaria (em cada 3-5 fiadas, dependendo da espessura da parede e do material). Após a conclusão do processo de montagem da parede, para garantir a impermeabilidade à água e ao gás, é necessário o processamento posterior da parede multicamadas tanto por dentro quanto por fora. As paredes são rebocadas com uma composição cimento-areia com aditivos (aditivos) que proporcionam as propriedades requeridas.

Dimensionamento do reator

O volume do reator depende da temperatura selecionada para o processamento de esterco em biogás. Na maioria das vezes o mesófilo é escolhido - é mais fácil de manter e pressupõe a possibilidade de carga adicional diária do reator. A produção de biogás após atingir o modo normal (cerca de 2 dias) é estável, sem picos e quedas (quando as condições normais são criadas). Nesse caso, faz sentido calcular o volume da usina de biogás em função da quantidade de esterco gerada na fazenda por dia. Tudo é facilmente calculado com base nos dados médios.

Raça de animais Volume de excremento por diaUmidade inicial
Gado55 kg86%
Porco 4,5 kg86%
Galinhas0,17 kg75%

A decomposição do esterco em temperaturas mesofílicas dura de 10 a 20 dias. Assim, o volume é calculado multiplicando por 10 ou 20. No cálculo, é necessário levar em consideração a quantidade de água necessária para levar o substrato a um estado ideal - seu teor de umidade deve ser 85-90%.O volume encontrado é aumentado em 50%, visto que a carga máxima não deve ultrapassar 2/3 do volume do tanque - o gás deve se acumular sob o teto.

Por exemplo, a fazenda possui 5 vacas, 10 porcos e 40 galinhas. Em essência, 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg são formados. Para deixar o esterco de galinha com 85% de umidade, é necessário adicionar um pouco mais de 5 litros de água (são mais 5 kg). O peso total é 331,8 kg. Para processamento em 20 dias, você precisa de: 331,8 kg * 20 = 6.636 kg - cerca de 7 cubos apenas para o substrato. Multiplicamos o valor encontrado por 1,5 (aumento de 50%), obtemos 10,5 metros cúbicos. Este será o valor calculado do volume do reator da planta de biogás.

Carregando e descarregando

Escotilhas de carga e descarga conduzem diretamente ao tanque do biorreator. Para que o substrato seja distribuído uniformemente por toda a área, eles são feitos em extremidades opostas do recipiente.

Diagrama de um reator de biogás sem pré-aquecimento

Diagrama de um reator de biogás sem pré-aquecimento

No caso de uma instalação enterrada de uma usina de biogás, os tubos de carga e descarga se aproximam do corpo em um ângulo agudo. Além disso, a extremidade inferior do tubo deve estar abaixo do nível do líquido no reator. Isso evita que o ar entre no recipiente. Além disso, válvulas rotativas ou de corte são colocadas nos tubos, que são fechados na posição normal. Eles abrem apenas durante o carregamento ou descarregamento.

Uma vez que o estrume pode conter grandes fragmentos (lixo, talos de relva, etc.), os canos de pequeno diâmetro ficam frequentemente obstruídos. Portanto, para carga e descarga devem ter 20-30 cm de diâmetro e devem ser montados antes de iniciar os trabalhos de isolamento da planta de biogás, mas após a instalação do recipiente no local.

Formas e opções de biorreator para carga e descarga de escotilhas

Formas e opções de biorreator para carga e descarga de escotilhas

O modo de operação mais conveniente de uma usina de biogás é com carregamento e descarregamento regular do substrato. Esta operação pode ser realizada uma vez por dia ou uma vez a cada dois dias. O estrume e outros componentes são pré-recolhidos num tanque de armazenamento, onde são levados ao estado pretendido - são triturados, se necessário, humedecidos e misturados. Por conveniência, este recipiente pode ser equipado com um agitador mecânico. O substrato preparado é despejado na escotilha de acesso. Ao colocar o recipiente de coleta ao sol, o substrato será pré-aquecido, o que reduzirá o custo de manutenção da temperatura necessária.

É desejável calcular a profundidade de instalação da tremonha de recepção de modo que os resíduos fluam para dentro dela por gravidade. O mesmo se aplica à descarga no biorreator. O melhor caso é se o substrato preparado se mover por gravidade. E um amortecedor irá isolá-lo durante a preparação.

Planta de biogás com agitador e aquecimento

Planta de biogás com agitador e aquecimento

Para garantir a estanqueidade da planta de biogás, as escotilhas na tremonha de recebimento e na área de descarga devem ter um selo de borracha de vedação. Quanto menos ar houver no tanque, mais limpo será o gás de saída.

Coleta e descarte de biogás

O biogás é removido do reator por meio de uma tubulação, uma extremidade da qual fica sob o telhado, a outra geralmente é baixada em um selo d'água. Trata-se de um recipiente com água, no qual é despejado o biogás resultante. Há um segundo tubo no selo d'água - ele está acima do nível do líquido. Biogás mais limpo entra nele. Uma válvula de corte de gás é instalada na saída de seu biorreator. A melhor opção é a bola.

Que materiais podem ser usados ​​para o sistema de transmissão de gás? Tubos de metal galvanizado e tubos de gás de HDPE ou PPR. Eles devem garantir a estanqueidade, as costuras e as juntas são verificadas com espuma de sabão. Toda a tubulação é montada com tubos e conexões do mesmo diâmetro. Sem contrações ou extensões.

Purificação de impurezas

A composição aproximada do biogás produzido é a seguinte:

Filtro para purificação de biogás de sulfeto de hidrogênio

Filtro para purificação de biogás de sulfeto de hidrogênio

Para remover o sulfeto de hidrogênio, um filtro de chip de metal é usado.Você pode carregar esponjas de metal velhas no recipiente. A purificação ocorre da mesma forma: o gás é alimentado na parte inferior de um recipiente cheio de metal. Na passagem, é purificado do sulfeto de hidrogênio, se acumula na parte superior livre do filtro, de onde é descarregado por outro tubo / mangueira.

Tanque de gasolina e compressor

O biogás purificado entra em um tanque de armazenamento - um reservatório de gás. Pode ser um saco plástico selado, recipiente plástico. A principal condição é a estanqueidade do gás, a forma e o material não importam. O estoque de biogás é armazenado no gasômetro. A partir dele, com o auxílio de um compressor, o gás sob determinada pressão (regulada pelo compressor) é fornecido ao consumidor - ao fogão a gás ou à caldeira. Este gás também pode ser usado para gerar eletricidade por meio de um gerador.

Uma das opções de tanques de gás

Uma das opções de tanques de gás

Para criar uma pressão estável no sistema após o compressor, é aconselhável instalar um receptor - um pequeno dispositivo para nivelar picos de pressão.

Dispositivos de mistura

Para que a planta de biogás funcione normalmente, é necessário agitar regularmente o líquido no biorreator. Este processo simples resolve muitos problemas:

  • mistura uma nova porção da carga com uma colônia de bactérias;
  • promove a liberação do gás produzido;
  • uniformiza a temperatura do líquido, excluindo áreas mais quentes e mais frias;
  • mantém a uniformidade do substrato, evitando que alguns constituintes se assentem ou flutuem.

Normalmente, uma pequena planta de biogás feita em casa tem agitadores mecânicos que são movidos pela força muscular. Em sistemas de grande volume, os agitadores podem ser acionados por motores, que são acionados por temporizador.

Tipos de agitadores para biorreatores

Tipos de agitadores para biorreatores

A segunda forma é agitar o líquido, passando por ele uma parte do gás produzido. Para isso, após a saída do metatanque, é colocado um T e parte do gás é despejado na parte inferior do reator, de onde sai por um tubo com orifícios. Essa parte do gás não pode ser considerada uma vazão, pois ainda entra novamente no sistema e, como resultado, acaba no gasômetro.

O terceiro método de mistura é bombear o substrato de sua parte inferior usando bombas fecais, despejá-lo no topo. A desvantagem desse método é a dependência da disponibilidade de eletricidade.

Sistema de aquecimento e isolamento térmico

Sem aquecer a lama processada, as bactérias psicofílicas se multiplicarão. O processo de processamento, neste caso, levará de 30 dias, e o rendimento do gás será pequeno. No verão, na presença de isolamento térmico e pré-aquecimento da carga, é possível atingir temperaturas de até 40 graus, quando se inicia o desenvolvimento das bactérias mesófilas, mas no inverno essa instalação fica praticamente inoperante - os processos são muito lentos. Em temperaturas abaixo de + 5 ° C, eles praticamente congelam.

Dependência do tempo de processamento de estrume em biogás com a temperatura

Dependência do tempo de processamento de estrume em biogás com a temperatura

Como aquecer e onde colocar

Para obter melhores resultados, use aquecimento. O mais racional é o aquecimento da água da caldeira. A caldeira pode funcionar com eletricidade, combustível sólido ou líquido, mas também com biogás produzido. A temperatura máxima a que a água deve ser aquecida é de + 60 ° C. Tubos mais quentes podem fazer com que partículas adiram à superfície, resultando em eficiência de aquecimento reduzida.

Você também pode usar aquecimento direto - insira os elementos de aquecimento, mas em primeiro lugar, é difícil organizar a mistura e, em segundo lugar, o substrato irá aderir à superfície, reduzindo a transferência de calor, os elementos de aquecimento irão queimar rapidamente

Você também pode usar aquecimento direto - insira elementos de aquecimento, mas em primeiro lugar, é difícil organizar a mistura e, em segundo lugar, o substrato irá aderir à superfície, reduzindo a transferência de calor, os elementos de aquecimento irão queimar rapidamente

Uma usina de biogás pode ser aquecida usando radiadores de aquecimento padrão, simplesmente com tubos torcidos em uma bobina, registros soldados. É melhor usar tubos de polímero - metal-plástico ou polipropileno.Tubos corrugados de aço inoxidável também são adequados, são mais fáceis de assentar, principalmente em biorreatores cilíndricos verticais, mas a superfície corrugada provoca a adesão de sedimentos, o que não é muito bom para a transferência de calor.

Para reduzir a possibilidade de as partículas se depositarem nos elementos de aquecimento, eles estão localizados na zona do misturador. Só neste caso tudo deve ser projetado de forma que o misturador não toque nos tubos. Muitas vezes parece que é melhor colocar os aquecedores no fundo, mas a prática tem mostrado que esse aquecimento é ineficaz devido aos sedimentos no fundo. Portanto, é mais racional colocar os aquecedores nas paredes do metatanque da usina de biogás.

Métodos de aquecimento de água

De acordo com o método de disposição dos tubos, o aquecimento pode ser externo ou interno. Quando instalado internamente, o aquecimento é eficaz, mas o reparo e a manutenção dos aquecedores são impossíveis sem desligar e bombear o sistema. Portanto, atenção especial é dada à seleção de materiais e à qualidade das conexões.

O aquecimento aumenta a produtividade da planta de biogás e encurta o tempo

O aquecimento aumenta a produtividade da planta de biogás e reduz o tempo de processamento das matérias-primas

Quando os aquecedores estão localizados do lado de fora, é necessário mais calor (o custo de aquecimento do conteúdo de uma usina de biogás é muito maior), já que muito calor é gasto no aquecimento das paredes. Mas o sistema está sempre disponível para reparos, e o aquecimento é mais uniforme, já que o ambiente é aquecido pelas paredes. Outra vantagem desta solução é que os agitadores não podem danificar o sistema de aquecimento.

Como isolar

No fundo do poço, primeiro é colocada uma camada de areia de nivelamento e, em seguida, uma camada de isolamento térmico. Pode ser argila misturada com palha e argila expandida, escória. Todos esses componentes podem ser misturados, podem ser polvilhados em camadas separadas. Eles são nivelados no horizonte, a capacidade da planta de biogás é instalada.

As laterais do biorreator podem ser isoladas com materiais modernos ou métodos clássicos antiquados. Dos métodos antiquados - revestimento com argila e palha. É aplicado em várias camadas.

Materiais modernos são usados ​​para isolar biorreatores

Materiais modernos são usados ​​para isolar biorreatores

Com materiais modernos, você pode usar espuma de poliestireno extrudada de alta densidade, blocos de concreto aerado de baixa densidade, espuma de poliuretano... A mais avançada tecnologicamente neste caso é a espuma de poliuretano (PPU), mas os serviços para sua aplicação não são baratos. Mas o resultado é um isolamento térmico contínuo, o que minimiza os custos de aquecimento. Existe mais um material de isolamento térmico - vidro espumoso. Em lajes é muito caro, mas sua batalha ou migalha custa muito pouco, e pelas suas características é quase perfeita: não absorve umidade, não tem medo de congelar, tolera bem cargas estáticas, tem baixa condutividade térmica.

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