如何從糞便中獲取沼氣：生產工廠的基本原理和設計概述

有機原料產氣機理

沼氣是一種無色無味的揮發性物質，含有高達 70% 的甲烷。就其質量指標而言，它接近於傳統類型的燃料——天然氣。它具有良好的熱值，1立方米的沼氣散發出的熱量與燃燒一公斤半的煤所獲得的熱量一樣多。

我們將沼氣的形成歸功於厭氧菌，厭氧菌正在積極分解有機原料，這些有機原料被用作農場動物的糞便、鳥糞和任何植物的廢物。

在自產沼氣中，可以使用大小牲畜的鳥糞和廢棄物。原料可以純形式使用，也可以混合形式使用，包括草、樹葉、舊紙

為了激活這個過程，有必要為細菌的生命活動創造有利條件。它們應該類似於微生物在天然水庫中發育的那些——在動物的胃裡，那裡是溫暖的，沒有氧氣。

實際上，這兩個主要條件有助於將腐爛的糞肥奇蹟般地轉化為環保燃料和有價值的肥料。

要獲得沼氣，您需要一個沒有空氣通道的密封反應器，其中將發生糞便發酵及其分解成組分的過程：

• 甲烷（高達 70%）；
• 二氧化碳（約 30%）；
• 其他氣態物質（1-2%）。

產生的氣體上升到罐的頂部，然後從那裡被抽出，殘留的產品沉澱下來 - 一種高質量的有機肥料，經過加工，保留了糞便中的所有有價值的物質- 氮和磷，並且已經失去了顯著部分的病原微生物。

沼氣反應器必須是完全密封的設計，裡面沒有氧氣，否則糞便分解的過程會非常緩慢

糞便有效分解和形成沼氣的第二個重要條件是符合溫度條件。參與該過程的細菌在 +30 度的溫度下被激活

此外，糞便中含有兩種細菌：

• 嗜溫。它們的生命活動發生在 +30 - +40 度的溫度下；
• 嗜熱的。為了它們的繁殖，有必要觀察 +50 (+60) 度的溫度範圍。

第一類植物中原材料的加工時間取決於混合物的組成，範圍為 12 至 30 天。同時，反應器的 1 升有用面積提供 2 升生物燃料。當使用第二種類型的植物時，最終產品的生產時間減少到三天，沼氣量增加到 4.5 升。

嗜熱植物的功效是肉眼可見的，但它們的維護成本非常高，因此在選擇一種或另一種獲取沼氣的方法之前，有必要仔細計算一切

儘管嗜熱裝置的效率要高十倍，但它們的使用頻率要低得多，因為在反應器中保持高溫會帶來高成本。

中溫植物的維護和維護成本更低，這就是大多數農場使用它們來生產沼氣的原因。

根據能源潛力標準，沼氣略遜於通常的氣體燃料。但是，它含有硫酸煙霧，在選擇建造裝置的材料時應考慮到硫酸煙霧的存在。

使用生物技術的好處

從各種自然資源中獲取生物燃料的技術並不新鮮。這方面的研究始於18世紀末，19世紀發展成功。在蘇聯，第一座生物能源工廠創建於上世紀四十年代。

生物技術早已在許多國家得到應用，但今天它們尤為重要。由於地球上不斷惡化的環境狀況和高昂的能源成本，許多人將目光轉向替代能源和熱源。

當然，糞肥是一種非常有價值的肥料，如果農場裡有兩隻奶牛，那麼它的使用就沒有問題。另一件事是，對於有大中型牲畜的農場，每年會形成大量的惡臭和腐爛的生物材料。

為了使糞便變成優質肥料，需要有一定溫度的區域，這些都是額外的成本。因此，許多農民將其存放在必要的地方，然後帶到田間。

如果不遵守儲存條件，高達 40% 的氮和大部分磷會從糞便中蒸發，這會顯著降低其質量指標。此外，甲烷氣體被釋放到大氣中，對地球的生態狀況產生負面影響。

現代生物技術不僅可以中和甲烷對環境的有害影響，還可以使其造福人類，同時獲得可觀的經濟效益。作為糞便處理的結果，形成沼氣，然後可以從中獲得數千千瓦的能量，生產廢物是一種非常有價值的厭氧肥料。

圖片庫來自組織沼氣生產系統的照片對於農場來說在經濟上是可行的。如果只有兩隻奶牛提供原料，還不如用作肥料，處理糞便得到的氣體會提供熱量和能量。清洗後可供應給爐灶和鍋爐，泵入汽缸，供發電機使用。結構上，最簡單的加工廠很容易親手搭建。它的主要器官是一個生物反應器，它需要很好的水和熱絕緣。對於那些希望減少系統建設時間的人來說，工廠製造的塑料容器是合適的。使用它時，適用類似的建造和隔離原則。農場是沼氣生產原料的主要供應商。獲取和使用氣態生物燃料。用自己的雙手建造加工廠。生物反應器裝置中的成品塑料容器。

2 處理有機廢物的生物反應器

生物反應器用於處理生物廢物以獲得有機肥料，同時獲得沼氣。進行了多次修改的 BUG 安裝已變得普遍。他們的表現不同。

標準沼氣廠包括以下處理糞便和其他有機廢物的設備：

• 均質容器；
• 液體和固體原料的裝載機；
• 保安系統;
• 具有可視化的儀表和自動化；
• 帶氣體容器的生物反應器；
• 混合器和分離器；
• 加油站;
• 加熱和水混合系統；
• 氣體系統。

2.1 生物反應器中發生的過程

生物反應器由三個分開的部分組成：

沼氣廠

• 開機；
• 在職的;
• 卸貨。

反應器的內表面部分不是光滑的，而是製成管狀容器的形式。這有助於處理過程的加速和更完整的流程。從接收段，經過工藝艙口處理成均質生物質並與水混合的底物進入生物反應器。

工作段中上部還設有密封艙口，艙口上設有監測生物質水平、沼氣取樣及其壓力的裝置。當反應器內的壓力增加時，壓縮機會自動開啟，從而防止罐爆裂。壓縮機將沼氣從反應器泵送到儲氣罐。加熱元件安裝在生物反應器中，用於維持生物質發酵所需的溫度。

在反應器的工作段，溫度總是高於其他兩個段。這確保了化學過程循環的完整性並提高了生產率。在反應器的這一部分，生物質不斷混合，防止形成阻止沼氣逸出的浮殼。

完全處理的底物進入生物反應器的卸載部分。在這裡進行氣體殘留物和液體肥料的最終分離。

處理糞肥、鳥糞和其他任何類型的有機廢物的裝置在農業中有著廣泛的需求和使用。沼氣廠用於城市公用事業，用於處理有機廢物和生產用於熱電的沼氣。

生物學方法的優缺點

沼氣廠的設計是一個負責任的階段，因此，在做出最終決定之前，最好權衡這種方法的利弊。

這種生產的優點包括：

1. 合理利用有機廢棄物。由於安裝，可以將原本只是污染環境的垃圾付諸行動。
2. 原料取之不盡。天然氣和煤炭遲早會用完，但對於那些有自己經濟的人來說，必要的浪費會不斷出現。
3. 少量二氧化碳。使用沼氣時會釋放到大氣中，但二氧化碳不會對環境造成不利影響。
4. 沼氣廠的不間斷和高效運行。與太陽能收集器或風車不同，沼氣生產不依賴於外部條件。
5. 通過使用多個裝置降低風險。大型生物反應器總是一個很大的威脅，但可以通過製作一個由多個發酵罐組成的系統來消除它們。
6. 獲得優質肥料。
7. 節能小。

另一個好處是可能對土壤狀況有益。一些植物專門用於生物質。在這種情況下，您可以選擇那些可以改善土壤質量的。一個例子是高粱，它減少了它的侵蝕。

每種類型的替代來源都有其缺點。沼氣廠也不例外。缺點是：

• 設備風險增加；
• 原材料加工所需的能源成本；
• 由於國內系統體積小，沼氣產量可忽略不計。

最困難的事情是建造一個專為最高效、最高溫的狀態而設計的沼氣廠。在這種情況下，成本肯定會很嚴重。這種沼氣廠的設計最好留給專業人士。

沼氣的收集和處理

從反應器中去除沼氣是通過管道進行的，管道的一端位於屋頂下方，另一端通常下降到水封中。這是一個裝有水的容器，產生的沼氣可以排放到該容器中。水封中有第二根管道 - 它位於液位上方。更純淨的沼氣進入其中。在其生物反應器的出口處安裝了一個截止氣閥。最好的選擇是球。

氣體傳輸系統可以使用哪些材料？ HDPE或PPR製成的鍍鋅金屬管和燃氣管。他們必須確保用肥皂水檢查密封性、接縫和接縫。整個管道由相同直徑的管道和配件組裝而成。沒有收縮或擴張。

雜質的提純

產生的沼氣的大致成分如下：

沼氣的大致成分

• 甲烷 - 高達 60%；
• 二氧化碳 - 35%；
• 其他氣態物質（包括硫化氫，使氣體產生難聞的氣味） - 5%。

為了使沼氣沒有氣味和燃燒良好，必須去除其中的二氧化碳、硫化氫和水蒸氣。如果將消石灰添加到裝置底部，則二氧化碳在水封中被去除。這樣的書籤必須定期更改（隨著氣體開始燃燒得更糟，是時候更改它了）。

氣體脫水可以通過兩種方式完成 - 通過在氣體管道中製作液壓密封件 - 通過將液壓密封件下方的彎曲部分插入管道中，冷凝水會在管道中積聚。這種方法的缺點是需要定期排空水封——大量收集的水會阻塞氣體的通道。

第二種方法是放一個帶矽膠的過濾器。原理與水封相同 - 氣體被送入矽膠，從蓋子下方乾燥。使用這種干燥沼氣的方法，矽膠必須定期乾燥。為此，它需要在微波爐中加熱一段時間。它升溫，水分蒸發。您可以入睡並再次使用。

用於從硫化氫中清除沼氣的過濾器

為了去除硫化氫，使用裝有金屬屑的過濾器。您可以將舊金屬毛巾裝入容器中。淨化以完全相同的方式進行：將氣體供應到裝滿金屬的容器的下部。通過時，硫化氫被清除，收集在過濾器的上部自由部分，從那里通過另一根管道/軟管排出。

儲氣罐和壓縮機

淨化後的沼氣進入儲罐——儲氣罐。它可以是密封的塑料袋，塑料容器。主要條件是氣密性，形狀和材料無關緊要。沼氣儲存在儲氣罐中。通過它，在壓縮機的幫助下，一定壓力（由壓縮機設定）下的氣體已經供應給消費者 - 供應給燃氣灶或鍋爐。這種氣體也可用於使用發電機發電。

儲氣罐的選擇之一

為了在壓縮機後的系統中產生穩定的壓力，最好安裝一個接收器 - 一種用於平衡壓力波動的小型裝置。

什麼是沼氣

沼氣是一種無色無味的揮發性物質，含有高達 70% 的甲烷。就其質量指標而言，它接近於傳統類型的燃料——天然氣。它具有良好的熱值，1立方米的沼氣散發出的熱量與燃燒一公斤半的煤所獲得的熱量一樣多。

我們將沼氣的形成歸功於厭氧菌，厭氧菌正在積極分解有機原料，這些有機原料被用作農場動物的糞便、鳥糞和任何植物的廢物。

在自產沼氣中，可以使用大小牲畜的鳥糞和廢棄物。原料可以純形式使用，也可以混合形式使用，包括草、樹葉、舊紙

為了激活這個過程，有必要為細菌的生命活動創造有利條件。它們應該類似於微生物在天然水庫中發育的那些——在動物的胃裡，那裡是溫暖的，沒有氧氣。實際上，這兩個主要條件有助於將腐爛的糞肥奇蹟般地轉化為環保燃料和有價值的肥料。

有關沼氣的一般信息

來自各種糞便和鳥糞的生活沼氣主要由甲烷組成。那裡有 50% 到 80%，這取決於誰的廢品被用於生產。在我們的爐灶和鍋爐中燃燒的甲烷，有時根據儀表讀數，我們會為此付出很多錢。

為了了解理論上可以通過在家中或國內飼養動物獲得的燃料量，我們提供了一張表格，其中包含沼氣產量和其中純甲烷含量的數據：

構成家庭沼氣的其餘物質（25-45%）是二氧化碳（高達 43%）和硫化氫（1%）。燃料成分中也有氮、氨和氧，但含量很少。順便說一句，正是由於硫化氫和氨的釋放，糞堆才會散發出如此熟悉的“令人愉悅”的氣味。至於能量含量，1 m3 的甲烷在燃燒過程中理論上可以釋放高達 25 MJ (6.95 kW) 的熱能。沼氣的燃燒比熱取決於甲烷在其成分中的比例。

從本質上講，它的排列方式是讓糞便中的沼氣自發形成，無論我們是否願意接收它。糞堆在一年內腐爛 - 一年半，只是在露天，甚至在負溫度下。一直以來，它都會排放沼氣，但數量很少，因為該過程會及時延長。原因是在動物糞便中發現了數百種微生物。也就是說，什麼都不需要開始放氣，它會自行發生。但是要優化流程並加快速度，就需要特殊設備，這將在後面討論。

從糞便中獲取沼氣的視頻

地下反應堆的建設進展如何，您可以在視頻中看到：

使用糞便生產沼氣的裝置將大大節省供暖和電費，並使用每個農場都可以大量使用的有機材料，這是有道理的。在開始施工之前，一切都必須仔細計算和準備。

使用可用的工具，您可以在幾天內用自己的雙手製作最簡單的反應器。如果農場很大，那麼最好購買現成的安裝或聯繫專家。

生物燃料工廠的選擇

進行計算後，有必要根據農場的需要決定如何進行安裝以獲得沼氣。如果牲畜很小，那麼最簡單的選擇是合適的，這很容易用自己的雙手即興創作。

對於擁有大量原材料的恆定來源的大型農場，建議建立工業自動化沼氣系統。在這種情況下，如果沒有專家參與開發項目並以專業水平安裝安裝，這是不可能的。

今天，有數十家公司可以提供多種選擇：從現成的解決方案到單個項目的開發。為了降低建設成本，您可以與附近的農場（如果附近有的話）合作，建造一個工廠來生產所有的沼氣。

需要注意的是，即使是小型裝置的施工，也需要製定相關文件，制定工藝方案，設備放置和通風計劃（如果設備安裝在室內），通過與 SES、火災和氣體檢查的協調程序。

您可以自己動手製作滿足小型私人家庭需求的小型天然氣生產工廠，重點關注工業規模生產的裝置的設計和安裝細節。

決定開始建造自己的裝置的獨立工匠需要儲備水箱、水或下水道塑料管、彎角、密封件和用於儲存裝置中獲得的氣體的氣瓶。

圖片庫照片來自 未來裝置的主要元素是一個塑料水箱，帶有一個緊密接地的蓋子。照片中的容量為 700 升，必須為工作做好準備：標記並繪製管道入口孔。PVC 管將需要進入水箱，作為漏斗的適配器，塑料角，軟管為了向水箱供水，膠水，用於連接它的配件更方便使用將插入其中的管道勾勒出孔的輪廓。切開孔時應格外小心。小心地將管道插入切開的孔中。它們不得被切割過程中產生的毛刺損壞。連接處填充膠水和密封劑。安裝用於裝載加工原料的管道，使容器底部與其下邊緣之間保持 2-5 厘米。適配器用作裝載原材料的漏斗，因為。正在建造的裝置旨在處理食物殘羹剩飯。裝載糞便需要更大的漏斗和管道，同樣，形成一個孔並安裝水平出口管。插入罐內的管道邊緣有一個角。在蓋子上開一個孔，在其中安裝軟管以供應處理所需的水。第一步：自製微型沼氣站第二步：便攜式連接部件將 PVC 管安裝到罐體開孔中 第 5 步：裝料管的安裝規則 第 6 步：將適配器作為漏斗安裝在管道上 第 7 步：安裝和固定機組出水管

典型沼氣廠建設

該單元由幾個技術單元組成。

反應堆

代表整體鋼筋混凝土容量，採用隔熱材料，具有多個技術開口。反應器必須密封以防止空氣進入其內部。

生物質供料系統

為了裝載原材料，該工廠配備了一個地堡。廢物在這里手動或借助輸送機送入。

此外，向反應器供應帶有熱水的管道。

攪拌器

混合葉片安裝在垂直軸上，其柄部通過反應器蓋上的密封孔伸出。

該裝置由電動機通過齒輪減速器驅動。

電機可以手動或自動開啟。

自動加熱系統

加熱裝置安裝在反應器底部。熱載體可以是水或電。加熱元件由設置為特定溫度的恆溫器打開。

分隔器

如上所述，沼氣是各種氣體的混合物。分離器允許您將甲烷與雜質分離，以便隨後供應給消費者。

一般原則

沼氣是從有機物分解中獲得的產物。在腐爛/發酵的過程中，會釋放出氣體，通過收集可以滿足自己家庭的需要。進行此過程的設備稱為“沼氣廠”。

在某些情況下，氣體輸出過多，然後將其儲存在儲氣罐中 - 以供在數量不足期間使用。如果氣體過程組織得當，可能會有太多的氣體，然後可以出售剩餘的氣體。另一個收入來源是發酵剩菜。這是一種高效安全的肥料——在發酵過程中，大多數微生物死亡，植物種子失去發芽能力，寄生蟲卵變得無法生存。向田間出口此類肥料對生產力產生積極影響。

產氣條件

沼氣形成過程的發生是由於廢物本身所含的各種細菌的重要活動。但為了讓他們積極“工作”，他們需要創造一定的條件：濕度和溫度。為了創造它們，正在建造一個沼氣廠。這是一個複雜的設備，其基礎是生物反應器，廢物在其中發生分解，伴隨著氣體的形成。

組織將糞便和植物廢物加工成沼氣的循環

將糞便加工成沼氣的方式有以下三種：

• 心理模式。沼氣廠的溫度為 +5°C 至 +20°C。在這種條件下，分解過程緩慢，產生大量氣體，質量低。
• 嗜溫。設備在 +30°C 至 +40°C 的溫度下進入此模式。在這種情況下，嗜溫細菌會積極繁殖。在這種情況下，形成更多的氣體，處理過程需要更少的時間 - 從 10 到 20 天。
• 嗜熱。這些細菌在 +50°C 以上的溫度下繁殖。過程最快（3-5天），產氣量最大（理想條件下，1公斤輸送最多可得到4.5升氣體）。大多數處理氣體產量的參考表都是專門針對這種模式給出的，因此在使用其他模式時，值得向下調整。

沼氣廠中最困難的事情是高溫狀態。這需要沼氣廠、加熱和溫度控制系統的高質量隔熱。但是在輸出端，我們得到了最大量的沼氣。嗜熱加工的另一個特點是無法重新加載。剩下的兩種模式 - 心理和嗜溫 - 允許您每天添加一份新鮮的準備好的原材料。但是，在嗜熱模式中，較短的處理時間使得可以將生物反應器劃分為多個區域，在這些區域中處理具有不同裝載時間的原材料份額。

這是什麼

沼氣的成分類似於商業生產的天然氣。沼氣生產階段：

1. 生物反應器是一個容器，其中生物物質在真空中由厭氧細菌處理。
2. 一段時間後，會釋放出一種氣體，由甲烷、二氧化碳、硫化氫和其他氣態物質組成。
3. 該氣體被純化並從反應器中除去。
4. 處理過的生物質是一種極好的肥料，可以從反應器中去除以豐富田地。

如果您住在村莊並且可以使用動物糞便，則可以在家中自己動手生產沼氣。它是畜牧場和農業企業的良好燃料選擇。

沼氣的優勢在於它可以減少甲烷排放並提供替代能源。作為生物質加工的結果，為菜園和田地形成肥料，這是一個額外的優勢。

要製造自己的沼氣，您需要建造一個生物反應器來處理糞便、鳥糞和其他有機廢物。作為原材料使用：

• 廢水;
• 稻草;
• 草;
• 河淤泥。

利用秸稈生產沼氣

防止化學雜質進入反應器很重要，因為它們會干擾後處理過程。