Kaip pasigaminti biokurą iš mėšlo namų sąlygomis

Šiuolaikinės įvairiausių žaliavų perdirbimo technologijos atveria perspektyvą sėkmingai išspręsti biokuro gavybos iš mėšlo tiesiog namų sąlygomis uždavinį. Be to, gaminant biokurą savo jėgomis namuose, remiantis naujais atliekų perdirbimo principais, kartu galima gaminti trąšas žemės ūkio augalams.

O ko tam reikia ir kaip tinkamai pasigaminti bioreaktorių – šiuos klausimus išsamiai aptarsime savo straipsnyje. Pateiksime rekomendacijas, kaip pasirinkti geriausią žaliavą biodujoms gauti, išnagrinėsime gauto kuro naudojimo ūkiniams poreikiams ypatumus.

Žinoma, lengviausias kelias – įsigyti gatavus pramoninius įrenginius. Tačiau dėl jų brangumo tenka svarstyti galimybes gamybines sistemas pasigaminti savo jėgomis.

Trumpai apie biodujų apibrėžimą

Pagal mokslinius apibrėžimus biodujos – tai produktas, gaunamas biologinių atliekų masės rūgimo proceso metu. Tokiu atveju rūgimo produktu yra metanas arba vandenilis.

Metano (arba vandenilio) susidarymas vyksta dėl trijų rūšių bakterijų gyvybinės veiklos:

• hidrolizinių;
• rūgštis sudarančių;
• metaną gaminančių.

Kokybišku rūgimo produktu laikoma dujų mišinio sudėtis, kurios turinys pasiskirsto santykiu: 50-85 % metano, 15-50 % anglies dioksido ir mažiau nei 5 % sieros vandenilio.

Maždaug taip atrodo alternatyvios energijos gavybos struktūrinė schema. Tuo pačiu metu naudojami tradiciniai buičiai skirti žaliavų šaltiniai, puikiai tinkantys alternatyvios energijos – biodegalų gavybai

Šis dujų mišinys praleidžiamas per filtrus, siekiant pašalinti CO² ir H²S, po to lieka grynas biologinis metanas. Tokios dujos niekuo nesiskiria nuo gamtinių dujų, naudojamų buityje ir pramonėje.

Kokybiškam biologiniam dujų mišiniui gauti paprastai naudojamos šios žaliavos:

• mėšlas ir paukščių mėšlas;
• spirito gamybos atliekos (bardos);
• alaus gamybos perteklius (alaus misos);
• fekalinės masės ir žuvies perdirbimo atliekos;
• burokėlių misa, buitinės atliekos, žolė ir kita.

Tai tik dalis visų leistinų naudoti žaliavų. Tačiau net ir šis sąrašas parodo, koks įvairus žaliavų pasirinkimas, kad būtų įmanoma organizuoti biodujų gamybą nuolat.

Biodegalų gamybos įrenginys, pagamintas vieno iš daugelio veikiančių ūkių poreikiams. Nedidelės apimties stotis, tačiau visiškai patenkinanti privataus ūkio poreikius

Dujų mišinio išeigos tūriniai rodikliai tiesiogiai priklauso nuo naudojamų žaliavų rūšies ir sausųjų medžiagų kiekio jose. Taigi, jei naudojamas galvijų mėšlas, iš tikrųjų iš vienos tonos mėšlo galima gauti 50-60 m³ biodegalų, turinčių iki 60 % metano.

Manoma, kad geriausios žaliavos yra didelio riebumo atliekos. Apdorojant vieną toną riebalinių atliekų per klasikinę biodegalų gamybos įrangą, galima gauti iki 1300 m³ dujų mišinio, kuriame metano kiekis siekia iki 90 %.

Kaip pasigaminti perdirbamąjį ūkinį modulį?

Norint sukurti atliekų perdirbimo į biodegalus sistemą, būtina bent jau išmanyti tokių įrenginių veikimo principą ir turėti supratimą apie schemų techniką.

Bioreaktorinės įrangos schema: 1 – bioreaktorius; 2 – maišyklė; 3 – šildytuvas; 4 – siurblys; 5 – filtruojantis elementas; 6 – dujų kompresorius; 7 – dujų saugykla; 8 – mėšlo surinktuvas; 9 – trąšų (dumblo) išėjimas; 10 – šildymo valdymo pultas

Panagrinėkime ir vieną, ir kitą, tačiau reikia pažymėti: visaverčio įrenginio statyba yra gana varginanti ir brangi. Namų sąlygomis, kaip taisyklė, pavyksta padaryti tik kažką panašaus į perdirbimo stotis. Nepaisant to, kai kurie bandymai būna sėkmingi.

Bioreaktoriaus veikimo principas

Biodegalų gamybos technologija, kaip taisyklė, laikosi šio sisteminio požiūrio:

1. Bioreaktorius (talpa) užkraunamas mėšlu.
2. Per tam tikrą laiką reaktoriaus viduje vyksta fermentacijos procesas.
3. Susidaro dujinė terpė.
4. Atliekamas dujų išvedimas iš reaktoriaus.
5. Dujų mišinys išvalomas ir nukreipiamas naudoti kaip kuras.

Išėjimo dujų mišinio sudėtis pasižymi gana dideliu įvairių medžiagų prisotinimu. Labiausiai procentinėje dalyje yra metano (60%), anglies dioksido (35%) ir kitų medžiagų, įskaitant vandenilio sulfidą (5%).

Taip atrodo dujų mišinio pasiskirstymo diagrama: 1 – metano kiekis apie 63-65%; 2 – anglies dioksido kiekis apie 30-33%; 3 – vandenilio sulfido kiekis maždaug 2%; 4 – amoniako kiekis apie 1%; 5 – vandenilio kiekis apie 1%

Tuo tarpu, norint efektyviai veikti namų gamybos dujas gaminančiai stočiai, reikalingi dideli gyvūnų atliekų kiekiai.

Todėl pirmas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį sprendžiant biodegalų gavimo namų (sodo) sąlygomis problemą, – tai žaliavos šaltinių buvimas perdirbimo įrenginiui.

Bioreaktoriaus gaminimas savo rankomis

Nusprendus dėl žaliavos šaltinių, toliau reikia apsispręsti dėl namų (arba sodo) bioreaktoriaus išdėstymo vietos. Pats reaktorius yra sandarus, pakankamai tvirtas indas, turintis tūrį, apskaičiuotą pagal kasdienį mėšlo žaliavos patekimą perdirbti (informacijai: norint gauti 100 m³ dujų mišinio, reikia maždaug 1 t mėšlo).

Mėšlo rūšies ir gaunamo biodegų kiekio santykio lentelė

Lentelė, rodanti vienos ar kitos biologinių atliekų rūšies efektyvumą gaunamo dujų tūrio požiūriu. Kaip matyti iš lentelės, efektyviausias yra kiaulių mėšlas, galintis duoti didžiausią biodegalų kiekį.

Tokį indą teks įrengti ant tvirto pamato, aprūpinti uždarymo armatūra ir kita technine atributika pagal klasikinę schemą. Viršutinę indo dalį patartina padaryti nuimamą, su varžtais ir sandarinimo tarpine.

Siekiant užtikrinti ciklo tęstinumą, kaupimo talpą reikia aprūpinti dirbtinio šildymo moduliu. Jei vasarą mėšlo fermentacijos efektyvumą ir dujų susidarymo greitį užtikrina išorinės temperatūros sąlygos, žiemą situacija keičiasi.

Žiemą eksploatuojant bioreaktorių, būtinas dirbtinis pašildymas, atsižvelgiant į tai, kad fermentacijos bakterijų veikla sustoja jau esant 4-10 °C aukščiau nulio. Atitinkamai, talpa turi turėti kokybiškai atliktą šiluminę izoliaciją. Tam puikiai tinka klasikinis izoliavimo mineraline vata būdas.

Aiškus pavyzdys, kaip izoliuoti bioreaktorių žiemos eksploatacijai. Čia kaip izoliacinė medžiaga naudota mineralinė vata. Iš viršaus vatos sluoksnis uždengtas folijine medžiaga.

Pašildymo organizavimo variantų yra keletas. Pavyzdžiui, naudojant elektrinius šildytuvus arba šildymo sistemą su vandeniu kaip šilumnešiu (vandens apvalkalu).

Pašildymo kontūro galią reikia skaičiuoti pagal optimalią temperatūros normą reaktoriaus viduje – 25-40 °C, kuri būtina efektyviam biomasės fermentacijos procesui pasiekti.

Be šildytuvų, biomasės fermentacijos aktyvumui įtakos turi jos sąstingio laipsnis. Iš esmės, rezervuaro viduje mėšlo žaliava turi nuolat judėti. Biomasės judėjimas sustiprina fermentacijos procesą ir sutrumpina laiką, reikalingą dujų komponentui gauti.

Vasarinio įrenginio variantas mėšlui perdirbti ir biokuro gauti. Šiuo atveju pašildymas atliktas kaip betoninė vandens vonia, į kurią panardintas reaktoriaus indas. Tačiau šis įrenginys negali būti naudojamas žiemą.

Judėjimo organizavimo problema sprendžiama į bioreaktoriaus konstrukciją įdiegus specialią mechaninį maišyklę. Šio įrenginio velenas prijungiamas prie mažo apsisukimų variklio veleno, kuris atlieka sukimosi veiksmą. Maišymo proceso įjungimas arba išjungimas gali būti atliekamas rankiniu arba automatiniu būdu.

Mūsų svetainėje yra kitas straipsnis, kuriame pateikiama įrenginio įrengimo instrukcija, skirta biodujoms gauti privačiam namui.

Biodujų ir trąšų gavybos procesas

Biokuro gavimo sistemos konstrukcija namų sąlygomis technologiškai numato indo užpildymą mėšlu maždaug 1/3 talpos. Mėšlui krauti įrengiamas pakrovimo liukas su hermetiškai užsidarančiomis durelėmis. Laisvas viršutinis bioreaktoriaus plotas naudojamas išsiskiriančių dujų kaupimuisi.

Savamadis miniatiūrinis bioreaktorius, pagamintas iš paprastos 200 litrų statinės. Iš esmės, norint patenkinti kuklius biologinio kuro poreikius, jis puikiai tinka naudoti privačiame ūkyje. Tai ta pati konstrukcija, kurią iš tiesų galima pasidaryti namų sąlygomis biokurui gauti.

Viršutiniame ir apatiniame indo lygyje reikia padaryti išėjimo angas. Viršuje – dujų išėjimas, apačioje – išėjimas apdoroto mėšlo (trąšų) nutekėjimui. Taip pat viršutinėje indo zonoje pageidautina sumontuoti apžiūros langą procesui stebėti.

Dujų mišinio išvadinis atšakas hermetiška vamzdžiu sujungiamas su įrenginiu, kuris vienu metu atlieka separatoriaus ir hidraulinio užtūrio funkcijas. Ryšiui naudojamas nedidelio skersmens (25-32 mm) vamzdis (metalinis arba polietileninis).

Pats separatorius – tai santykinai mažos talpos indas, pripildomas vandens. Dujos, praeinančios per vandens sluoksnį, išvalomos, išvedamos į gazgolderį ir toliau tiekiamos vartotojams.

Dviejų pakopų separatoriaus – hidraulinio užtūrio, skirto dujų mišiniui, patenkančiam iš bioreaktoriaus, tiekti, įrenginio pavyzdys. Toks filtravimo variantas leidžia gauti kokybiškai išvalytą produktą.

Apatinį atšaką ant reaktoriaus (išvestam apdorotam mėšlui – šlamui) pageidautina daryti kuo didesnio skersmens. Prie jo prijungiama uždarymo armatūra (sklendė) ir daromas atvadas į talpą šlamui surinkti. Apdorota masė ūkyje gali būti sėkmingai naudojama kaip trąšos.

Išsamią informaciją apie reikiamo talpos tūrio nustatymą, taip pat apie bioreaktoriaus darbo efektyvumo skaičiavimus ir biodujų naudojimo tikslingumą aptarėme kitame straipsnyje.

Kokia turėtų būti mėšlo masės sudėtis?

Į bioreaktorių kraunamos mėšlo masės nereikėtų vertinti vien kaip bet kokios kokybės tinkamos žaliavos. Substancijos sudėtis turi esminę reikšmę fermentacijos procesui. Praktiškai pastebėta, kad substrato dalelių mažėjimas lydimas geresnio proceso efektyvumo.

Ryškus substrato pluoštiškumas ir bakterijų sąveikos ploto padidėjimas – tai pagrindiniai kriterijai, skatinantys greitą mėšlo masės skaidymą. Tokioje būsenoje mėšlo žaliava kaitinant ir maišant nesudaro nuosėdų ar plėvelės paviršiuje, o tai žymiai supaprastina dujų mišinio filtravimą.

Mėšlo masės paruošimas pakrovimui į reaktorių. Šiai procedūrai skiriama ne mažiau dėmesio nei viskam kitam, jei norima per trumpą laiką gauti didelį biokuro kiekį.

Žaliavos smulkinimo laipsniu nustatoma fermentacijos trukmė, o tai savo ruožtu daro įtaką gaunamų dujų kiekiui. Taigi, norint sumažinti fermentacijos laiką, būtina gerai susmulkinti žaliavą: kuo geresnė smulkinimo kokybė, tuo trumpesnis fermentacijos laikotarpis.

Biodujų naudojimo ūkiniams poreikiams ypatumai

Šios rūšies energijos išteklių taikymo sritis yra gana plati. Naudojant biodujas kaip kurą, gaminama elektros energija, gaunamas karštas vanduo arba garai. Yra daugybė praktinių pavyzdžių, kai biokuru pildomos transporto priemonės.

Tačiau, kad ūkyje nekiltų problemų naudojant tokį kurą, be galo svarbu įrengti saugyklą gautoms biodujoms, skiriant tinkamą vietą dujų rezervuarui sklype.

Tokio tipo biodujų įrenginiai yra įranga, dėl kurios atsiveria galimybės sukurti atliekų neturinčią gamybą. Šiuo atžvilgiu sėkmingą pavyzdį demonstruoja atskiros Vakarų Europos šalys.

Pavyzdžiui, Danijoje šios rūšies kuro gamyba pasiekė beveik 20% visos šalies energijos išteklių masės. Dideliuose pasaulio regionuose – Indijoje ir Kinijoje – biodujų įrenginių skaičius siekia šimtus tūkstančių.

Galingi pramoniniai biokuro gavybos įrenginiai. Tokios konstrukcijos gali visiškai aprūpinti biokuru didelius žemės ūkio subjektus. Visame pasaulyje naudojama didžiulė tokių sistemų įvairovė. Ir kiekybinis augimas aktyviai tęsiasi.

Ne be priežasties pastebimas reikšmingas susidomėjimo augimas visame pasaulyje biodujų gamybos procesais.

Tai vienas iš tų energetikos variantų, kuris priskiriamas prie alternatyvių šaltinių ir už kurio matoma ateitis, todėl ūkininkai, būsto ir komunalinių paslaugų vadovai, privačių ūkių ir mažų įmonių savininkai atidžiai stebi technologijos plėtrą.

Išvados ir naudingas vaizdo įrašas šia tema

Biodujų gamybos agregato apžvalga, kurio gamyboje naudotas plastikinis bakas 127 l. Įrenginio ypatybės ir eksploatavimo patarimai.

Ypatingas susidomėjimas įrenginių naudojimu pasireiškia tarp restoranų ir gastronomijos srities savininkų, kur aktuali išlieka maisto atliekų perdirbimo tema. Tuo pagrindu yra gera galimybė sukurti pigų organinių atliekų šalinimą naudingą ūkiams. Galiausiai, biokuro gamybos technologija – tai realus aplinkos išsaugojimas, ko negalima pasakyti apie kitų energetikų gamybą.

Domitės biokuro gamyba ir norite patikslinti kai kuriuos klausimus? Užduokite prieštaringų klausimų komentaruose – mūsų ekspertai pasistengs išsiaiškinti tokius dalykus.

O gal jūs ne iš nuogirdų susipažinę su bioreaktoriaus gamyba ir biodujų gavimo procesu? Pasidalinkite praktinėmis žiniomis ir savo nuomone šiuo klausimu po mūsų straipsniu – daugeliui ūkininkų bus įdomi jūsų patirtis ir rekomendacijos.