Il biogas è una miscela di gas con i suoi componenti principali. Produrre biogas in casa

Biogas- gas prodotto dalla fermentazione metano della biomassa. La decomposizione della biomassa avviene sotto l'influenza di tre tipi di batteri.

Nella catena alimentare, i batteri successivi si nutrono dei prodotti di scarto dei batteri precedenti.
Il primo tipo sono batteri idrolitici, il secondo forma acido, il terzo forma metano.
Non solo i batteri della classe dei metanogeni, ma tutte e tre le specie sono coinvolte nella produzione di biogas. Durante il processo di fermentazione, dai rifiuti organici viene prodotto biogas. Questo gas può essere utilizzato come il normale gas naturale, per il riscaldamento e la produzione di elettricità. Può essere compresso, utilizzato per rifornire un'auto, accumulato, pompato. In sostanza, come proprietario e pieno proprietario, ricevi il tuo pozzo di gas e il reddito da esso derivante. Non è ancora necessario registrare la propria installazione da nessuna parte.

Composizione e qualità del biogas

50-87% metano, 13-50% CO2, impurità minori di H2 e H2S. Dopo aver depurato il biogas dalla CO2 si ottiene il biometano; Questo è un analogo completo del gas naturale, l'unica differenza è nell'origine.
Poiché solo il metano fornisce energia dal biogas, è opportuno descrivere la qualità del gas, la resa del gas e la quantità di gas per riferire il tutto al metano, con i suoi indicatori standardizzati.

Il volume dei gas dipende dalla temperatura e dalla pressione. Le alte temperature portano allo stiramento del gas e al contenuto calorico che diminuisce con il volume e viceversa. All'aumentare dell'umidità diminuisce anche il contenuto calorico del gas. Affinché le uscite gas siano comparabili tra loro è necessario correlarle allo stato normale (temperatura 0 C, pressione atmosferica 1 bar, umidità relativa gas 0%). In generale i dati di produzione di gas sono espressi in litri (l) o metri cubi di metano per chilogrammo di sostanza secca organica (oDM); questo è molto più accurato ed eloquente dei dati in metri cubi di biogas in metri cubi di substrato fresco.

Materie prime per la produzione di biogas

Elenco dei rifiuti organici idonei alla produzione di biogas: letame, escrementi di uccelli, borlande di distillerie di cereali e gesso, cereali esausti, polpa di barbabietola, fanghi fecali, rifiuti di pesci e macelli (sangue, grasso, intestini, canna), erba, rifiuti domestici, scarti di latte - siero di latte salato e dolce, scarti di produzione di biodiesel - glicerina tecnica dalla produzione di biodiesel da colza, scarti di produzione di succhi - scarti di produzione di frutta, bacche, verdure, vinaccia, alghe, amido e melassa - polpa e sciroppo, lavorazione di patate rifiuti, produzione di trucioli: bucce, bucce, tuberi marci, polpa di caffè.

Calcolo del biogas utile in un'azienda agricola

La resa del biogas dipende dal contenuto di sostanza secca e dal tipo di materia prima utilizzata. Una tonnellata di letame bovino produce 50-65 m3 di biogas con un contenuto di metano del 60%, 150-500 m3 di biogas da vari tipi di impianti con un contenuto di metano fino al 70%. La quantità massima di biogas – 1300 m3 con un contenuto di metano fino all'87% – può essere ottenuta dai grassi.
Si distingue tra produzione di gas teorica (fisicamente possibile) e tecnicamente fattibile. Negli anni 50-70 la resa di gas tecnicamente possibile era solo il 20-30% di quella teorica. Oggi l'utilizzo di enzimi, booster per la degradazione artificiale delle materie prime (cavitatori a ultrasuoni o liquidi) e altri dispositivi consente di aumentare la resa di biogas in un impianto convenzionale dal 60% al 95%.

Nei calcoli del biogas viene utilizzato il concetto di sostanza secca (DM o inglese TS) o residuo secco (CO). L'acqua contenuta nella biomassa stessa non produce gas.
In pratica da 1 kg di sostanza secca si ottengono dai 300 ai 500 litri di biogas.

Per calcolare la resa di biogas da una determinata materia prima, è necessario effettuare test di laboratorio o consultare dati di riferimento, quindi determinare il contenuto di grassi, proteine ​​e carboidrati. Nel determinare quest'ultimo, è importante scoprire la percentuale di sostanze rapidamente degradabili (fruttosio, zucchero, saccarosio, amido) e difficili da decomporre (cellulosa, emicellulosa, lignina).

Dopo aver determinato il contenuto delle sostanze, è possibile calcolare separatamente la resa di gas per ciascuna sostanza e poi sommarla. Quando il biogas era associato al letame (nelle zone rurali questa situazione continua ancora oggi - ho chiesto al centro regionale della taiga, Verkhovazhye, regione di Vologda), veniva utilizzato il concetto di "unità animale". Oggi, quando hanno imparato a produrre biogas da materie prime organiche arbitrarie, questo concetto si è allontanato e ha smesso di essere utilizzato.

Ma oltre ai rifiuti, il biogas può essere prodotto anche da colture energetiche appositamente coltivate, ad esempio dal mais insilato o dal silfio, nonché dalle alghe. La produzione di gas può raggiungere fino a 500 m3 da 1 tonnellata.

Il gas di discarica è uno dei tipi di biogas. Si ottiene in discarica dai rifiuti domestici urbani.

Aspetto ambientale nell'utilizzo del biogas

La produzione di biogas aiuta a prevenire le emissioni di metano nell’atmosfera. Il metano ha un effetto serra 21 volte più forte della miscela di CO2 e rimane nell'atmosfera fino a 12 anni. Catturare e limitare la diffusione del metano è il miglior modo a breve termine per prevenire il riscaldamento globale. È qui che, all'intersezione della ricerca, si rivela un'altra area della scienza che finora ha ricevuto poca ricerca.

Il letame trasformato, le borlande e altri rifiuti vengono utilizzati come fertilizzanti in agricoltura. Ciò riduce l'uso di fertilizzanti chimici e riduce il carico sulle acque sotterranee.

Produzione di biogas

Sono presenti insediamenti industriali e artigianali.
Gli impianti industriali si differenziano da quelli artigianali per la presenza di meccanizzazione, sistemi di riscaldamento, omogeneizzazione e automazione. Il metodo industriale più comune è la digestione anaerobica nei digestori.

Un impianto di biogas affidabile deve avere le parti necessarie:

Vasca di omogeneizzazione;
caricatore di materie prime solide (liquide);
il reattore stesso;
agitatori;
contenitore per gas;
sistema di miscelazione acqua e riscaldamento;
sistema del gas;
stazione di pompaggio;
separatore;
dispositivi di controllo;
sistema di sicurezza.

Caratteristiche di un impianto di produzione di biogas

In un impianto industriale, i rifiuti (materie prime) vengono periodicamente immessi nel reattore utilizzando una stazione di pompaggio o un caricatore. Il reattore è una vasca in cemento armato riscaldata e coibentata dotata di miscelatori.

I batteri benefici “vivono” nel reattore e si nutrono di rifiuti. Il prodotto di scarto dei batteri è il biogas. Per preservare la vita dei batteri, è necessario fornire mangime - rifiuti, riscaldamento a 35 ° C e miscelazione periodica. Il biogas risultante si accumula in un impianto di stoccaggio (gasometro), quindi passa attraverso un sistema di purificazione e viene fornito ai consumatori (caldaia o generatore elettrico). Il reattore funziona senza accesso all'aria, è praticamente sigillato e non pericoloso.

Per fermentare alcuni tipi di materie prime nella loro forma pura, è necessaria una speciale tecnologia a due stadi.

Ad esempio, gli escrementi degli uccelli e gli alcolici non vengono trasformati in biogas in un reattore convenzionale. Per trattare tali materie prime è necessario un reattore di idrolisi aggiuntivo. Permette di controllare il livello di acidità, quindi i batteri non muoiono a causa di un aumento del contenuto di acidi o alcali.

Fattori significativi che influenzano il processo di fermentazione:

Temperatura;
umidità ambientale;
livello di pH;
rapporto C:N:P;
area superficiale delle particelle di materia prima;
frequenza di alimentazione del substrato;
sostanze che rallentano la reazione;
integratori stimolanti.

Applicazione del biogas

Il biogas viene utilizzato come combustibile per produrre elettricità, calore o vapore oppure come carburante per veicoli. Gli impianti di biogas possono essere utilizzati come impianti di trattamento in fattorie, allevamenti di pollame, distillerie, zuccherifici, impianti di lavorazione della carne e, come caso speciale, possono anche sostituire un impianto veterinario e sanitario, dove le carogne possono essere riciclate in biogas invece di produrre carne e farina di ossa.

Aumenti costantiprezzi del gas, le crisi strutturali e le speculazioni di mercato sullo sfondo dell'instabilità politica hanno servito da impulso allo sviluppo di tecnologie per la produzione artificiale di gas, attraverso l'utilizzo di rifiuti di varie industrie. Oltre due decenni di rapido sviluppoL’industria del biogas è diventata potente e gli ingegneri hanno sviluppato soluzioni tecnicamente valide per produrre energia sufficiente dai rifiuti organici in modo decentralizzato.Oggi in Germania ci sono più di 7.000 impianti di biogas con una capacitàda 500 kW/ora a 2 MW/ora.Il biogas viene prodotto aimpianti di biogas ovunque siano disponibili rifiuti organici omaterie prime vegetali energeticamente preziose.

Cos'è il biogas?

Biogas – un nome generalizzato per una miscela di gas infiammabile ottenuta durante la decomposizione naturale di sostanze di origine organica come risultato di un processo microbiologico anaerobico (fermentazione del metano). Per garantire che il processo di decomposizione non duri migliaia di anni, ma sia calcolato in giorni, vengono create le condizioni più favorevoli per la vita di diversi tipi di batteri.La temperatura di vita e il "cibo" per i batteri sono preparati con cura. La miscela che viene caricata nel bioreattore si chiama biosubstrato. Il biosubstrato è spesso costituito da una miscela di letame e insilato di mais tritato (foto a sinistra).

Gli odierni impianti di biogas sono sempre più progettati allo scopo di riciclare i rifiuti organici domestici, quindi la composizione del biosubstrato viene selezionata individualmente per l'impianto di biogas.

Il processo di rilascio del biogas può essere osservato attraverso una piccola finestra nel fermentatore.

Il processo delle trasformazioni chimiche all’interno di un impianto di biogas si riflette nel seguente diagramma:

Piccole bolle sulla superficie di un biosubstrato in movimento fluido sono biogas.

Biogas– si tratta sempre di una miscela di metano con altri gas sottoprodotti.La composizione del biogas comprende:

A seconda del tipo di componenti organici per il biosubstrato utilizzato dall'impianto di biogas, la composizione del biogas può differire, la percentuale di metano può essere maggiore o minore.

Poiché 2/3 del biogas è costituito da metano, gas infiammabile che costituisce la base del gas naturale, il suo valore energetico (calore specifico di combustione) è pari al 60-70% del valore energetico del gas naturale, ovvero circa 7000 kcal per m 3 . Equivalente a 1 m 3 il biogas può essere di 700 grammi di olio combustibile e 1,7 kg di legna da ardere.

Per confronto:

• Un capo di bestiame produce 300-500 m3 di biogas all'anno
• Un ettaro di poa – 6.000-8.000 m3 di biogas all'anno
• Un ettaro di bietola da foraggio – 8000-12000 m 3 di biogas all’anno

Perchè utilizzare il biogas?

In condizioni di costi energetici elevati, e d’altro canto, una quantità crescente di rifiuti organici provenienti dall’agricoltura e dalle attività umane (questo è tutto fonti energetiche rinnovabili), b Iogas è un prodotto importante - come energia alternativa. La funzione più importante di un impianto di Biogas- Questo sicurezza energetica garantita sia la produzione individuale (allevamenti di suini, serre, granai), sia su scala di piccoli insediamenti - una struttura chiave di supporto vitale che garantirà una fornitura completa e decentralizzata di elettricità e calore a tutti i residenti. Nelle attuali condizioni di crisi dello sviluppo dell'Ucraina, questo fattore acquista una forza particolare.

Qual è il vantaggio di un impianto di biogas?

1. Caldo. Quando il motore del cogeneratore in cui viene bruciato il biogas si raffredda, viene generato calore sotto forma di acqua calda. L'acqua calda viene utilizzata per riscaldare ambienti con persone e animali, per riscaldare serre e piscine.
2. Elettricità. Fonte indipendente e garantita. Nessun blackout continuo. La combustione del gas in un motore a combustione interna aziona l'albero di un generatore elettrico, generando elettricità. Da un m3 di biogas si possono generare circa 2 kW di elettricità.
3. Gas naturale. I moderni impianti di biogas sono sempre più dotati di moduli per la purificazione del biogas. Come risultato di diverse operazioni tecnologiche, il contenuto di metano aumenta al 90% e i gas sottoprodotti vengono rimossi. Il biogas si è evoluto in gas naturale standard e può essere utilizzato per scopi domestici.
4. Fertilizzanti organici. Il biosubstrato, dopo averlo privato del gas e trattato con batteri, è un fertilizzante liquido ecologico, privo di nitrati, semi di piante infestanti e microflora patogena.
5. Risolvere i problemi ambientali. Smaltimento del letame. Gli impianti di biogas sono installati negli impianti di trattamento delle acque reflue nelle città, nelle aree rurali nelle fattorie, negli allevamenti di pollame e negli impianti di lavorazione della carne per garantire l'indipendenza energetica, produrre elettricità ed energia termica dai rifiuti industriali.

La produzione di biogas aiuta a prevenire le emissioni di metano nell’atmosfera, riduce l’uso di fertilizzanti chimici ed elimina il rischio di inquinamento delle falde acquifere.

La cosa più importante per l'economia ucraina è che il biogas è un sottoprodotto della lavorazione dei rifiuti organici; la maggior parte delle materie prime per la produzione del biogas si trovano già in azienda e non è necessario acquistarlo.

Come funziona un impianto di biogas? - Sui rifiuti!

Vengono utilizzate le seguenti materie prime: rifiuti agricoli (letame, escrementi di allevamenti e complessi zootecnici, scarti di colture (insilato)), scarti di macellazione, scarti dell'industria alimentare (borlande, polpa), rifiuti fognari urbani. I costi di produzione del biogas saranno associati solo ai costi operativi per le attrezzature e la manutenzione. I benefici diretti consisteranno in risparmi su calore, elettricità e risparmi sui costi sui fertilizzanti minerali grazie alla produzione di fertilizzanti organici di alta qualità.

In assenza di tali impianti, lo smaltimento dei rifiuti rappresenta un grosso grattacapo per le imprese, grandi costi finanziari e di manodopera per la rimozione e lo smaltimento dei rifiuti, ma l'uso dei rifiuti e l'installazione dell'impianto di biogas risolvono completamente questo problema, inoltre forniscono all'impresa e insediamenti vicini con elettricità, gas e riscaldamento.

Da un animale (bovino) si possono ottenere circa 400 - 500 m3 di biogas. Utilizzando impianti energetici è possibile ottenere da 6.000 a 12.000 (insilato di mais/barbabietola da foraggio) m3 di biogas per ettaro. Da 1 m3 di biogas, a seconda del contenuto di metano, si possono generare da 1,5 a 2,2 kW di energia elettrica.

Ha senso utilizzare piccoli impianti di biogas dove è possibile ottenere materie prime e sfruttare appieno i prodotti risultanti. Le installazioni vengono utilizzate con successo dove sono necessari calore, vapore, elettricità o freddo. Di solito sono disponibili quantità sufficienti di materie prime per gli impianti di biogasimpianti di trattamento delle acque reflue, discariche di rifiuti, allevamenti di suini, allevamenti di pollame, stalle: tutto questo è energia rinnovabile. Questa energia viene utilizzata in scuole, istituti medici, piscine, centrali termiche comunali, hotel e ostelli, fabbriche e fabbriche.

Tecnologia di produzione del biogas. I moderni complessi di allevamento del bestiame garantiscono elevati indicatori di produzione. Le soluzioni tecnologiche utilizzate consentono di rispettare pienamente i requisiti delle vigenti norme igienico-sanitarie nei locali dei complessi stessi.

Tuttavia, grandi quantità di liquame concentrate in un unico luogo creano notevoli problemi all'ecologia delle aree adiacenti al complesso. Ad esempio, il letame e gli escrementi suini freschi sono classificati come rifiuti di classe di pericolo 3. Le questioni ambientali sono sotto il controllo delle autorità di vigilanza e i requisiti legislativi su tali questioni diventano costantemente più rigorosi.

Biocomplex offre una soluzione completa per lo smaltimento dei liquami, che comprende il trattamento accelerato nei moderni impianti di biogas (BGU). Durante il processo di lavorazione avvengono in modo accelerato processi naturali di decomposizione della sostanza organica con liberazione di gas tra cui: metano, CO2, zolfo, ecc. Solo il gas risultante non viene rilasciato nell'atmosfera, provocando l'effetto serra, ma viene inviato a speciali unità di generazione di gas (cogenerazione) che generano energia elettrica e termica.

Biogas: gas infiammabile, formato durante la digestione anaerobica del metano della biomassa e costituito principalmente da metano (55-75%), anidride carbonica (25-45%) e impurità di idrogeno solforato, ammoniaca, ossidi di azoto e altri (meno dell'1%).

La decomposizione della biomassa avviene a seguito di processi chimici e fisici e dell'attività vitale simbiotica di 3 principali gruppi di batteri, mentre i prodotti metabolici di alcuni gruppi di batteri sono prodotti alimentari di altri gruppi, in una certa sequenza.

Il primo gruppo è costituito da batteri idrolitici, il secondo forma acido, il terzo forma metano.

Sia i rifiuti organici agroindustriali o domestici che le materie prime vegetali possono essere utilizzati come materie prime per la produzione di biogas.

I tipi più comuni di rifiuti agricoli utilizzati per la produzione di biogas sono:

• letame suino e bovino, lettiera di pollame;
• residui della tavola di alimentazione dei complessi bovini;
• cime di verdure;
• raccolto inferiore alla media di cereali e ortaggi, barbabietole da zucchero, mais;
• polpa e melassa;
• farina, granella esausta, granella piccola, germe;
• cereali di birra, germogli di malto, fanghi proteici;
• scarti della produzione di amido e sciroppo;
• sanse di frutta e verdura;
• siero;
• ecc.

Il numero di substrati (tipi di rifiuti) utilizzati per produrre biogas all'interno di un impianto di biogas (BGU) può variare da uno a dieci o più.

I progetti di biogas nel settore agroindustriale possono essere realizzati secondo una delle seguenti opzioni:

• produzione di biogas dai rifiuti di un'impresa separata (ad esempio letame di un allevamento di bestiame, bagassa di uno zuccherificio, borlanda di una distilleria);
• produzione di biogas basata sui rifiuti di diverse imprese, con il progetto collegato ad un'impresa separata o ad un impianto di biogas centralizzato situato separatamente;
• produzione di biogas con utilizzo primario di energia in impianti di biogas ubicati separatamente.

Il metodo più comune di utilizzo energetico del biogas è la combustione in motori a gas come parte di mini-CHP, che producono elettricità e calore.

Ci sono varie opzioni per schemi tecnologici delle stazioni di biogas- a seconda delle tipologie e del numero di tipologie di substrati utilizzati. L'utilizzo della preparazione preliminare, in alcuni casi, consente di ottenere un aumento della velocità e del grado di decomposizione delle materie prime nei bioreattori e, di conseguenza, un aumento della resa complessiva di biogas. Nel caso di utilizzo di più substrati con proprietà diverse, ad esempio rifiuti liquidi e solidi, il loro accumulo e preparazione preliminare (separazione in frazioni, macinazione, riscaldamento, omogeneizzazione, trattamento biochimico o biologico, ecc.) viene effettuato separatamente, dopodiché vengono miscelati prima di essere forniti ai bioreattori o forniti in flussi separati.

I principali elementi strutturali di un tipico impianto di biogas sono:

• sistema di ricevimento e preparazione preliminare dei supporti;
• sistema di trasporto del substrato all'interno dell'installazione;
• bioreattori (fermentatori) con sistema di miscelazione;
• sistema di riscaldamento del bioreattore;
• sistema per la rimozione e purificazione del biogas dall'idrogeno solforato e dalle impurità dell'umidità;
• serbatoi di stoccaggio masse fermentate e biogas;
• sistema per il controllo software e l'automazione dei processi tecnologici.

Gli schemi tecnologici degli impianti di biogas variano a seconda del tipo e del numero di substrati lavorati, del tipo e della qualità dei prodotti finali, del particolare know-how utilizzato dall'azienda che fornisce la soluzione tecnologica e di una serie di altri fattori. I più comuni oggi sono gli schemi con fermentazione in un unico stadio di diversi tipi di substrati, uno dei quali è solitamente il letame.

Con lo sviluppo delle tecnologie del biogas, le soluzioni tecniche utilizzate stanno diventando più complesse verso schemi a due fasi, il che in alcuni casi è giustificato dalla necessità tecnologica di una lavorazione efficiente di alcuni tipi di substrati e di aumentare l'efficienza complessiva dell'utilizzo del volume di lavoro di bioreattori.

Caratteristiche della produzione di biogasè che può essere prodotto dai batteri del metano solo da sostanze organiche assolutamente secche. Pertanto, il compito della prima fase di produzione è quello di creare una miscela di substrato che abbia un alto contenuto di sostanze organiche e allo stesso tempo possa essere pompata. Si tratta di un substrato con un contenuto di sostanza secca del 10-12%. La soluzione si ottiene rilasciando l'umidità in eccesso mediante separatori a coclea.

Il liquame proviene dai locali di produzione in un serbatoio, viene omogeneizzato utilizzando un miscelatore sommergibile e viene fornito da una pompa sommergibile all'officina di separazione nei separatori a coclea. La frazione liquida si accumula in un serbatoio separato. La frazione solida viene caricata nell'alimentatore della materia prima solida.

Secondo il programma di caricamento del substrato nel fermentatore, secondo il programma sviluppato, la pompa viene periodicamente accesa, fornendo la frazione liquida al fermentatore e contemporaneamente viene acceso il caricatore della materia prima solida. Come opzione, la frazione liquida può essere immessa in un caricatore di materie prime solide che ha una funzione di miscelazione, quindi la miscela finita viene alimentata nel fermentatore secondo il programma di caricamento sviluppato. Le inclusioni sono di breve durata. Questo viene fatto per evitare un'eccessiva immissione di substrato organico nel fermentatore, poiché ciò può alterare l'equilibrio delle sostanze e causare la destabilizzazione del processo nel fermentatore. Allo stesso tempo, vengono accese anche le pompe che pompano il digestato dal fermentatore al fermentatore e dal fermentatore al serbatoio di stoccaggio del digestato (laguna) per evitare il traboccamento del fermentatore e del fermentatore.

Le masse di digestato situate nel fermentatore e nel fermentatore vengono miscelate per garantire una distribuzione uniforme dei batteri nell'intero volume dei contenitori. Per la miscelazione vengono utilizzati miscelatori a bassa velocità con un design speciale.

Mentre il substrato si trova nel fermentatore, i batteri rilasciano fino all'80% del biogas totale prodotto dall'impianto di biogas. La restante parte del biogas viene rilasciata nel digestore.

Un ruolo importante nel garantire una quantità stabile di biogas rilasciato è svolto dalla temperatura del liquido all'interno del fermentatore e del fermentatore. Di norma, il processo procede in modalità mesofila con una temperatura di 41-43ᴼС. Il mantenimento di una temperatura stabile si ottiene utilizzando speciali riscaldatori tubolari all'interno di fermentatori e fermentatori, nonché un affidabile isolamento termico di pareti e tubazioni. Il biogas uscente dal digestato ha un alto contenuto di zolfo. Il biogas viene purificato dallo zolfo mediante appositi batteri che colonizzano la superficie dell'isolante posato su una volta a travi di legno all'interno dei fermentatori e dei fermentatori.

Il biogas viene accumulato in un contenitore di gas, che si forma tra la superficie del digestato e il materiale elastico e ad alta resistenza che ricopre il fermentatore e il fermentatore superiore. Il materiale ha la capacità di allungarsi notevolmente (senza ridurre la resistenza), il che, quando si accumula biogas, aumenta significativamente la capacità del contenitore del gas. Per evitare che il serbatoio del gas trabocchi e si rompa il materiale, è presente una valvola di sicurezza.

Successivamente il biogas entra nell'impianto di cogenerazione. Un'unità di cogenerazione (CGU) è un'unità in cui l'energia elettrica viene generata da generatori azionati da motori a pistoni a gas alimentati a biogas. I cogeneratori alimentati a biogas presentano differenze di progettazione rispetto ai motori generatori di gas convenzionali, poiché il biogas è un combustibile altamente esaurito. L'energia elettrica generata dai generatori fornisce energia alle apparecchiature elettriche della BSU stessa e tutto il resto viene fornito ai consumatori vicini. L'energia del liquido utilizzato per raffreddare i cogeneratori è l'energia termica generata meno le perdite nei dispositivi della caldaia. L'energia termica generata viene parzialmente utilizzata per riscaldare fermentatori e fermentatori, e la parte rimanente viene inviata anche ai consumatori vicini. entra

È possibile installare apparecchiature aggiuntive per purificare il biogas al livello del gas naturale, tuttavia si tratta di apparecchiature costose e vengono utilizzate solo se lo scopo dell'impianto di biogas non è la produzione di energia termica ed elettrica, ma la produzione di combustibile per motori a pistoni a gas. Le tecnologie comprovate e più comunemente utilizzate per la purificazione del biogas sono l'assorbimento acquoso, l'adsorbimento pressurizzato, la precipitazione chimica e la separazione a membrana.

L'efficienza energetica degli impianti di biogas dipende in gran parte dalla tecnologia scelta, dai materiali e dal design delle strutture principali, nonché dalle condizioni climatiche dell'area in cui sono ubicati. Il consumo medio di energia termica per il riscaldamento dei bioreattori in una zona climatica temperata è pari al 15-30% dell'energia generata dai cogeneratori (lorda).

L'efficienza energetica complessiva di un complesso di biogas con un impianto di cogenerazione a biogas è in media del 75-80%. In una situazione in cui tutto il calore ricevuto da una stazione di cogenerazione durante la produzione di elettricità non può essere consumato (una situazione comune a causa della mancanza di consumatori di calore esterni), viene rilasciato nell'atmosfera. In questo caso, l’efficienza energetica di una centrale termoelettrica a biogas rappresenta solo il 35% dell’energia totale del biogas.

I principali indicatori di prestazione degli impianti di biogas possono variare in modo significativo, il che è in gran parte determinato dai substrati utilizzati, dalle normative tecnologiche adottate, dalle pratiche operative e dai compiti svolti da ogni singolo impianto.

Il processo di lavorazione del letame non richiede più di 40 giorni. Il digestato ottenuto a seguito della lavorazione è inodore ed è un ottimo fertilizzante organico, in cui è stato raggiunto il massimo grado di mineralizzazione dei nutrienti assorbiti dalle piante.

Il digestato viene solitamente separato in frazioni liquide e solide mediante separatori a coclea. La frazione liquida viene inviata alle lagune, dove viene accumulata fino al periodo di applicazione al suolo. La frazione solida viene utilizzata anche come fertilizzante. Se alla frazione solida vengono applicati ulteriori processi di essiccazione, granulazione e imballaggio, questa sarà adatta allo stoccaggio a lungo termine e al trasporto su lunghe distanze.

Produzione e utilizzo energetico del biogas presenta una serie di vantaggi giustificati e confermati dalla pratica mondiale, vale a dire:

1. Fonte di energia rinnovabile (FER). La biomassa rinnovabile viene utilizzata per produrre biogas.
2. L'ampia gamma di materie prime utilizzate per la produzione di biogas consente la realizzazione di impianti di biogas praticamente ovunque nelle aree in cui si concentra la produzione agricola e le industrie tecnologicamente correlate.
3. La versatilità delle modalità di utilizzo energetico del biogas, sia per la produzione di energia elettrica e/o termica nel luogo di formazione, sia in qualsiasi impianto connesso alla rete di trasporto del gas (nel caso di fornitura di biogas purificato a tale rete ), nonché carburanti per automobili.
4. La stabilità della produzione di elettricità da biogas durante tutto l’anno consente di coprire i picchi di carico della rete, anche in caso di utilizzo di fonti energetiche rinnovabili instabili, ad esempio impianti solari ed eolici.
5. Creazione di posti di lavoro attraverso la formazione di una catena di mercato dai fornitori di biomassa al personale operativo degli impianti energetici.
6. Ridurre l'impatto negativo sull'ambiente attraverso il riciclaggio e la neutralizzazione dei rifiuti attraverso la fermentazione controllata nei reattori di biogas. Le tecnologie del biogas sono uno dei modi principali e più razionali per neutralizzare i rifiuti organici. I progetti di produzione di biogas riducono le emissioni di gas serra nell’atmosfera.
7. L'effetto agrotecnico dell'utilizzo della massa fermentata nei reattori di biogas sui campi agricoli si manifesta nel miglioramento della struttura del suolo, nella rigenerazione e nell'aumento della loro fertilità grazie all'introduzione di nutrienti di origine organica. Lo sviluppo del mercato dei fertilizzanti organici, compresi quelli provenienti dalla lavorazione di massa nei reattori di biogas, contribuirà in futuro allo sviluppo del mercato dei prodotti agricoli rispettosi dell'ambiente e ad aumentare la sua competitività.

Costi di investimento unitari stimati

BGU 75 kWel. ~ 9.000 €/kWel.

BGU 150 kWel. ~ 6.500 €/kWel.

BGU 250 kWel. ~ 6.000 €/kWel.

BGU fino a 500 kWel. ~ 4.500 €/kWel.

BGU 1 MWel. ~ 3.500 €/kWel.

L'energia elettrica e termica generata può soddisfare non solo il fabbisogno del complesso, ma anche quello delle infrastrutture adiacenti. Inoltre, le materie prime per gli impianti di biogas sono gratuite, il che garantisce un'elevata efficienza economica dopo il periodo di ammortamento (4-7 anni). Il costo dell'energia generata nelle centrali a biogas non aumenta nel tempo, ma, al contrario, diminuisce.

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 bovino. 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 una delle zone della città di Exeter (Inghilterra) venivano forniti di gas, ottenuto a seguito della fermentazione delle 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 del Kazakistan centrale, dove tecnologie simili non sono state precedentemente utilizzate usato.
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 completo e di alta qualità e può essere utilizzato in molti modi come combustibile nelle famiglie e nelle piccole e medie imprese per cucinare, produrre elettricità, riscaldare ambienti 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, anche le materie prime di scarto sono un prodotto utile che può migliorare le condizioni economiche e ambientali di un'azienda 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 i prodotti di combustione dannosi
- Ridurre lo scarico di acqua inquinata nell'ambiente
- Depurazione delle acque inquinate da sostanze organiche 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 azienda 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 redigendo un piano dettagliato per la costruzione dell'impianto, il suo funzionamento e la 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 di esercizio nel bioreattore, soprattutto in inverno.

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 in 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 a 38°C - la temperatura ottimale è 37°C. 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 viene determinata empiricamente per ciascun impianto di biogas, questo parametro dipende da molti indicatori: temperatura del substrato, tipo di animale che produce la materia prima, umidità del substrato, volume dell'impianto, ecc. La materia prima viene prima regolata all'umidità ottimale; caricamento nell'installazione. 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 estate 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; se il substrato viene completamente lavorato 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, anche se pericoloso per la salute umana, si trova in piccole quantità ed è facilmente rilevabile dal suo 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. Da questo dipendono la forma del reattore e le condizioni 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 organici 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. I costi di installazione possono essere significativamente ridotti utilizzando, in alcuni casi, materiali da costruzione di scarto o “collaudati nel tempo”.
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.

Introduzione

Produzione di biogas da digestori e impianti di biogas agricoli

Sistemi di stoccaggio del biogas

Composizione del biogas

Preparazione del biogas per l'uso

Principali direzioni e leader mondiali nell'utilizzo del biogas

Conclusione

Elenco della letteratura usata

Introduzione

Nella pratica globale della fornitura di gas, è stata accumulata sufficiente esperienza nell'uso di fonti energetiche rinnovabili, compresa l'energia da biomassa. Il combustibile gassoso più promettente è il biogas, il cui interesse negli ultimi anni non solo non è diminuito, ma continua ad aumentare. Per biogas si intendono i gas contenenti metano che si formano durante la decomposizione anaerobica della biomassa organica. A seconda della fonte di produzione, i biogas si dividono in tre tipologie principali:

Gas di digestione prodotto negli impianti di trattamento delle acque reflue municipali (BG STP);

Biogas prodotto in impianti di biogas (BGU) durante la fermentazione dei rifiuti agricoli (BG Agricultural Production);

Gas di discarica prodotto in discarica contenente componenti organici (BG RSU).

Nel mio lavoro ho esaminato le tecnologie per la produzione di questi gas, la loro composizione, i metodi di preparazione del biogas per l'uso, ovvero i metodi di purificazione dalle sostanze di zavorra. Il biogas ha una vasta gamma di usi, di cui ho parlato brevemente in questo lavoro.

Produzione di biogas da digestori e impianti di biogas agricoli

Secondo il progetto tecnico, gli impianti di biogas sono suddivisi in tre sistemi: cumulativo, periodico, continuo.

I sistemi di accumulo prevedono la fermentazione in reattori, che fungono anche da luogo di stoccaggio del letame fermentato (substrato) fino al momento dello scarico. Il substrato iniziale viene continuamente alimentato nel serbatoio fino al suo riempimento. Il substrato fermentato viene scaricato una o due volte l'anno durante il periodo di applicazione dei fertilizzanti al terreno. In questo caso, una parte dei fanghi fermentati viene appositamente lasciata nel reattore e funge da materiale di partenza per il successivo ciclo di fermentazione. Il volume di stoccaggio abbinato al bioreattore è calcolato sul volume totale di letame rimosso dal complesso durante il periodo inter-semina. Tali sistemi richiedono grandi quantità di spazio di archiviazione e vengono utilizzati molto raramente.

Un sistema di produzione periodica di biogas prevede il caricamento una tantum del substrato iniziale nel reattore, la fornitura del materiale di semina e lo scarico del prodotto fermentato. Un tale sistema è caratterizzato da un'intensità di lavoro piuttosto elevata, da una produzione di gas molto irregolare e richiede almeno due reattori, un serbatoio per accumulare il letame iniziale e immagazzinare il substrato fermentato.

Con uno schema continuo, il substrato originale viene caricato continuamente o ad intervalli determinati (1-10 volte al giorno) nella camera di fermentazione, da dove viene contemporaneamente rimossa la stessa quantità di sedimento fermentato. Per intensificare il processo di fermentazione, è possibile aggiungere al bioreattore vari additivi, aumentando non solo la velocità di reazione, ma anche la resa e la qualità del gas. I moderni impianti di biogas sono generalmente progettati per un processo continuo e sono realizzati in acciaio, cemento, plastica e mattoni. Per l'isolamento termico vengono utilizzati fibra di vetro, lana di vetro e plastica cellulare.

In base alla produttività giornaliera, i sistemi e gli impianti di biogas esistenti possono essere suddivisi in 3 tipologie:

piccolo - fino a 50 m 3 /giorno;

medio – fino a 500 m 3 /giorno;

grande - fino a 30 mila m 3 / giorno.

I digestori e gli impianti di biogas agricolo non presentano differenze fondamentali, ad eccezione del substrato utilizzato. Lo schema tecnologico di un impianto agricolo a biogas è mostrato in Fig. 1.

Secondo questo schema, il letame proveniente dall'edificio per l'allevamento (1) entra nel serbatoio di stoccaggio (2), quindi viene caricato nel serbatoio del digestore - un serbatoio per la digestione anaerobica (4) utilizzando una pompa fecale (3). Il biogas generato durante il processo di fermentazione entra nel serbatoio del gas (5) e quindi al consumatore. Per riscaldare il letame alla temperatura di fermentazione e mantenere il regime termico nel digestore, viene utilizzato uno scambiatore di calore (6), attraverso il quale viene utilizzata l'acqua calda. flussi, riscaldati nella caldaia (7). Il letame fermentato viene scaricato nel deposito letame (8).

Fig.1. Schema generalizzato di produzione di biogas (biogas agricolo

Il bioreattore è dotato di isolamento termico, che dovrebbe mantenere stabilmente la temperatura di fermentazione ed essere rapidamente sostituito in caso di guasto. Il bioreattore viene riscaldato disponendo attorno al perimetro delle pareti degli scambiatori di calore a forma di spirale di tubi attraverso i quali circola acqua calda con una temperatura iniziale di 60-70 °C. Una temperatura così bassa del liquido di raffreddamento viene adottata per evitare la morte di microrganismi produttori di metano e l'adesione di particelle di substrato sulla superficie di scambio termico, che può portare al deterioramento del trasferimento di calore. Il bioreattore è inoltre dotato di dispositivi per la miscelazione costante del letame. Il flusso del letame nel digestore è regolato in modo che il processo di fermentazione proceda in modo uniforme.

Durante la fermentazione, nel letame si sviluppa una microflora, che successivamente distrugge le sostanze organiche in acidi e questi ultimi, sotto l'influenza di batteri sintrofici e metanogeni, vengono convertiti in prodotti gassosi: metano e anidride carbonica.

I serbatoi di metano forniscono tutti i parametri di processo necessari: temperatura (33-37º C), concentrazione di sostanze organiche, acidità (6,8-7,4), ecc. La crescita delle cellule di biocenosi del metano è determinata anche dal rapporto C:N e dalla sua ottimale il valore è 30:1. Alcune sostanze contenute nel substrato di partenza possono inibire la fermentazione del metano (Tabella 1). Ad esempio, il letame di pollo spesso inibisce la fermentazione del metano a causa di un eccesso di NH3.

Tabella 1

Inibitori della fermentazione del metano

Biogas prodotto nelle discariche di rifiuti solidi

Il processo di formazione incontrollata di gas nelle discariche di rifiuti domestici e altri rifiuti contenenti una grande percentuale di componenti organici può essere considerato come un processo di produzione di gas contenente metano in un sistema accumulativo per la durata del processo fino alla completa decomposizione della parte organica; è molto più lungo che nei metatank.

Nella pratica nazionale, i sistemi di riciclaggio del biogas nelle discariche di rifiuti solidi non sono ancora diventati diffusi, pertanto, quando si considereranno ulteriormente le caratteristiche di progettazione dei sistemi di raccolta e trasporto del biogas, si terrà conto dell'esperienza straniera. Un diagramma schematico di uno di questi sistemi in una discarica per rifiuti solidi è mostrato in Fig. 2. Il sistema è costituito da due parti principali: una rete di raccolta del gas sotto vuoto e una rete di distribuzione dei consumatori di biogas sotto pressione eccessiva o (meno spesso) media.

Riso. 2. Realizzazione di un sistema di degasaggio per discariche di rifiuti solidi

Di seguito sono riportate le definizioni degli elementi più importanti del sistema di raccolta del gas in discarica, mostrati in Fig. 2, e requisiti per i singoli elementi del sistema.

I collettori di gas sono tubazioni posate nello spessore dei rifiuti, nelle quali viene creato il vuoto. Di norma, vengono eseguiti verticalmente sotto forma di pozzi di gas o orizzontalmente sotto forma di condotte perforate, ma in pratica vengono utilizzate anche altre forme (serbatoi, camere di ghiaia o pietrisco, ecc.).

Per gasdotti prefabbricati si intendono i gasdotti che sono sotto vuoto e portano a parte dei collettori prefabbricati. Per compensare i prelievi, sono dotati di un collegamento flessibile al collettore del gas (per la misurazione della pressione) e nell'unità di connessione sono posizionati i raccordi per il campionamento del gas;

I gasdotti di raccolta sono riuniti in un punto di raccolta del gas. Il punto di raccolta del gas può essere realizzato sotto forma di tubo, serbatoio, ecc. ed è posizionato nel punto più basso in modo da garantire la raccolta e l'evacuazione della condensa in caduta. La strumentazione e i dispositivi di automazione sono ubicati presso il punto di raccolta del gas.

Un sistema di rimozione della condensa è un dispositivo su un gasdotto per la raccolta e lo scarico della condensa nel punto più basso del sistema di tubazioni. Nella zona del vuoto la condensa viene scaricata tramite sifoni, nella zona di sovrapressione tramite scarichi di condensa regolabili. La condensa può anche essere rimossa sia nella zona di depressione che in quella di sovrappressione utilizzando un dispositivo di raffreddamento.

La tubazione di aspirazione è il tratto rettilineo della tubazione davanti al dispositivo di iniezione. Qui sono previsti anche dispositivi di strumentazione e automazione;

I dispositivi a pressione (ventilatore, soffiante, ecc.) vengono utilizzati per creare la depressione necessaria al trasporto del gas da un corpo di smaltimento oppure per creare una sovrappressione durante il trasporto del gas al luogo di utilizzo (ad una torcia, ad un sistema di recupero, ecc.). ).

L'unità compressore serve ad aumentare la pressione del gas in eccesso.

I dispositivi di ventilazione si trovano nella sala macchine. Le strutture tradizionali sono container, recinzioni metalliche o piccoli edifici (garage, strutture a blocchi, ecc.). Negli impianti di grandi dimensioni, i dispositivi di iniezione del gas si trovano nella sala macchine, talvolta possono essere posizionati in aree aperte sotto una tettoia;

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