Impianto di biogas: riciclaggio redditizio dei rifiuti organici

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L’aumento dei prezzi dell’energia sta forzando la ricerca di opzioni di riscaldamento alternative. Si possono ottenere buoni risultati con l’autoproduzione di biogas da materie prime organiche disponibili. In questo articolo parleremo del ciclo di produzione, del dispositivo bioreattore e delle relative apparecchiature..

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

Fatte salve le regole operative di base, il reattore a gas è completamente sicuro e in grado di fornire combustibile ed elettricità anche a una piccola casa, persino a un intero complesso agroindustriale. Il risultato del lavoro del bioreattore non è solo il gas, ma anche uno dei più preziosi tipi di fertilizzanti, il componente principale dell’humus naturale.

Come si ottiene il biogas

Per ottenere il biogas, le materie prime organiche vengono poste in condizioni favorevoli allo sviluppo di diversi tipi di batteri, che emettono metano durante la loro attività vitale. La biomassa attraversa tre cicli di trasformazione e ad ogni stadio prendono parte diversi ceppi di organismi anaerobici. L’ossigeno non è richiesto per la loro vita, ma la composizione della materia prima e la sua consistenza, nonché la temperatura e la pressione interna, sono di grande importanza. Le condizioni con una temperatura di 40–60 ° C ad una pressione fino a 0,05 atm sono considerate ottimali. La materia prima caricata inizia a produrre gas dopo un’attivazione prolungata, che richiede da alcune settimane a sei mesi.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

L’inizio del rilascio di gas nel volume calcolato indica che le colonie batteriche sono già abbastanza numerose, quindi, dopo 1-2 settimane, la materia prima fresca viene dosata nel reattore, che viene quasi immediatamente attivato ed entra nel ciclo di produzione.

Per mantenere condizioni ottimali, le materie prime vengono periodicamente miscelate, usando parte del calore del riscaldamento a gas per mantenere la temperatura. Il gas risultante contiene dal 30 all’80% di metano, il 15-50% di anidride carbonica, piccole impurità di azoto, idrogeno e idrogeno solforato. Per l’uso domestico, il gas viene arricchito rimuovendo l’anidride carbonica da esso, dopodiché il carburante può essere utilizzato in una vasta gamma di apparecchiature elettriche: dai motori delle centrali elettriche alle caldaie per il riscaldamento..

Quali materie prime sono adatte per la produzione

Contrariamente alla credenza popolare, il letame non è la migliore materia prima per la produzione di biogas. La produzione di carburante da una tonnellata di letame pulito è di soli 50-70 m3 con una concentrazione del 28-30%. Tuttavia, è nei rifiuti animali che si scopre che la maggior parte dei batteri necessari si avvia rapidamente e mantiene un funzionamento efficiente del reattore.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

Per questo motivo, il letame viene miscelato con i raccolti e i rifiuti alimentari in un rapporto di 1: 3. Di seguito vengono utilizzati come materie prime vegetali:

Materiali grezziUscita da 1 tonnellata di materie primeConcentrazione СН4
Insilato di pannocchie e pannocchie di mais400 m350-56%
Insilato di erba e cereali200-230 m349-54%
Patate da foraggio, barbabietole, grano500-600 m350-65%
Rifiuti di prodotti da forno e industria alimentare (soia, avena)700-750 m355-58%
Oli vegetali, grassi, glicerina8500-1200 m365-68%

Le materie prime non possono essere semplicemente versate nel reattore, è necessaria una preparazione. Il substrato originale viene frantumato ad una frazione di 0,4-0,7 mm e diluito con acqua in una quantità di circa il 25-30% del peso secco. In grandi volumi, la miscela richiede una miscelazione più accurata nei dispositivi di omogeneizzazione, dopodiché è pronta per il caricamento nel reattore.

Costruzione del bioreattore

I requisiti per le condizioni per il posizionamento del reattore sono gli stessi di una fossa settica passiva. La parte principale del bioreattore è il digestore, un contenitore in cui avviene l’intero processo di fermentazione. Per ridurre il costo del riscaldamento della massa, il reattore viene scavato nel terreno. Pertanto, la temperatura del mezzo non scende al di sotto di 12–16 ° С e il deflusso di calore formato durante la reazione rimane minimo.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici Schema impianto biogas: 1 – bunker di carico materie prime; 2 – biogas; 3 – biomassa; 4 – compensatore del serbatoio; 5 – portello per l’estrazione dei rifiuti; 6 – valvola limitatrice di pressione; 7 – tubo del gas; 8 – tenuta all’acqua; 9 – ai consumatori

Per digestori fino a 3 m3 è consentito l’uso di contenitori in nylon. Poiché lo spessore e il materiale delle pareti non interferiscono con il deflusso del calore, i contenitori sono ricoperti da strati di polistirene espanso o lana minerale resistente all’umidità. Il fondo della fossa è cementato con un massetto di 7-10 cm con rinforzo per evitare che il reattore venga spremuto dal terreno.

Il materiale più adatto per la costruzione di grandi reattori è il cemento armato argilloso rinforzato. Ha una resistenza sufficiente, una bassa conduttività termica e una lunga durata. Prima di versare le pareti della camera, è necessario montare un tubo inclinato per fornire la miscela al reattore. Il suo diametro è di 200-350 mm, l’estremità inferiore dovrebbe essere 20-30 cm dal fondo.

Nella parte superiore del digestore c’è un serbatoio di gas – una cupola o una struttura conica che concentra il gas nel punto più alto. Il supporto del gas può essere realizzato in lamiera, tuttavia, in piccole installazioni, l’arco è realizzato in muratura e quindi coperto con rete d’acciaio e intonacato. Quando si costruisce un serbatoio di gas, è necessario prevedere nella parte superiore un passaggio sigillato di due tubi: per l’aspirazione del gas e l’installazione di una valvola di sicurezza. Un altro tubo con un diametro di 50-70 mm viene posato per pompare la massa spesa.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

Il recipiente del reattore deve essere sigillato e resistere a una pressione di 0,1 atm. Per fare ciò, la superficie interna del digestore è coperta da uno strato continuo di impermeabilizzazione bituminosa rivestita e un portello sigillato è montato sulla parte superiore del serbatoio del gas..

Rimozione e arricchimento di gas

Da sotto la cupola del gasholder, il gas viene deviato attraverso una tubazione in un contenitore con una tenuta d’acqua. Lo spessore dello strato d’acqua sopra l’uscita del tubo determina la pressione di esercizio nel reattore e di solito è 250–400 mm.

Dopo l’impermeabilizzazione, il gas può essere utilizzato nelle apparecchiature di riscaldamento e per cucinare. Tuttavia, i motori a combustione interna richiedono un contenuto di metano più elevato per funzionare, quindi il gas viene arricchito.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

Il primo stadio di arricchimento è ridurre la concentrazione di anidride carbonica nel gas. Per questo, è possibile utilizzare attrezzature speciali che funzionano secondo il principio di assorbimento chimico o su membrane semipermeabili. A casa, l’arricchimento è anche possibile facendo passare il gas attraverso la colonna d’acqua, in cui si dissolve fino a metà della CO2. Il gas viene atomizzato in piccole bolle attraverso aeratori tubolari, l’acqua gassata deve essere periodicamente rimossa e spruzzata in normali condizioni atmosferiche. Nei complessi vegetali, tale acqua viene utilizzata con successo nei sistemi idroponici.

Nella seconda fase dell’arricchimento, il contenuto di umidità del gas è ridotto. Questa funzione si trova nella maggior parte dei dispositivi di ravvivatura realizzati in fabbrica. Gli essiccanti fatti in casa sembrano un tubo a Z riempito con gel di silice.

Uso di biogas: specificità e attrezzatura

I modelli più moderni di apparecchiature di riscaldamento sono progettati per funzionare con biogas. Le caldaie obsolete possono essere ri-equipaggiate con relativa facilità sostituendo il bruciatore e il dispositivo di preparazione aria-gas.

Impianto di biogas. Riciclare proficuamente i rifiuti organici

Per ottenere gas sotto pressione operativa, viene utilizzato un compressore alternativo convenzionale con un ricevitore, impostato per funzionare a una pressione pari a 1,2 volte la pressione di progetto. La normalizzazione della pressione viene eseguita da un regolatore del gas, questo aiuta a evitare cadute e mantenere una fiamma uniforme.

Le prestazioni del bioreattore devono essere almeno del 50% superiori al consumo. Durante la produzione non viene generato gas in eccesso: quando la pressione supera 0,05-0,065 atm, la reazione viene quasi completamente rallentata e ripristinata solo dopo che una parte del gas è stata pompata.

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