Come fare un bioreattore con le tue mani

Il costante aumento del costo delle risorse energetiche tradizionali spinge gli artigiani domestici a creare attrezzature fatte in casa che consentano loro di produrre biogas dalle proprie mani. Con questo approccio alla pulizia domestica, è possibile non solo ottenere energia a basso costo per riscaldare la casa e altre esigenze, ma anche stabilire il processo di utilizzo dei rifiuti organici e di ottenere fertilizzanti gratuiti per la successiva applicazione al suolo.

L'eccesso di biogas prodotto, così come i fertilizzanti, possono essere realizzati al valore di mercato per i consumatori interessati, trasformando in denaro ciò che sta letteralmente "mentendo sotto i tuoi piedi". I grandi agricoltori possono permettersi di acquistare impianti di biogas già pronti, assemblati in fabbrica. Il costo di tali apparecchiature è piuttosto elevato. Tuttavia, l'utile sul suo funzionamento corrisponde agli investimenti effettuati. Gli impianti meno potenti che funzionano con lo stesso principio possono essere assemblati da soli con materiali e parti disponibili.

Cos'è il biogas e come si forma

Il biogas è classificato come un tipo di combustibile ecologico. Per le sue caratteristiche, i biogas convergono in gran parte con il gas naturale prodotto su scala industriale. Immagina la tecnologia per la produzione di biogas come segue:

• in un apposito contenitore chiamato bioreattore, si svolge un processo di lavorazione della biomassa con la partecipazione di batteri anaerobici in condizioni di fermentazione airless per un certo periodo, la cui durata dipende dal volume delle materie prime caricate;
• di conseguenza, viene rilasciata una miscela di gas, composta al 60% da metano, al 35% - anidride carbonica, al 5% - da altre sostanze gassose, tra le quali vi è una piccola quantità di idrogeno solforato;
• il gas risultante viene costantemente scaricato dal bioreattore e, dopo la purificazione, viene inviato per un uso corretto;
• I rifiuti riciclati, che sono diventati fertilizzanti di alta qualità, vengono periodicamente rimossi dal bioreattore e trasportati nei campi.

Per stabilire la produzione di biogas a casa in modo continuo, è necessario possedere o avere accesso alle imprese agricole e zootecniche. È economicamente fattibile produrre biogas solo se esiste una fonte di approvvigionamento gratuito di letame e altri rifiuti organici provenienti dalla zootecnia.

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Tipi di bioreattori

Gli impianti per la produzione di biogas si differenziano per il tipo di caricamento delle materie prime, la raccolta del gas ottenuto, la posizione del reattore rispetto alla superficie della terra, il materiale di fabbricazione. Il calcestruzzo, il mattone e l'acciaio sono i materiali più adatti per la costruzione di bioreattori.

In base al tipo di caricamento, si distinguono le bio-installazioni, in cui viene caricata una determinata porzione di materia prima e viene eseguito un ciclo di lavorazione, quindi completamente scaricato. La produzione di gas in questi impianti è instabile, ma è possibile caricare qualsiasi tipo di materia prima. Di regola, sono verticali e occupano poco spazio.

Una porzione di rifiuti organici viene caricata quotidianamente nel secondo sistema e una parte uguale di fertilizzanti fermentati preparati viene scaricata in volume. La miscela di lavoro rimane sempre nel reattore. L'installazione del cosiddetto caricamento continuo produce stabilmente più biogas ed è molto popolare tra gli agricoltori. Fondamentalmente, questi reattori si trovano in posizione orizzontale e sono convenienti in presenza di spazio libero sul sito.

Il tipo selezionato di raccolta di biogas determina le caratteristiche di progettazione del reattore.

• i sistemi a palloncino sono costituiti da un palloncino resistente al calore in gomma o plastica in cui sono combinati un reattore e un supporto per gas. I vantaggi di questo tipo di reattore sono la semplicità di progettazione, carico e scarico delle materie prime, facilità di pulizia e trasporto, basso costo. Gli svantaggi includono una breve durata, 2-5 anni, la possibilità di danni a causa di influenze esterne. I reattori a serbatoio includono anche impianti a canale, ampiamente utilizzati in Europa per il trattamento di rifiuti liquidi e acque reflue. Un tale rivestimento in gomma è efficace a temperature ambiente elevate e non vi è alcun rischio di danni al cilindro. Il design a cupola fissa ha un reattore completamente chiuso e una capacità di compensazione per lo scarico dei fanghi. Il gas si accumula nella cupola; quando viene caricata la porzione successiva di materia prima, la massa trattata viene spinta nel serbatoio di compensazione.
• I bio-sistemi con una cupola galleggiante sono costituiti da un bioreattore monolitico situato nel sottosuolo e da un serbatoio di gas mobile che galleggia in una speciale sacca d'acqua o direttamente nell'alimentazione e sale sotto l'influenza della pressione del gas. Il vantaggio di una cupola galleggiante è la facilità d'uso e la capacità di determinare la pressione del gas dall'altezza della cupola. Questa è un'ottima soluzione per una grande fattoria.
• Quando si sceglie una posizione sotterranea o di installazione sopra la superficie, è necessario tenere conto della pendenza del rilievo, che facilita il carico e lo scarico delle materie prime, un migliore isolamento termico delle strutture sotterranee, che protegge la biomassa dalle sbalzi di temperatura giornalieri e rende il processo di fermentazione più stabile.

Il design può essere dotato di dispositivi aggiuntivi per il riscaldamento e la miscelazione delle materie prime.

È conveniente realizzare un reattore e utilizzare il biogas

La costruzione di un impianto di biogas ha i seguenti obiettivi:

• produzione di energia economica;
• la produzione di fertilizzanti facilmente digeribili;
• risparmi sulla connessione a fognature costose;
• trattamento dei rifiuti domestici;
• possibile profitto dalla vendita di gas;
• ridurre l'intensità degli odori sgradevoli e migliorare la situazione ambientale nel territorio.

Per valutare i benefici della costruzione di un bioreattore, un host snello dovrebbe considerare i seguenti aspetti:

• i costi di biostazione sono un investimento a lungo termine;
• le apparecchiature di biogas fatte in casa e l'installazione di un reattore senza coinvolgere specialisti di terze parti saranno molto più economiche, ma la sua efficienza è inferiore a quella di una costosa fabbrica;
• Per mantenere una pressione del gas stabile, l'agricoltore deve avere accesso ai rifiuti di produzione animale in quantità sufficiente e per lungo tempo. Nel caso di prezzi elevati per l'elettricità e il gas naturale o la mancanza di gassificazione, l'uso dell'impianto diventa non solo redditizio, ma anche necessario;
• per le grandi aziende agricole con la propria base di materie prime, l'inclusione di un bioreattore nel sistema di serre e allevamenti di bestiame sarà una soluzione redditizia;
• per le piccole aziende agricole, l'efficienza può essere migliorata installando diversi piccoli reattori e caricando materie prime a diversi intervalli di tempo. Ciò eviterà interruzioni del gas con mancanza di materia prima.

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Come costruire un bioreattore da solo

La decisione sulla costruzione è stata presa, ora dobbiamo progettare l'installazione e calcolare i materiali, gli strumenti e le attrezzature necessari.

Importante! La resistenza agli ambienti acidi e alcalini aggressivi è il requisito principale per il materiale del bioreattore.

Se è disponibile un serbatoio metallico, può essere utilizzato con un rivestimento protettivo contro la corrosione. Quando si sceglie un contenitore in metallo, prestare attenzione alla presenza di saldature e alla loro resistenza.

Un'opzione durevole e conveniente è un serbatoio polimerico. Questo materiale non decade e non arrugginisce. La canna con spesse pareti rigide o rinforzate resisterà perfettamente al carico.

Il modo più economico è di disporre contenitori di mattoni o pietra, blocchi di cemento. Per aumentare la resistenza, le pareti sono rinforzate e rivestite all'interno e all'esterno con un'impermeabilizzazione multistrato e un rivestimento a tenuta di gas. L'intonaco deve contenere additivi che forniscono le proprietà specificate. La forma migliore che resisterà a tutti i carichi di pressione è ovale o cilindrica.

Alla base di questo serbatoio, viene fornito un foro attraverso il quale verranno rimosse le materie prime esaurite. Questo foro deve essere ben chiuso, poiché il sistema funziona efficacemente solo in condizioni sigillate.

Calcolo degli strumenti e dei materiali necessari

Per disporre il contenitore in mattoni e il dispositivo dell'intero sistema, saranno necessari i seguenti strumenti e materiali:

• serbatoio per miscelare malta cementizia o betoniera;
• trapano con miscelatore di ugelli;
• pietrisco e sabbia per un drenaggio;
• pala, metro a nastro, spatola, spatola;
• mattoni, cemento, acqua, sabbia fine, rinforzo, plastificante e altri additivi necessari;
• saldatrici e dispositivi di fissaggio per il montaggio di tubi e componenti metallici;
• un filtro per l'acqua e un contenitore con trucioli metallici per la purificazione del gas;
• Bombole per pneumatici o bombole di propano standard per lo stoccaggio di gas.

La dimensione del serbatoio di cemento è determinata dalla quantità di rifiuti organici che appare quotidianamente in un'azienda agricola privata. Il funzionamento completo del bioreattore è possibile se è riempito per due terzi del volume disponibile.

Determiniamo il volume del reattore per una piccola economia privata: se ci sono 5 mucche, 10 maiali e 40 polli, allora si forma una lettiera di 5 x 55 kg + 10 x 4,5 kg + 40 x 0,17 kg = 275 kg + durante il giorno della loro attività di vita 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg. Per portare gli escrementi di pollo all'umidità richiesta dell'85%, aggiungere 5 litri di acqua. Peso totale = 331,8 kg. Per la lavorazione in 20 giorni è necessario: 331,8 kg x 20 = 6636 kg - circa 7 metri cubi solo per il substrato. Questi sono i due terzi del volume richiesto. Per ottenere il risultato, sono necessari 7x1,5 = 10,5 metri cubi. Il valore ottenuto è il volume necessario del bioreattore.

Ricorda che ottenere una grande quantità di biogas in piccoli contenitori non funzionerà. L'output dipende direttamente dalla massa di rifiuti organici trattati nel reattore. Quindi, per ottenere 100 metri cubi di biogas, è necessario elaborare una tonnellata di rifiuti organici.

Preparazione del sito per dispositivo bioreattore

Gratuito biocarburante sul sito, è necessario scegliere un luogo per la costruzione di serbatoi di cemento armato, che fungeranno da bioreattore.

La posizione ottimale viene scelta lontano da abitazioni, luoghi per animali. Un magazzino di stoccaggio per materie prime potrebbe essere nelle vicinanze. Dovrebbe tenere conto del livello delle acque sotterranee e della comodità di carico e scarico della biomassa. Preferibilmente un posto per il trasporto di materie prime.

La posizione economica della nave del reattore è quella di costruirla sotto il livello del suolo. Anche la pendenza del terreno è molto comoda. Ciò ridurrà il costo dell'isolamento termico e faciliterà il caricamento del substrato organico.

L'affidabilità del design e la durata del reattore dipendono dalla preparazione del fondo e delle pareti della fossa per il serbatoio. Le pareti sono rinforzate e sigillate con anelli di plastica, cemento e polimero. Riscaldamento importante e completo. Come isolante economico usa paglia, argilla, letame secco e scorie, materiali improvvisati.

Assemblaggio e installazione

Per risparmiare il budget, è ottimale montare un design semplice e affidabile senza campane e fischietti, quindi, durante il funzionamento e quando compaiono opportunità finanziarie, aggiungere ulteriori elementi per riscaldamento, automazione e controllo.

Le istruzioni dettagliate per il montaggio e l'installazione di un bioreattore aiuteranno a montare l'installazione da soli.

1. Scava una fossa, versa uno strato livellante di sabbia sul fondo, appoggia l'intera fossa con una pellicola di PVC, quindi versa uno strato termoisolante di argilla espansa, paglia, allinealo all'orizzonte. Montare i tubi per caricare e scaricare il substrato. Il diametro dei tubi per le materie prime deve avere un diametro di almeno 300 mm, altrimenti si ostruiranno.
2. Disporre un contenitore di mattoni o installarne uno finito. Isolare le pareti laterali del reattore rivestendolo con argilla e paglia in più strati o utilizzando moderni riscaldatori, ad esempio schiuma di polistirene, schiuma di poliuretano espanso.
3. Realizzare un sistema di drenaggio del gas costituito da tubi verticali con numerosi fori nel corpo. Tale sistema sostituirà i miscelatori.
4. Coprire lo strato esterno del bio-materiale caricato con una pellicola speciale per creare una leggera pressione in eccesso e accumulare biogas sotto la cupola. Installare una cupola, che dovrebbe essere ermetica e un tubo di uscita del gas nella parte superiore, filtri per la pulizia di un portello ermetico, una tenuta d'acqua. Il gas viene accumulato e immagazzinato in speciali sacchi di gas.

Lancio del bioreattore

1. Affinché il bioreattore funzioni in modo efficace, è necessario caricarlo con materie prime a 2/3 del volume, la temperatura necessaria per il funzionamento dei batteri, quindi la tramoggia di alimentazione della biomassa deve essere posizionata sul lato soleggiato in modo che si riscaldi.
2. Il caricamento di uno nuovo e il prelievo del substrato organico esaurito sono più economici e più facili da eseguire secondo il principio di trabocco, ad es. l'innalzamento del livello di materia organica all'interno del reattore quando si introduce una nuova porzione rimuoverà il substrato attraverso il tubo di scarico in un volume pari al volume del materiale introdotto.
3. Scarica un lotto di batteri. Riscaldare se necessario.

Rimozione corretta del gas dal bioreattore

Il gas ottenuto durante la fermentazione dei prodotti organici viene rimosso attraverso un apposito foro previsto nella progettazione della parte superiore del coperchio, che chiude ermeticamente il serbatoio. Per escludere la possibilità di miscelare il biogas con l'aria, è necessario assicurarne la rimozione attraverso un blocco dell'acqua (blocco dell'acqua).

È possibile controllare la pressione della miscela di gas all'interno del bioreattore con l'aiuto di un tappo, che dovrebbe aumentare con l'eccesso di gas, cioè svolgere il ruolo di una valvola di rilascio. Come contrappeso, puoi usare un peso normale. Se la pressione è normale, il gas generato fluirà attraverso il tubo di uscita nel serbatoio del gas, subendo la purificazione dell'acqua lungo il percorso.

Regole di funzionamento e sicurezza

Il carico costante di lotti regolari e lo scarico di fertilizzanti finiti, il controllo delle condizioni di fermentazione garantiranno il corretto funzionamento dell'impianto di biogas.

Le ditte specializzate vendono lotti di batteri a fermentazione biologica per produrre biogas.

Esistono batteri mesofili, termofili e psicofili. La completa fermentazione dei prodotti organici con la partecipazione di batteri termofili avverrà in 12 giorni. I batteri mesofili lavorano più lentamente, trasformano le materie prime in 20 giorni.

La biomassa nel reattore deve essere miscelata almeno due volte al giorno, altrimenti sulla superficie si formerà una crosta che impedisce l'uscita libera del biogas. Nella stagione fredda, il reattore dovrebbe essere riscaldato, mantenendo la temperatura ottimale per la massima resa del prodotto.

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La miscela organica caricata nel reattore non deve contenere antisettici, detergenti, sostanze chimiche dannose per la vita dei batteri e rallentare la produzione di biogas.

Importante! Il biogas è infiammabile ed esplosivo.

Affinché il bioreattore funzioni correttamente, devono essere seguite le stesse regole di qualsiasi installazione di gas. Se l'apparecchiatura è a tenuta, il biogas viene deviato nel serbatoio del gas in modo tempestivo, quindi non ci saranno problemi.

Se la pressione del gas supera la norma o si avvelena in caso di perdite, esiste il rischio di esplosione, pertanto si consiglia di installare sensori di temperatura e pressione nel reattore. L'inalazione di biogas è anche dannosa per la salute umana.

Come garantire l'attività della biomassa

Puoi accelerare il processo di fermentazione della biomassa riscaldandolo. Di norma, nelle regioni meridionali questo problema non si presenta. La temperatura ambiente è sufficiente per l'attivazione naturale dei processi di fermentazione. Nelle regioni con gravi condizioni climatiche in inverno, senza riscaldamento, è generalmente impossibile far funzionare un impianto di biogas. Dopotutto, il processo di fermentazione inizia a una temperatura superiore al segno di 38 gradi Celsius.

Esistono diversi modi per organizzare il riscaldamento di un serbatoio con biomassa:

• collegare una bobina situata sotto il reattore al sistema di riscaldamento;
• installare resistenze elettriche nella base del serbatoio;
• fornire il riscaldamento diretto del serbatoio utilizzando riscaldatori elettrici.

I batteri che influenzano la produzione di metano sono in uno stato dormiente nel mangime stesso. La loro attività aumenta a un certo livello di temperatura. L'installazione di un sistema di riscaldamento automatizzato garantirà un normale flusso del processo. L'automazione accenderà l'apparecchiatura di riscaldamento quando la prossima parte fredda entra nel bioreattore, quindi la spegne quando la biomassa si riscalda a un livello di temperatura predeterminato.

Tali sistemi di controllo della temperatura sono installati in caldaie, quindi possono essere acquistati presso negozi specializzati nella vendita di apparecchiature a gas.

È importante notare che è possibile attivare la produzione di biogas a casa miscelando la biomassa nel reattore. Per questo, viene realizzato un dispositivo strutturalmente simile a un mixer domestico. Il dispositivo può essere messo in movimento da un albero che viene condotto attraverso un'apertura situata nel coperchio o nelle pareti del serbatoio.

Quali autorizzazioni speciali sono necessarie per l'installazione e l'uso del biogas

Per costruire e far funzionare un bioreattore, oltre a utilizzare il gas ottenuto, è necessario in fase di progettazione occuparsi dell'ottenimento dei permessi necessari. L'approvazione deve essere fatta con il servizio gas, i vigili del fuoco e Rostekhnadzor.In generale, le regole per l'installazione e il funzionamento sono simili alle regole per l'utilizzo di apparecchiature a gas convenzionali. La costruzione deve essere eseguita rigorosamente secondo gli SNIP, tutte le tubazioni devono essere gialle e avere i segni appropriati. I sistemi pronti prodotti in fabbrica sono molte volte più costosi, ma hanno tutti i documenti giustificativi che soddisfano tutti i requisiti tecnici. I produttori forniscono una garanzia sull'attrezzatura ed eseguono la manutenzione e la riparazione dei loro prodotti.

Un impianto di biogas fatto in casa può risparmiare sui costi energetici, che occupano una grande parte nel determinare il costo dei prodotti agricoli. La riduzione dei costi di produzione influirà sull'aumento della redditività dell'azienda agricola o della fattoria privata. Ora che sai come ottenere il biogas dai rifiuti esistenti, resta solo da mettere in pratica l'idea. Molti agricoltori hanno imparato a lungo come fare soldi con il letame.