Pembangkit biogas buatan sendiri: mitos internet dan realitas pedesaan. Pabrik biogas: mendaur ulang sampah organik dengan manfaat
Meningkatnya harga energi memaksa kita untuk mencari pilihan pemanasan alternatif. Hasil yang baik dapat dicapai dengan produksi biogas sendiri dari bahan baku organik yang tersedia. Pada artikel ini kita akan membahas tentang siklus produksi, desain bioreaktor dan peralatan terkait.
Tunduk pada aturan pengoperasian dasar, reaktor gas benar-benar aman dan mampu menyediakan bahan bakar dan listrik bahkan untuk rumah kecil atau seluruh kompleks pertanian. Hasil dari bioreaktor tidak hanya berupa gas, tetapi juga salah satu jenis pupuk yang paling berharga, komponen utama humus alam.
Cara mendapatkan biogas
Untuk menghasilkan biogas, bahan mentah organik ditempatkan pada kondisi yang mendukung perkembangan beberapa jenis bakteri yang menghasilkan metana selama proses kehidupannya. Biomassa melewati tiga siklus transformasi, dan pada setiap tahap, strain organisme anaerobik yang berbeda mengambil bagian. Oksigen tidak diperlukan untuk aktivitas hidupnya, namun diperlukan sangat penting komposisi bahan baku dan konsistensinya, serta suhu dan tekanan internal. Kondisi dengan suhu 40-60 °C dan tekanan hingga 0,05 atm dianggap optimal. Bahan mentah yang dimuat mulai menghasilkan gas setelah aktivasi berkepanjangan, yang memakan waktu beberapa minggu hingga enam bulan.
Awal keluarnya gas dalam volume yang dihitung menunjukkan bahwa koloni bakteri sudah cukup banyak, oleh karena itu setelah 1-2 minggu bahan baku segar dimasukkan ke dalam reaktor, yang segera diaktifkan dan memasuki siklus produksi.
Untuk menjaga kondisi optimal, bahan mentah diaduk secara berkala, dan sebagian panas dari pemanasan gas digunakan untuk menjaga suhu. Gas yang dihasilkan mengandung 30 hingga 80% metana, 15-50% karbon dioksida, sedikit campuran nitrogen, hidrogen, dan hidrogen sulfida. Untuk keperluan rumah tangga, gas diperkaya dengan menghilangkan karbon dioksida darinya, setelah itu bahan bakarnya dapat digunakan dalam berbagai peralatan energi: dari mesin pembangkit listrik hingga boiler pemanas.
Bahan baku apa yang cocok untuk produksi
Bertentangan dengan anggapan umum, pupuk kandang bukanlah bahan mentah terbaik untuk produksi biogas. Rendemen bahan bakar dari satu ton pupuk kandang murni hanya 50-70 m 3 dengan konsentrasi 28-30%. Namun, kotoran hewanlah yang mengandung sebagian besar bakteri yang diperlukan untuk memulai dengan cepat dan mempertahankan pengoperasian reaktor yang efisien.
Oleh karena itu, kotoran ternak dicampur dengan limbah produksi tanaman dan industri makanan dengan perbandingan 1:3. Berikut ini digunakan sebagai bahan baku tanaman:
Bahan mentah tidak bisa begitu saja dituangkan ke dalam reaktor, diperlukan persiapan tertentu. Substrat awal dihancurkan hingga fraksi 0,4-0,7 mm dan diencerkan dengan air dalam jumlah sekitar 25-30% massa kering. Dalam volume yang lebih besar, campuran memerlukan pencampuran yang lebih menyeluruh dalam alat homogenisasi, setelah itu siap untuk dimasukkan ke dalam reaktor.
Pembangunan bioreaktor
Persyaratan kondisi penempatan reaktor sama dengan tangki septik pasif. Bagian utama dari bioreaktor adalah pencernaan - wadah tempat seluruh proses fermentasi berlangsung. Untuk mengurangi biaya pemanasan massa, reaktor digali ke dalam tanah. Dengan demikian, suhu medium tidak turun di bawah 12-16 °C, dan aliran panas yang dihasilkan selama reaksi tetap minimal.
Diagram pembangkit listrik tenaga biogas: 1 - bunker pemuatan bahan mentah; 2 - biogas; 3 - biomassa; 4 — tangki kompensator; 5 — palka untuk pembuangan limbah; 6 — katup pelepas tekanan; 7 - tabung gas; 8 — segel air; 9 - kepada konsumen
Untuk reaktor dengan volume sampai dengan 3 m 3 diperbolehkan menggunakan wadah nilon. Karena ketebalan dan bahan dindingnya tidak mengganggu aliran panas, wadahnya dilapisi dengan lapisan busa polistiren atau wol mineral tahan lembab. Bagian bawah lubang dibeton dengan screed berukuran 7-10 cm dengan tulangan untuk mencegah reaktor terjepit dari dalam tanah.
Bahan yang paling cocok untuk pembangunan reaktor besar adalah beton tanah liat bertulang yang diperluas. Ini memiliki kekuatan yang cukup, konduktivitas termal yang rendah dan masa pakai yang lama. Sebelum menuangkan dinding ruangan, Anda perlu memasang pipa miring untuk memasok campuran ke reaktor. Diameternya 200-350 mm, ujung bawah harus 20-30 cm dari bawah.
Di bagian atas reaktor terdapat penampung gas - struktur kubah atau kerucut yang mengkonsentrasikan gas di bagian atas. Penampung gas dapat dibuat dari lembaran logam, tetapi pada instalasi kecil kubahnya terbuat dari batu bata, kemudian dilapisi dengan jaring baja dan diplester. Saat membangun tangki bensin, perlu untuk menyediakan saluran tertutup dari dua tabung di bagian atasnya: untuk pemasukan gas dan pemasangan katup pelepas tekanan. Pipa lain dengan diameter 50-70 mm dipasang untuk memompa keluar massa limbah.
Wadah reaktor harus tertutup rapat dan tahan terhadap tekanan 0,1 atm. Untuk melakukan ini, permukaan bagian dalam reaktor ditutup dengan lapisan kedap air aspal yang berkesinambungan, dan palka tertutup dipasang di bagian atas penampung gas.
Penghapusan dan pengayaan gas
Dari bawah kubah tangki bensin, gas dialirkan melalui pipa ke dalam wadah yang memiliki segel air. Ketebalan lapisan air di atas saluran keluar tabung menentukan tekanan operasi dalam reaktor dan biasanya 250-400 mm.
Setelah segel air, gas dapat digunakan untuk peralatan pemanas dan memasak. Namun, mesin pembakaran internal memerlukan kandungan metana yang lebih tinggi untuk beroperasi, sehingga gasnya diperkaya.
Tahap pengayaan pertama adalah pengurangan konsentrasi karbon dioksida dalam gas. Untuk melakukan ini, Anda dapat menggunakan peralatan khusus yang bekerja berdasarkan prinsip penyerapan kimia atau pada membran semi permeabel. Di rumah, pengayaan juga dimungkinkan dengan melewatkan gas melalui lapisan air yang melarutkan hingga setengah dari CO2. Gas diatomisasi menjadi gelembung kecil melalui aerator berbentuk tabung, dan air jenuh karbon dioksida harus dihilangkan secara berkala dan diatomisasi dalam kondisi atmosfer normal. Di kompleks penanaman tanaman, air tersebut berhasil digunakan dalam sistem hidroponik.
Pada pengayaan tahap kedua, kadar air gas berkurang. Fitur ini terdapat di sebagian besar perangkat pengayaan buatan pabrik. Dehumidifier buatan sendiri terlihat seperti tabung berbentuk Z yang diisi dengan gel silika.
Penggunaan biogas: spesifikasi dan peralatan
Sebagian besar model peralatan pemanas modern dirancang untuk bekerja dengan biogas. Boiler yang sudah ketinggalan zaman dapat dengan mudah diubah dengan mengganti burner dan alat penyiapan campuran gas-udara.
Untuk memperoleh gas pada tekanan operasi, digunakan kompresor piston konvensional dengan penerima, yang diatur untuk beroperasi pada tekanan 1,2 dari tekanan desain. Normalisasi tekanan dilakukan oleh peredam gas, ini membantu menghindari penurunan dan menjaga nyala api tetap merata.
Produktivitas bioreaktor harus setidaknya 50% lebih tinggi dari konsumsi. Tidak ada kelebihan gas yang dihasilkan dalam produksi: ketika tekanan melebihi 0,05-0,065 atm, reaksi hampir melambat sepenuhnya, dan pulih hanya setelah sebagian gas dipompa keluar.
10.1. Informasi umum tentang produksi biogas
Dalam dekade terakhir, banyak perhatian telah diberikan pada perkembangan penggunaan sumber energi non-tradisional dan terbarukan di negara kita karena kekurangan bahan bakar dan sumber energi di negara kita. Salah satu sumber energi non-tradisional dan terbarukan dapat berupa energi yang diperoleh dari biomassa. Biogas yang diperoleh dari pertanian republik dan produksi energi darinya akan menghemat gas alam dan gas cair.
Semua sumber biomassa dapat dibagi menjadi tiga kelompok utama:
ke kelompok pertama Ini termasuk tanaman darat yang khusus ditanam untuk keperluan energi. Pertanian energi silvikultur mempunyai kepentingan terbesar dalam menumbuhkan berbagai spesies pohon: spesies pohon willow yang tumbuh cepat (dikembangkan oleh ilmuwan Belarusia), kayu hitam, kayu putih, palem, poplar hibrida, dll. Salah satu tanaman energi yang menjanjikan adalah artichoke Yerusalem, sorgum manis, dan tebu.
Ke kelompok kedua sumber biomassa mencakup berbagai residu dan limbah organik:
a) limbah biologis hewan (kotoran sapi, kotoran unggas dan sebagainya.);
b) sisa panen tanaman pertanian dan hasil samping pengolahannya, seperti jerami gandum hitam dan jerami gandum, tongkol jagung, batang kapas, kulit kacang tanah, limbah kentang, sekam dan jerami padi, sekam biji, sekam rami, dan lain-lain;
c) sisa penebangan, penggergajian dan pengolahan kayu: kulit kayu, serbuk gergaji, serpihan kayu, serutan;
d) air limbah industri (khususnya tekstil, susu, dan perusahaan pengolahan makanan lainnya);
e) sampah kota (air padat dan air limbah).
Kelompok ketiga– ini adalah tumbuhan air, termasuk rumput laut, termasuk rumput laut raksasa (ganggang coklat) dan eceng gondok. Laut dipandang sebagai pemasok utama hasil laut yang besar ganggang coklat dan alga yang hidup di dasar (tumbuhan bentik), serta alga yang mengapung di air yang tergenang. Selain itu, kemungkinan penggunaan biomassa dari muara rawa asin dan air tawar juga dianalisis.
Potensi energi tanaman air cukup tinggi. Misalnya rumput laut segar 29,2 t.e./ha/tahun; eceng gondok -53,6 t.o.e/ha/tahun, dan tebu 40,0 t.o.e/ha/tahun /21/, /26/.
Tergantung pada kelembaban dan tingkat biodegradabilitas, biomassa diproses dengan metode termokimia (pembakaran langsung, gasifikasi, pirolisis, pencairan) atau metode biologis (pemrosesan anaerobik, fermentasi etanol). Dengan bantuan mereka, berbagai produk energi akhir dapat diperoleh dari biomassa, termasuk panas, uap, gas berkalori rendah dan tinggi, serta berbagai macam lainnya. bahan bakar cair. Salah satu metode pengolahan biomassa yang paling banyak digunakan adalah pembakaran langsung untuk menghasilkan panas atau listrik. Proses yang paling menjanjikan untuk mengubah biomassa adalah gasifikasi termokimia, fermentasi dan pengolahan anaerobik, yang menghasilkan gas sintesis (metana). Pengembangan bioenergi berdasarkan sumber energi terbarukan seperti kayu mungkin menjanjikan bagi Belarus. Hal ini termasuk budidaya varietas kayu cepat tumbuh. Di Belarus, penelitian sedang dilakukan untuk mengembangkan perkebunan energi pohon willow Kanada dan Sakhalin knotweed Weirich. Pohon-pohon ini mampu memperbaharui diri dalam waktu 25 tahun, dan penebangan serta pengumpulan bahan bakar dilakukan setelah 3 tahun, dan satu hektar perkebunan dapat menghasilkan rata-rata 20 m3 kayu. Kemungkinan pertumbuhan dan kelayakan budidaya bambu Sakhalin dan Sylvia latifolia dalam kondisi iklim kita juga sedang dipelajari. Teknologi pembakaran wood pellet sedang dikembangkan dan digunakan secara luas.
10.2. Menghasilkan biogas dari pencernaan anaerobik
Salah satu cara untuk menghasilkan biogas adalah dengan metode anaerobik(tanpa oksigen), fermentasi atau fermentasi(panas berlebihan) bahan organik massa biologis dari berbagai asal pada suhu 30±370 °C, serta dengan pengadukan konstan bahan mentah yang dimuat, pemuatan bahan mentah secara berkala ke dalam wadah fermentasi dan pembongkaran bahan fermentasi /17, hal.357- 364/. Wadah tempat berlangsungnya proses fermentasi disebut reaktor atau reaktor. Jika semua kondisi di atas terpenuhi, di bawah pengaruh bakteri yang ada dalam biomassa, zat organik akan terurai dan membentuk campuran gas, yang disebut biogas.Untuk menghasilkan biogas, dapat digunakan limbah dari pengolahan tanaman pertanian - silase, jerami, sisa makanan dan limbah pertanian lainnya, pupuk kandang, kotoran burung, limbah dan bahan baku sejenis yang mengandung bahan organik. Lingkungan bahan baku harus netral, tanpa zat yang mengganggu kerja bakteri, seperti sabun, deterjen, antibiotik / 20/.
Biogas mengandung 50 80% metana (CH 4), 50 20% karbon dioksida (CO 2), 0 3% hidrogen sulfida (H 2 S), serta pengotor: hidrogen, amonia, dan nitrogen oksida. Biogas tidak mempunyai bau yang tidak sedap. Panas pembakaran 1 m 3 biogas mencapai 21 29 MJ atau setara dengan pembakaran 0,6 liter bensin, 0,85 liter alkohol, 1,7 kg kayu bakar atau menggunakan listrik 1,4 1,6 kWh. Efisiensi fermentasi tergantung pada kepatuhan kondisi anaerobik, suhu dan lama fermentasi. Fermentasi pupuk kandang dapat dilakukan pada suhu 30−35 °C ( mesofDandirektur liniDanMdifermentasiDanSAYA) dan 50±60°С ke atas ( termofDandirektur liniDanM).
Lamanya fermentasi pupuk kandang tergantung pada jenis biomassa. Untuk kotoran sapi dan kotoran ayam durasinya 20 hari, untuk kotoran babi - 10 hari. Aktivitas reaksi mikroba sangat ditentukan oleh perbandingan karbon dan nitrogen. Kondisi yang paling menguntungkan dengan rasio tersebut tidak== 10:16.
Dari 1 m 3 reaktor, keluaran biogas mencapai 2 3 m 3 biogas, dari kotoran burung - 6 m 3 /21/. Jumlah biogas berikut dapat diperoleh per hari dari satu hewan: besar ternak(beratnya 500 600 kg) -< 1,5 м 3 ; свиньи (массой 80÷100 кг) - 0,2 м 3 ; куры или кролики - 0,015 м 3 .
Data hasil spesifik biogas dari berbagai limbah pertanian disajikan pada Tabel 15.1 /17, hal.357/.
Energi yang diperoleh dari pembakaran biogas dapat digunakan untuk berbagai kebutuhan pertanian. Dengan menggunakan generator listrik yang digerakkan oleh mesin pembakaran internal gas, listrik dapat dihasilkan. Kerugiannya adalah sebagian energi yang dihasilkan harus digunakan untuk mengoperasikan pembangkit biogas itu sendiri (di beberapa instalasi, hingga 50% energi yang dihasilkan).
Biogas dapat dibakar sebagai bahan bakar pada pembakar instalasi pemanas, ketel air panas, kompor gas dan digunakan pada unit pendingin tipe absorpsi, pada mesin otomotif, dan pada unit radiasi infra merah. Mesin karburator dapat dengan mudah diubah menjadi gas, termasuk biogas. Untuk melakukan ini, karburator diganti dengan mixer. Mengubah mesin diesel menjadi mesin berbahan bakar gas tidaklah sulit. Saat beralih dari bahan bakar diesel ke gas alam, tenaga mesin berkurang sebesar 20%, dari bahan bakar alami ke biogas - sebesar 10%. Konsumsi biogas rata-rata 0,65 m 3 /kWh.Tekanan gas di depan mesin minimal harus 0,4 kPa /17, hal.358/.
Pada peternakan untuk pemanas air, kebutuhan biogas per hewan per tahun adalah: sapi perah - 21-30 m 3, babi - 1,4-4,9 m 3. Nilai yang lebih besar dari angka-angka ini mengacu pada pertanian kecil, yang lebih kecil - hingga menengah.
Tabel 15.1.
Hasil biogas dari sampah organik
Kebutuhan biogas untuk pemanas tempat pemerahan susu sama dengan: dengan jumlah sapi 40 – 164/327 m 3 /tahun; dengan jumlah sapi 60 - 212/410 m 3 /tahun; dengan jumlah sapi 80 – 262/530 m 3 /tahun. Pembilangnya berisi data pada suhu udara luar hingga -10°C, dan penyebutnya berisi data pada suhu udara luar t di bawah -10°C.
Untuk memanaskan kandang unggas pada suhu luar - 10 ° C dan suhu internal 18 ° C, diperlukan sekitar 1,2 m 3 / jam per 1000 unggas.
Residunya (metana tumbuk) dapat digunakan sebagai pupuk.
B Dan instalasi gas Dan (BSU), tergantung pada karakteristik skema teknologinya, ada tiga jenis: kontinu, periodik dan akumulatif /17, hal.360/.
Dengan skema (aliran) kontinu (Gbr. 15.1), substrat segar dimasukkan ke dalam ruang fermentasi secara terus menerus atau pada interval tertentu (dari 2 hingga 10 kali sehari), menghilangkan jumlah massa fermentasi yang sama. Sistem ini memungkinkan Anda memperoleh biogas dalam jumlah maksimal, namun membutuhkan biaya material yang lebih besar.
Dengan skema periodik (siklik) (Gbr. 15.2), terdapat dua ruang fermentasi yang dimuat secara bergantian. Dalam hal ini, volume ruang yang berguna digunakan kurang efisien dibandingkan dengan volume kontinu. Selain itu, diperlukan persediaan pupuk kandang atau substrat lain dalam jumlah besar untuk mengisinya.
Dengan skema akumulatif, tempat penyimpanan kotoran sekaligus berfungsi sebagai ruang fermentasi dan penyimpanan kotoran hasil fermentasi hingga dibongkar (Gbr. 15.3).
Biogas adalah gas yang diperoleh sebagai hasil fermentasi (fermentasi) zat-zat organik (misalnya: jerami; gulma; kotoran hewan dan manusia; sampah; sampah organik, rumah tangga dan perairan industri, dll.) dalam kondisi anaerobik. Produksi biogas melibatkan berbagai jenis mikroorganisme dengan jumlah fungsi katabolik yang bervariasi.
Komposisi biogas.
Lebih dari separuh biogas terdiri dari metana (CH 4). Metana membentuk sekitar 60% biogas. Selain itu biogas mengandung karbon dioksida (CO 2) sekitar 35%, serta gas-gas lain seperti uap air, hidrogen sulfida, karbon monoksida, nitrogen dan lain-lain. Biogas diproduksi di kondisi yang berbeda, berbeda dalam komposisinya. Jadi, biogas dari kotoran manusia, kotoran ternak, dan sisa pemotongan hewan mengandung hingga 70% metana, dan dari sisa tanaman, biasanya sekitar 55% metana.
Mikrobiologi biogas.
Fermentasi biogas, tergantung pada spesies mikroba dan bakteri yang terlibat, dapat dibagi menjadi tiga tahap:
Yang pertama disebut awal fermentasi bakteri. Berbagai bakteri organik, ketika berkembang biak, mengeluarkan enzim ekstraseluler, yang peran utamanya adalah menghancurkan senyawa organik kompleks dengan pembentukan hidrolitik zat sederhana. Misalnya polisakarida menjadi monosakarida; protein menjadi peptida atau asam amino; lemak menjadi gliserol dan asam lemak.
Tahap kedua disebut hidrogen. Hidrogen diproduksi sebagai hasil aktivitas bakteri asam asetat. Peran utama mereka adalah penguraian bakteri asam asetat untuk menghasilkan karbon dioksida dan hidrogen.
Tahap ketiga disebut metanogenik. Ini melibatkan sejenis bakteri yang dikenal sebagai metanogen. Peran mereka adalah menggunakan asam asetat, hidrogen dan karbon dioksida untuk menghasilkan metana.
Klasifikasi dan karakteristik bahan baku fermentasi biogas.
Hampir semua bahan organik alami dapat digunakan sebagai bahan baku fermentasi biogas. Bahan baku utama produksi biogas adalah air limbah: limbah; makanan, farmasi dan industri kimia. Di daerah pedesaan, ini adalah limbah yang dihasilkan saat panen. Karena perbedaan asal maka proses pembentukannya juga berbeda, komposisi kimia dan struktur biogas.
Sumber bahan baku biogas tergantung asalnya:
1. Bahan baku pertanian.
Bahan baku tersebut dibedakan menjadi bahan baku dengan kandungan nitrogen tinggi dan bahan baku dengan kandungan karbon tinggi.
Bahan baku dengan kandungan nitrogen tinggi:
kotoran manusia, kotoran ternak, kotoran burung. Rasio karbon-nitrogen adalah 25:1 atau kurang. Begitu mentah hingga benar-benar matang saluran pencernaan orang atau hewan. Biasanya, ia mengandung sejumlah besar senyawa dengan berat molekul rendah. Air dalam bahan mentah tersebut sebagian diubah dan menjadi bagian dari senyawa dengan berat molekul rendah. Bahan baku ini ditandai dengan dekomposisi anaerobik yang mudah dan cepat menjadi biogas. Dan juga keluaran metana yang kaya.
Bahan baku dengan kandungan karbon tinggi:
jerami dan sekam. Rasio karbon-nitrogen adalah 40:1. Ia memiliki kandungan senyawa molekul tinggi yang tinggi: selulosa, hemiselulosa, pektin, lignin, lilin nabati. Dekomposisi anaerobik terjadi cukup lambat. Untuk meningkatkan laju produksi gas, bahan-bahan tersebut biasanya memerlukan perlakuan awal sebelum fermentasi.
2. Sampah air organik perkotaan.
Termasuk kotoran manusia, limbah, sampah organik, air limbah industri organik, lumpur.
3. Tumbuhan air.
Termasuk eceng gondok, tumbuhan air lainnya, dan alga. Perkiraan beban yang direncanakan kapasitas produksi dikarakterisasi kecanduan besar dari energi matahari. Mereka mempunyai profitabilitas yang tinggi. Organisasi teknologi memerlukan pendekatan yang lebih hati-hati. Dekomposisi anaerobik terjadi dengan mudah. Siklus metana berlangsung singkat. Keunikan bahan mentah tersebut adalah tanpa perlakuan awal, bahan tersebut mengapung di dalam reaktor. Untuk menghilangkannya, bahan mentah harus dikeringkan sedikit atau dibuat kompos terlebih dahulu selama 2 hari.
Sumber bahan baku biogas tergantung kelembaban:
1. Bahan baku padat:
jerami, sampah organik dengan kandungan bahan kering yang relatif tinggi. Mereka diproses menggunakan metode fermentasi kering. Kesulitan timbul dalam mengeluarkan sejumlah besar simpanan padat dari rektor. Jumlah total bahan baku yang digunakan dapat dinyatakan sebagai penjumlahan dari kandungan padatan (TS) dan zat mudah menguap (VS). Volatil dapat diubah menjadi metana. Untuk menghitung zat yang mudah menguap, sampel bahan baku dimasukkan ke dalam tungku peredam pada suhu 530-570°C.
2. Bahan baku cair:
kotoran segar, pupuk kandang, kotoran. Mengandung sekitar 20% bahan kering. Selain itu, memerlukan penambahan air sebanyak 10% untuk pencampuran dengan bahan baku padat selama fermentasi kering.
3. Sampah organik dengan kelembaban sedang:
sisa produksi alkohol, air limbah dari pabrik pulp, dll. Bahan mentah tersebut mengandung protein, lemak, dan karbohidrat dalam jumlah yang bervariasi, dan merupakan bahan mentah yang baik untuk produksi biogas. Untuk bahan baku ini digunakan alat jenis UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - proses anaerobik ke atas).
| Nama limbah fermentasi | kecepatan rata-rata aliran biogas selama produksi gas normal (m 3 /m 3 /hari) | Keluaran biogas, m 3 /Kg/TS | Produksi biogas (% dari total produksi biogas) | |||
| 0-15 hari | 25-45 d | 45-75 d | 75-135h | |||
| kotoran kering | 0,20 | 0,12 | 11 | 33,8 | 20,9 | 34,3 |
| Air industri kimia | 0,40 | 0,16 | 83 | 17 | 0 | 0 |
| Rogulnik (cabai, kastanye air) | 0,38 | 0,20 | 23 | 45 | 32 | 0 |
| salad air | 0,40 | 0,20 | 23 | 62 | 15 | 0 |
| kotoran babi | 0,30 | 0,22 | 20 | 31,8 | 26 | 22,2 |
| Rumput kering | 0,20 | 0,21 | 13 | 11 | 43 | 33 |
| Sedotan | 0,35 | 0,23 | 9 | 50 | 16 | 25 |
| Kotoran manusia | 0,53 | 0,31 | 45 | 22 | 27,3 | 5,7 |
Perhitungan proses fermentasi metana.
Prinsip-prinsip umum Perhitungan teknik fermentasi didasarkan pada peningkatan pemuatan bahan baku organik dan pengurangan durasi siklus metana.
Perhitungan bahan baku per siklus.
Pemuatan bahan baku ditandai dengan: Fraksi massa TS (%), fraksi massa VS (%), konsentrasi COD (COD - kebutuhan oksigen kimia, artinya COD - indikator kimia oksigen) (Kg/m 3). Konsentrasinya tergantung pada jenis alat fermentasi. Misalnya reaktor air limbah industri modern adalah UASB (proses anaerobik hulu). Untuk bahan baku padat, AF (filter anaerobik) digunakan - biasanya konsentrasinya kurang dari 1%. Limbah industri sebagai bahan baku biogas seringkali memiliki konsentrasi yang tinggi dan perlu diencerkan.
Perhitungan kecepatan unduh.
Untuk menentukan besarnya pembebanan reaktor harian: konsentrasi COD (Kg/m 3 ·d), TS (Kg/m 3 ·d), VS (Kg/m 3 ·d). Indikator-indikator ini merupakan indikator penting untuk menilai efisiensi biogas. Perlu diupayakan untuk membatasi beban dan pada saat yang sama memiliki tingkat volume produksi gas yang tinggi.
Perhitungan rasio volume reaktor terhadap keluaran gas.
Indikator ini merupakan indikator penting untuk menilai efisiensi reaktor. Diukur dalam Kg/m 3 ·d.
Hasil biogas per satuan massa fermentasi.
Indikator ini menggambarkan kondisi produksi biogas saat ini. Misalnya volume pengumpul gas adalah 3 m 3. 10 Kg/TS disuplai setiap hari. Hasil biogas adalah 3/10 = 0,3 (m 3 /Kg/TS). Tergantung pada situasinya, Anda dapat menggunakan keluaran gas teoritis atau keluaran gas aktual.
Hasil teoritis biogas ditentukan dengan rumus:
Produksi metana (E):
E = 0,37A + 0,49B + 1,04C.
Produksi karbon dioksida (D):
D = 0,37A + 0,49B + 0,36C. Dimana A adalah kandungan karbohidrat per gram bahan fermentasi, B adalah protein, C adalah kandungan lemak
Volume hidrolik.
Untuk meningkatkan efisiensi, perlu dilakukan pengurangan masa fermentasi. Sampai batas tertentu, ada hubungannya dengan hilangnya mikroorganisme yang melakukan fermentasi. Saat ini, beberapa reaktor efisien mempunyai waktu fermentasi 12 hari atau bahkan kurang. Volume hidrolik dihitung dengan menghitung volume pemuatan bahan baku harian sejak hari pemuatan bahan baku dimulai dan bergantung pada waktu tinggal di dalam reaktor. Misalnya, fermentasi direncanakan pada suhu 35°C, konsentrasi umpan 8% (jumlah total TS), volume umpan harian 50 m 3, lama fermentasi dalam reaktor 20 hari. Volume hidroliknya adalah: 50·20 = 100 m3.
Penghapusan kontaminan organik.
Produksi biogas, seperti produksi biokimia lainnya, mempunyai limbah. Limbah produksi biokimia dapat menyebabkan kerusakan lingkungan jika pembuangan limbah tidak terkendali. Misalnya saja terjatuh ke sungai sebelah. Pembangkit biogas modern yang besar menghasilkan ribuan bahkan puluhan ribu kilogram sampah per hari. Komposisi kualitatif dan metode pembuangan limbah dari pembangkit biogas besar dikendalikan oleh laboratorium perusahaan dan dinas lingkungan negara. Pembangkit biogas skala kecil tidak mempunyai pengendalian seperti ini karena dua alasan: 1) karena limbah yang dihasilkan sedikit, maka dampak buruknya terhadap lingkungan juga kecil. 2) Melakukan analisis limbah berkualitas tinggi memerlukan peralatan laboratorium khusus dan personel yang sangat terspesialisasi. Namun, petani kecil tidak memilikinya agensi pemerintahan mereka menganggap pengendalian tersebut tidak tepat.
Salah satu indikator tingkat pencemaran limbah reaktor biogas adalah COD (indikator kimia oksigen).
Hubungan matematis berikut digunakan: COD laju pembebanan organik Kg/m 3 ·d= konsentrasi pembebanan COD (Kg/m 3) / umur simpan hidrolik (d).
Laju aliran gas dalam volume reaktor (kg/(m 3 ·d)) = hasil biogas (m 3 /kg) / COD laju pembebanan organik kg/(m 3 ·d).
Keuntungan pembangkit energi biogas:
limbah padat dan cair mempunyai bau khas yang dapat mengusir lalat dan hewan pengerat;
kemampuan menghasilkan sesuatu yang bermanfaat produk akhir- metana, yang merupakan bahan bakar yang bersih dan nyaman;
selama proses fermentasi, benih gulma dan beberapa patogen mati;
selama proses fermentasi, nitrogen, fosfor, kalium dan bahan pupuk lainnya hampir seluruhnya terawetkan, sebagian nitrogen organik diubah menjadi nitrogen amonia, dan ini meningkatkan nilainya;
sisa fermentasi dapat digunakan sebagai pakan ternak;
fermentasi biogas tidak memerlukan penggunaan oksigen dari udara;
lumpur anaerobik dapat disimpan selama beberapa bulan tanpa penambahan nutrisi, dan kemudian ketika bahan mentah utama dimuat, fermentasi dapat segera dimulai kembali.
Kerugian dari pembangkit energi biogas:
perangkat yang kompleks dan membutuhkan investasi yang relatif besar dalam konstruksi;
memerlukan konstruksi, pengelolaan, dan pemeliharaan tingkat tinggi;
Perbanyakan fermentasi anaerobik awal terjadi secara perlahan.
Fitur proses fermentasi metana dan pengendalian proses:
1. Suhu produksi biogas.
Suhu untuk produksi biogas dapat berada pada kisaran suhu yang relatif luas yaitu 4~65°C. Dengan meningkatnya suhu, laju produksi biogas meningkat, namun tidak secara linear. Suhu 40~55°C merupakan zona transisi aktivitas kehidupan berbagai mikroorganisme: bakteri termofilik dan mesofilik. Tingkat fermentasi anaerobik tertinggi terjadi pada kisaran suhu sempit 50~55°C. Pada suhu fermentasi 10°C laju aliran gas sebesar 59% dalam waktu 90 hari, namun laju aliran yang sama pada suhu fermentasi 30°C terjadi dalam waktu 27 hari.
Perubahan suhu yang tiba-tiba akan berdampak signifikan terhadap produksi biogas. Desain instalasi biogas harus mampu mengendalikan parameter seperti suhu. Perubahan suhu lebih dari 5°C secara signifikan mengurangi produktivitas reaktor biogas. Misalnya jika suhu di dalam reaktor biogas adalah lama 35°C, lalu tiba-tiba turun menjadi 20°C, maka produksi reaktor biogas hampir terhenti total.
2. Bahan okulasi.
Fermentasi metana biasanya memerlukan jumlah dan jenis mikroorganisme tertentu untuk menyelesaikannya. Sedimen yang kaya akan mikroba metana disebut inokulum. Fermentasi biogas tersebar luas di alam dan tempat-tempat dengan bahan okulasi juga tersebar luas. Ini adalah: lumpur selokan, endapan lumpur, sedimen dasar lubang kotoran, berbagai lumpur limbah, sisa pencernaan, dll. Karena banyaknya bahan organik dan kondisi anaerobik yang baik, mereka mengembangkan komunitas mikroba yang kaya.
Inokulum yang ditambahkan untuk pertama kalinya ke dalam reaktor biogas baru dapat mengurangi periode stagnasi secara signifikan. Pada reaktor biogas baru perlu dilakukan pemupukan secara manual dengan bahan okulasi. Saat menggunakan limbah industri sebagai bahan baku, perhatian khusus diberikan pada hal ini.
3. Lingkungan anaerobik.
Anaerobisitas suatu lingkungan ditentukan oleh derajat anaerobisitasnya. Biasanya potensial redoks biasanya dilambangkan dengan nilai Eh. Dalam kondisi anaerobik, Eh bernilai negatif. Untuk bakteri metana anaerobik, Eh terletak pada kisaran -300 ~ -350mV. Beberapa bakteri penghasil asam fakultatif mampu hidup normal pada Eh -100~+100 mV.
Untuk menjamin kondisi anaerobik, perlu dipastikan bahwa reaktor biogas dibangun dalam keadaan tertutup rapat, memastikan kedap air dan bebas kebocoran. Untuk reaktor biogas industri besar, nilai Eh selalu dikontrol. Untuk reaktor biogas skala kecil, masalah dalam mengendalikan nilai ini muncul karena kebutuhan untuk membeli peralatan yang mahal dan rumit.
4. Pengendalian keasaman medium (pH) pada reaktor biogas.
Metanogen memerlukan kisaran pH dalam kisaran yang sangat sempit. Rata-rata pH=7. Fermentasi terjadi pada kisaran pH 6,8 hingga 7,5. Kontrol pH tersedia untuk reaktor biogas kecil. Untuk melakukan hal ini, banyak petani menggunakan strip kertas indikator lakmus sekali pakai. Pada perusahaan besar Perangkat pemantauan pH elektronik sering digunakan. Dalam keadaan normal, keseimbangan fermentasi metana merupakan proses alami, biasanya tanpa penyesuaian pH. Hanya dalam kasus-kasus kesalahan pengelolaan yang terisolasi, akumulasi asam volatil dalam jumlah besar dan penurunan pH muncul.
Langkah-langkah untuk mengurangi dampak pH keasaman tinggi meliputi:
(1) Mengganti sebagian media dalam reaktor biogas, sehingga mengencerkan kandungan asam volatil. Ini akan meningkatkan pH.
(2) Tambahkan abu atau amonia untuk meningkatkan pH.
(3) Sesuaikan pH dengan jeruk nipis. Tindakan ini khususnya efektif pada kasus dengan kandungan asam yang sangat tinggi.
5. Pencampuran media pada reaktor biogas.
Dalam tangki fermentasi pada umumnya, media fermentasi biasanya dibagi menjadi empat lapisan: lapisan atas, lapisan supernatan, lapisan aktif, dan lapisan sedimen.
Tujuan pencampuran:
1) relokasi bakteri aktif ke bagian baru bahan baku primer, meningkatkan permukaan kontak mikroba dan bahan baku untuk mempercepat laju produksi biogas, meningkatkan efisiensi penggunaan bahan baku.
2) menghindari terbentuknya lapisan kerak yang tebal sehingga menimbulkan resistensi terhadap keluarnya biogas. Bahan mentah seperti jerami, gulma, daun, dll. sangat membutuhkan pencampuran. Pada lapisan kerak yang tebal, tercipta kondisi untuk akumulasi asam, yang tidak dapat diterima.
Metode pencampuran:
1) pencampuran mekanis dengan roda berbagai jenis dipasang di dalam ruang kerja reaktor biogas.
2) pencampuran dengan biogas yang diambil dari bagian atas bioreaktor dan dialirkan ke bagian bawah dengan tekanan berlebih.
3) pencampuran dengan pompa hidrolik sirkulasi.
6. Rasio karbon terhadap nitrogen.
Hanya rasio nutrisi optimal yang berkontribusi terhadap fermentasi yang efektif. Indikator utamanya adalah rasio karbon terhadap nitrogen (C:N). Rasio optimalnya adalah 25:1. Sejumlah penelitian telah membuktikan bahwa batas rasio optimal adalah 20-30:1, dan produksi biogas berkurang secara signifikan pada rasio 35:1. Studi eksperimental telah mengungkapkan bahwa fermentasi biogas dimungkinkan dengan rasio karbon terhadap nitrogen 6:1.
7. Tekanan.
Bakteri metana dapat beradaptasi dengan tekanan hidrostatik yang tinggi (sekitar 40 meter atau lebih). Namun mereka sangat sensitif terhadap perubahan tekanan dan oleh karena itu diperlukan tekanan yang stabil (tidak ada perubahan tekanan secara tiba-tiba). Perubahan tekanan yang signifikan dapat terjadi dalam kasus: peningkatan konsumsi biogas yang signifikan, pemuatan bioreaktor dengan bahan baku primer yang relatif cepat dan besar, atau pembongkaran reaktor dari sedimen (pembersihan) yang serupa.
Cara menstabilkan tekanan:
2) penyediaan bahan baku primer segar dan pembersihan secara bersamaan dan pada tingkat pembuangan yang sama;
3) pemasangan penutup terapung pada reaktor biogas memungkinkan Anda mempertahankan tekanan yang relatif stabil.
8. Aktivator dan inhibitor.
Beberapa zat, bila ditambahkan dalam jumlah kecil, akan meningkatkan kinerja reaktor biogas, zat tersebut dikenal sebagai aktivator. Meskipun zat lain yang ditambahkan dalam jumlah kecil menyebabkan penghambatan yang signifikan terhadap proses dalam reaktor biogas, zat tersebut disebut inhibitor.
Banyak jenis aktivator yang diketahui, antara lain beberapa enzim, garam anorganik, zat organik dan anorganik. Misalnya, menambahkan sejumlah enzim selulase akan sangat memudahkan produksi biogas. Penambahan 5 mg/Kg oksida yang lebih tinggi (R 2 O 5) dapat meningkatkan produksi gas sebesar 17%. Hasil biogas untuk bahan baku utama dari jerami dan sejenisnya dapat ditingkatkan secara signifikan dengan menambahkan amonium bikarbonat (NH 4 HCO 3). Aktivatornya juga karbon aktif atau gambut. Memasukkan bioreaktor dengan hidrogen dapat meningkatkan produksi metana secara signifikan.
Inhibitor terutama mengacu pada beberapa senyawa ion logam, garam, fungisida.
Klasifikasi proses fermentasi.
Fermentasi metana adalah fermentasi anaerobik. Proses fermentasi dibagi menjadi beberapa jenis berikut:
Klasifikasi menurut suhu fermentasi.
Dapat dibagi menjadi suhu fermentasi "alami" (fermentasi suhu variabel), dalam hal ini suhu fermentasi sekitar 35°C dan proses dengan suhu tinggi fermentasi (sekitar 53°C).
Klasifikasi berdasarkan perbedaan.
Menurut sifat fermentasi yang berbeda, fermentasi dapat dibagi menjadi fermentasi satu tahap, fermentasi dua tahap, dan fermentasi multi-tahap.
1) Fermentasi satu tahap.
Mengacu pada jenis fermentasi yang paling umum. Hal ini berlaku untuk perangkat yang menghasilkan asam dan metana secara bersamaan. Fermentasi satu tahap mungkin kurang efisien dalam hal BOD (Permintaan Oksigen Biologis) dibandingkan fermentasi dua tahap dan multi tahap.
2) Fermentasi dua tahap.
Berdasarkan fermentasi terpisah asam dan mikroorganisme metanogenik. Kedua jenis mikroba ini memiliki fisiologi dan kebutuhan nutrisi yang berbeda, serta terdapat perbedaan yang signifikan dalam pertumbuhan, karakteristik metabolisme, dan aspek lainnya. Fermentasi dua tahap dapat meningkatkan hasil biogas dan dekomposisi asam lemak volatil secara signifikan, memperpendek siklus fermentasi, menghemat biaya pengoperasian secara signifikan, dan secara efektif menghilangkan kontaminan organik dari limbah.
3) Fermentasi multi-tahap.
Ini digunakan untuk bahan baku primer yang kaya selulosa dengan urutan sebagai berikut:
(1) Bahan selulosa dihidrolisis dengan adanya asam dan basa. Glukosa terbentuk.
(2) Bahan okulasi dimasukkan. Biasanya berupa lumpur aktif atau air limbah dari reaktor biogas.
(3) Ciptakan kondisi yang sesuai untuk produksi bakteri asam (menghasilkan asam volatil): pH=5,7 (tetapi tidak lebih dari 6,0), Eh=-240mV, suhu 22°C. Pada tahap ini, asam volatil berikut terbentuk: asetat, propionat, butirat, isobutirat.
(4) Ciptakan kondisi yang sesuai untuk produksi bakteri metana: pH=7,4-7,5, Eh=-330mV, suhu 36-37°C
Klasifikasi berdasarkan periodisitas.
Teknologi fermentasi diklasifikasikan menjadi fermentasi batch, fermentasi kontinyu, fermentasi semi kontinyu.
1) Fermentasi batch.
Bahan mentah dan bahan cangkokan dimasukkan ke dalam reaktor biogas satu kali dan dilakukan fermentasi. Cara ini digunakan apabila terjadi kesulitan dan ketidaknyamanan dalam memuat bahan baku utama, serta membongkar sampah. Misalnya saja jerami yang tidak dicincang atau briket sampah organik berukuran besar.
2) Fermentasi terus menerus.
Hal ini mencakup kasus ketika bahan mentah dimasukkan secara rutin ke dalam biorektor beberapa kali sehari dan limbah fermentasi dibuang.
3) Fermentasi semi kontinyu.
Hal ini berlaku untuk reaktor biogas, yang mana wajar jika menambahkan bahan baku utama yang berbeda dari waktu ke waktu dalam jumlah yang tidak sama. Skema teknologi ini paling sering digunakan oleh perusahaan kecil peternakan Cina dan dikaitkan dengan kekhasan pengelolaan pertanian. bekerja Reaktor biogas dengan fermentasi semi kontinyu dapat memiliki berbagai perbedaan desain. Desain ini dibahas di bawah.
Skema No.1. Reaktor biogas dengan tutup tetap.
Fitur desain: menggabungkan ruang fermentasi dan fasilitas penyimpanan biogas dalam satu struktur: bahan mentah difermentasi di bagian bawah; biogas disimpan di bagian atas.
Prinsip operasi:
Biogas keluar dari cairan dan dikumpulkan di bawah tutup reaktor biogas di dalam kubahnya. Tekanan biogas diseimbangkan dengan berat cairan. Semakin tinggi tekanan gas, semakin banyak cairan yang keluar dari ruang fermentasi. Semakin rendah tekanan gas, semakin banyak cairan yang masuk ke ruang fermentasi. Selama pengoperasian reaktor biogas, selalu terdapat cairan dan gas di dalamnya. Namun dalam proporsi yang berbeda.
Skema No.2. Reaktor biogas dengan penutup mengambang.
Skema No.3. Reaktor biogas dengan tutup tetap dan penahan gas eksternal.
Fitur desain: 1) alih-alih penutup mengambang, ia memiliki tangki bensin yang dibuat secara terpisah; 2) tekanan biogas di outlet konstan.
Keuntungan Skema No. 3: 1) ideal untuk pengoperasian pembakar biogas yang sangat memerlukan tingkat tekanan tertentu; 2) dengan aktivitas fermentasi yang rendah dalam reaktor biogas, stabilitas dan dapat dipastikan tekanan tinggi biogas dari konsumen.
Panduan membangun reaktor biogas domestik.
GB/T 4750-2002 Reaktor biogas domestik.
GB/T 4751-2002 Penerimaan kualitas reaktor biogas domestik.
GB/T 4752-2002 Aturan pembangunan reaktor biogas dalam negeri.
GB 175 -1999 Semen Portland, semen Portland biasa.
GB 134-1999 Semen terak portland, semen tufa dan semen fly ash.
GB 50203-1998 Konstruksi dan penerimaan pasangan bata.
JGJ52-1992 Baku Mutu Beton Pasir Biasa. Metode tes.
JGJ53- 1992 Baku mutu untuk batu pecah biasa atau beton kerikil. Metode tes.
JGJ81 -1985 Sifat mekanik beton biasa. Metode pengujian.
JGJ/T 23-1992 Spesifikasi teknis untuk pengujian kuat tekan beton dengan metode pantulan.
JGJ70 -90 Mortir. Metode pengujian karakteristik dasar.
GB 5101-1998 Batu Bata.
GB 50164-92 Pengendalian mutu beton.
sesak udara.
Desain reaktor biogas memberikan tekanan internal sebesar 8000 (atau 4000 Pa). Tingkat kebocoran setelah 24 jam kurang dari 3%.
Satuan produksi biogas per volume reaktor.
Untuk kondisi produksi biogas yang memuaskan, dianggap normal bila 0,20-0,40 m 3 biogas diproduksi per meter kubik volume reaktor.
Volume normal penyimpanan gas adalah 50% dari produksi biogas harian.
Faktor keamanan tidak kurang dari K=2,65.
Kehidupan pelayanan normal setidaknya 20 tahun.
Beban hidup 2 kN/m2.
Daya dukung struktur pondasi minimal 50 kPa.
Tangki bensin dirancang untuk tekanan tidak lebih dari 8000 Pa, dan dengan tutup mengambang untuk tekanan tidak lebih dari 4000 Pa.
Batas tekanan maksimal untuk kolam tidak lebih dari 12000 Pa.
Ketebalan minimum kubah lengkung reaktor paling sedikit 250 mm.
Beban reaktor maksimum adalah 90% volumenya.
Desain reaktor menyediakan ruang di bawah tutup reaktor untuk flotasi gas, sebesar 50% dari produksi biogas harian.
Volume reaktor 6 m 3, laju aliran gas 0,20 m 3 /m 3 /hari.
Dimungkinkan untuk membangun reaktor dengan volume 4 m3, 8 m3, 10 m3 sesuai dengan gambar ini. Untuk melakukan ini, perlu menggunakan nilai dimensi koreksi yang ditunjukkan dalam tabel pada gambar.
Persiapan pembangunan reaktor biogas.
Pemilihan jenis reaktor biogas tergantung pada kuantitas dan karakteristik bahan baku fermentasi. Selain itu, pilihannya tergantung pada hidrogeologi lokal dan kondisi iklim dan tingkat teknologi konstruksi.
Reaktor biogas rumah tangga harus ditempatkan di dekat toilet dan tempat ternak dengan jarak tidak lebih dari 25 meter. Lokasi reaktor biogas harus berada di sisi bawah angin dan sisi cerah di atas tanah padat dengan level rendah air tanah.
Gunakan tabel alir untuk memilih desain reaktor biogas bahan bangunan diberikan di bawah.
| Volume reaktor, m3 | |||||
| 4 | 6 | 8 | 10 | ||
| Volume, m 3 | 1,828 | 2,148 | 2,508 | 2,956 | |
| Semen, kg | 523 | 614 | 717 | 845 | |
| Pasir, m 3 | 0,725 | 0,852 | 0,995 | 1,172 | |
| Kerikil, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 | |
| Volume, m 3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 | |
| Semen, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
| Pasir, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
| Pasta semen | Semen, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
| Jumlah total bahan | Semen, kg | 759 | 904 | 1042 | 1230 |
| Pasir, m 3 | 1,096 | 1,313 | 1,514 | 1,792 | |
| Kerikil, m 3 | 1,579 | 1,856 | 2,167 | 2,553 | |
| Volume reaktor, m3 | |||||
| 4 | 6 | 8 | 10 | ||
| Volume, m 3 | 1,540 | 1,840 | 2,104 | 2,384 | |
| Semen, kg | 471 | 561 | 691 | 789 | |
| Pasir, m 3 | 0,863 | 0,990 | 1,120 | 1,260 | |
| Kerikil, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
| Plesteran bangunan prefabrikasi | Volume, m 3 | 0,393 | 0,489 | 0,551 | 0,658 |
| Semen, kg | 158 | 197 | 222 | 265 | |
| Pasir, m 3 | 0,371 | 0,461 | 0,519 | 0,620 | |
| Pasta semen | Semen, kg | 78 | 93 | 103 | 120 |
| Jumlah total bahan | Semen, kg | 707 | 851 | 1016 | 1174 |
| Pasir, m 3 | 1,234 | 1,451 | 1,639 | 1,880 | |
| Kerikil, m 3 | 1,413 | 1,690 | 1,900 | 2,170 | |
| Bahan baja | Batang baja diameter 12 mm, kg | 14 | 18,98 | 20,98 | 23,00 |
| Tulangan baja diameter 6,5 mm, kg | 10 | 13,55 | 14,00 | 15,00 | |
| Volume reaktor, m3 | |||||
| 4 | 6 | 8 | 10 | ||
| Volume, m 3 | 1,257 | 1,635 | 2,017 | 2,239 | |
| Semen, kg | 350 | 455 | 561 | 623 | |
| Pasir, m 3 | 0,622 | 0,809 | 0,997 | 1,107 | |
| Kerikil, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,510 | 1,710 | |
| Plesteran bangunan prefabrikasi | Volume, m 3 | 0,277 | 0,347 | 0,400 | 0,508 |
| Semen, kg | 113 | 142 | 163 | 208 | |
| Pasir, m 3 | 0,259 | 0,324 | 0,374 | 0,475 | |
| Pasta semen | Semen, kg | 6 | 7 | 9 | 11 |
| Jumlah total bahan | Semen, kg | 469 | 604 | 733 | 842 |
| Pasir, m 3 | 0,881 | 1,133 | 1,371 | 1,582 | |
| Kerikil, m 3 | 0,959 | 1,250 | 1,540 | 1,710 | |
| Keterangan | Penunjukan pada gambar |
| Bahan: | |
| Pipa (parit di dalam tanah) |  |
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
 |
|
| Simbol: | |
| Tautan ke gambar detail. Nomor atas menunjukkan nomor bagian. Angka di bawah menunjukkan nomor gambar dengan penjelasan rinci tentang bagian tersebut. Jika tanda “-” ditunjukkan dan bukan angka di bawah, ini menunjukkan hal itu Detil Deskripsi detailnya ditunjukkan pada gambar ini. | |
| Bagian dari bagian tersebut. Garis tebal menunjukkan bidang potongan dan arah pandang, dan angka menunjukkan nomor identifikasi potongan. | |
| Panah menunjukkan radius. Angka setelah huruf R menunjukkan nilai radius. | |
| Yang diterima secara umum: | |
 |
|
 |
|
 |
|
| Dengan demikian, sumbu semimayor dan sumbu pendek ellipsoid | |
| Panjang | |
 |
|
 |
|
 |
|
Desain reaktor biogas.
Keunikan:
Jenis fitur desain kolam utama.
Bagian bawah miring dari port inlet ke port outlet. Hal ini memastikan terbentuknya aliran bergerak yang konstan. Gambar No. 1-9 menunjukkan tiga jenis desain reaktor biogas: tipe A, tipe B, tipe C.
Reaktor biogas tipe A: Desain paling sederhana. Penghapusan zat cair hanya dilakukan melalui jendela keluar karena kekuatan tekanan biogas di dalam ruang fermentasi.
Reaktor biogas tipe B: Kolam utama dilengkapi dengan pipa vertikal di tengahnya, yang selama pengoperasiannya dapat mengalirkan atau mengeluarkan zat cair, tergantung kebutuhan. Selain itu, untuk membentuk aliran zat melalui pipa vertikal, reaktor biogas jenis ini memiliki sekat reflektif (deflektor) di dasar kolam utama.
Reaktor biogas tipe C: Memiliki desain yang mirip dengan reaktor tipe B. Namun dilengkapi dengan pompa piston manual berdesain sederhana yang dipasang pada pipa vertikal tengah, serta sekat reflektif lainnya di dasar bak utama. . Fitur desain ini memungkinkan untuk secara efektif mengontrol parameter proses teknologi utama di kumpulan utama karena kesederhanaan sampel ekspres. Dan juga menggunakan reaktor biogas sebagai donor bakteri biogas. Pada reaktor jenis ini, difusi (pencampuran) substrat terjadi lebih sempurna, yang pada gilirannya meningkatkan hasil biogas.
Karakteristik fermentasi:
Prosesnya terdiri dari pemilihan bahan okulasi; penyiapan bahan baku primer (menyelesaikan kepadatan dengan air, mengatur keasaman, menambahkan bahan okulasi); fermentasi (kontrol pencampuran substrat dan suhu).
Kotoran manusia, kotoran ternak, dan kotoran burung digunakan sebagai bahan fermentasi. Dengan proses fermentasi yang berkelanjutan, tercipta kondisi yang relatif stabil untuk pengoperasian reaktor biogas yang efektif.
Prinsip desain.
Pemenuhan sistem “triple” (biogas, toilet, gudang). Reaktor biogas berbentuk tangki silinder vertikal. Tinggi bagian silinder H=1 m. Bagian atas tangki memiliki kubah melengkung. Perbandingan tinggi lengkungan dengan diameter bagian silinder adalah f 1 /D=1/5. Bagian bawah miring dari port inlet ke port outlet. Sudut kemiringan 5 derajat.
Desain tangki memastikan kondisi fermentasi yang memuaskan. Pergerakan substrat terjadi secara gravitasi. Sistem ini beroperasi ketika tangki terisi penuh dan mengontrol dirinya sendiri berdasarkan waktu tinggal bahan mentah dengan meningkatkan produksi biogas. Reaktor biogas tipe B dan C memiliki perangkat tambahan untuk mengolah substrat.
Tangki mungkin tidak terisi penuh dengan bahan mentah. Hal ini mengurangi keluaran gas tanpa mengorbankan efisiensi.
Biaya rendah, kemudahan pengelolaan, penggunaan populer secara luas.
Deskripsi bahan bangunan.
Bahan dinding, dasar dan atap reaktor biogas adalah beton.
Bagian persegi seperti saluran pemuatan dapat dibuat dari batu bata. Struktur beton dapat dibuat dengan cara menuangkan campuran beton, namun dapat juga dibuat dari elemen beton pracetak (seperti: penutup saluran masuk, tangki bakteri, pipa tengah). Tangki bakteri berbentuk bulat dan terdiri dari kelelawar Cangkang telur, ditempatkan dalam kepang.
Urutan operasi konstruksi.
Cara penuangan bekisting adalah sebagai berikut. Garis besar reaktor biogas masa depan terlihat di tanah. Tanah dihilangkan. Pertama bagian bawahnya diisi. Bekisting dipasang di bagian bawah untuk menuangkan beton ke dalam cincin. Dindingnya dituangkan menggunakan bekisting dan kemudian kubah melengkung. Baja, kayu atau batu bata dapat digunakan untuk bekisting. Penuangan dilakukan secara simetris dan alat tamping digunakan untuk kekuatan. Beton yang mengalir berlebih dihilangkan dengan spatula.
Gambar konstruksi.
Konstruksi dilakukan sesuai gambar No. 1-9.
Gambar 1. Reaktor biogas 6 m 3. Tipe A:
Gambar 2. Reaktor biogas 6 m 3. Tipe A:
Pembangunan reaktor biogas dari pelat beton pracetak merupakan teknologi konstruksi yang lebih maju. Teknologi ini lebih maju karena kemudahan penerapannya dalam menjaga keakuratan dimensi, mengurangi waktu dan biaya konstruksi. Fitur utama konstruksinya adalah elemen utama reaktor (kubah melengkung, dinding, saluran, penutup) dibuat jauh dari lokasi pemasangan, kemudian diangkut ke lokasi pemasangan dan dirakit di lokasi dalam lubang besar. Saat merakit reaktor seperti itu, perhatian utama diberikan pada keakuratan pemasangan secara horizontal dan vertikal, serta kepadatan sambungan pantat.
Gambar 13. Reaktor biogas 6 m 3. Detail reaktor biogas yang terbuat dari pelat beton bertulang :
Gambar 14. Reaktor biogas 6 m 3. Elemen perakitan reaktor biogas:
Gambar 15. Reaktor biogas 6 m 3. Elemen perakitan reaktor beton bertulang:
instalasi baru. Suku Aleman, yang mendiami lahan basah di lembah Elbe, membayangkan Naga di kayu apung di rawa. Mereka percaya bahwa gas mudah terbakar yang terkumpul di lubang-lubang rawa adalah bau nafas Naga yang berbau busuk. Untuk menenangkan Naga, pengorbanan dan sisa makanan dibuang ke rawa. Masyarakat percaya bahwa Naga datang pada malam hari dan nafasnya tetap berada di dalam lubang. Orang Aleman mendapat ide untuk menjahit tenda dari kulit, menutupi rawa dengan itu, mengalirkan gas melalui pipa kulit ke rumah mereka dan membakarnya untuk memasak. Hal ini dapat dimengerti, karena kayu bakar kering sulit ditemukan, dan gas rawa (biogas) dapat memecahkan masalah tersebut dengan sempurna.Umat manusia telah belajar menggunakan biogas sejak lama. Di Cina, sejarahnya sudah ada sejak 5 ribu tahun yang lalu, di India – 2 ribu tahun yang lalu.
Sifat proses biologis penguraian zat organik dengan pembentukan metana tidak berubah selama ribuan tahun terakhir. Tetapi ilmu pengetahuan modern dan teknologi telah menciptakan peralatan dan sistem untuk menjadikan teknologi “kuno” ini hemat biaya dan memiliki beragam penerapan.
Biogas- gas yang dihasilkan oleh fermentasi metana biomassa. Dekomposisi biomassa terjadi di bawah pengaruh tiga jenis bakteri.
Pabrik biogas– instalasi untuk produksi biogas dan produk sampingan berharga lainnya dengan mengolah limbah dari produksi pertanian, industri makanan, dan layanan kota.
Memproduksi biogas dari sampah organik memiliki ciri-ciri positif sebagai berikut:
- dilakukan pengolahan air limbah secara sanitasi (khususnya air limbah peternakan dan kota), kandungan zat organik berkurang hingga 10 kali lipat;
- pengolahan limbah ternak, limbah tanaman, dan lumpur aktif secara anaerobik memungkinkan diperolehnya pupuk mineral siap pakai dengan kandungan komponen nitrogen dan fosfor yang tinggi (tidak seperti cara-cara tradisional persiapan pupuk organik menggunakan metode pengomposan, yang menyebabkan 30-40% nitrogen hilang);
- dengan fermentasi metana, terdapat efisiensi yang tinggi (80-90%) dalam mengubah energi bahan organik menjadi biogas;
- Biogas dapat digunakan dengan efisiensi tinggi untuk menghasilkan panas dan listrik, serta sebagai bahan bakar untuk mesin pembakaran internal;
- pembangkit listrik tenaga biogas dapat berlokasi di wilayah mana pun di negara ini dan tidak memerlukan pembangunan jaringan pipa gas yang mahal dan infrastruktur yang rumit;
- Pembangkit listrik tenaga biogas dapat menggantikan sebagian atau seluruh rumah boiler regional yang sudah ketinggalan zaman dan menyediakan listrik serta pemanas ke desa-desa, kota kecil, dan kota-kota kecil di sekitarnya.
Manfaat yang diterima pemilik pembangkit biogas
Langsung
- produksi biogas (metana).
- produksi listrik dan panas
- produksi pupuk ramah lingkungan
Tidak langsung
- kemandirian dari jaringan terpusat, tarif monopoli alami, swasembada listrik dan panas sepenuhnya
- solusi semua orang masalah lingkungan perusahaan
- pengurangan yang signifikan dalam biaya penguburan, pemindahan, dan pembuangan limbah
- kemungkinan produksi bahan bakar motor sendiri
- pengurangan biaya personel
Produksi biogas membantu mencegah emisi metana ke atmosfer. Metana mempunyai efek rumah kaca 21 kali lebih besar dibandingkan CO2 dan bertahan di atmosfer selama 12 tahun. Menangkap metana adalah cara jangka pendek terbaik untuk mencegah pemanasan global.
Kotoran olahan, stillage dan limbah lainnya digunakan sebagai pupuk pertanian. Hal ini mengurangi penggunaan pupuk kimia dan mengurangi beban air tanah.
Biogas digunakan sebagai bahan bakar untuk produksi listrik, panas atau uap, atau sebagai bahan bakar kendaraan.
Pembangkit biogas dapat dipasang sebagai instalasi pengolahan air limbah di peternakan, peternakan unggas, penyulingan, pabrik gula, dan pabrik pengolahan daging. Pabrik biogas dapat menggantikan pabrik kedokteran hewan dan sanitasi, yaitu bangkai dapat didaur ulang menjadi biogas alih-alih memproduksi tepung daging dan tulang.
Di kalangan industri negara maju Tempat terdepan dalam produksi dan penggunaan biogas secara relatif adalah milik Denmark - biogas menempati hingga 18% dari total keseimbangan energinya. Secara absolut, Jerman menempati posisi terdepan dalam jumlah instalasi menengah dan besar - 8.000 ribu unit. DI DALAM Eropa Barat setidaknya setengah dari seluruh peternakan unggas dipanaskan dengan biogas.
Di India, Vietnam, Nepal dan negara-negara lain, pembangkit listrik tenaga biogas kecil (satu keluarga) sedang dibangun. Gas yang dihasilkan di dalamnya digunakan untuk memasak.
Jumlah terbesar pembangkit listrik tenaga biogas kecil berlokasi di Cina - lebih dari 10 juta (pada akhir tahun 1990-an). Mereka menghasilkan sekitar 7 miliar m³ biogas per tahun, yang menyediakan bahan bakar bagi sekitar 60 juta petani. Pada akhir tahun 2006, sudah terdapat sekitar 18 juta pembangkit listrik tenaga biogas yang beroperasi di Tiongkok. Penggunaannya memungkinkan penggantian setara 10,9 juta ton bahan bakar.
Volvo dan Scania memproduksi bus dengan mesin biogas. Bus semacam itu aktif digunakan di kota-kota Swiss: Bern, Basel, Jenewa, Lucerne, dan Lausanne. Menurut perkiraan Asosiasi Industri Gas Swiss, pada tahun 2010 10% kendaraan di Swiss akan menggunakan biogas.
Pada awal tahun 2009, Pemerintah Kota Oslo mengalihkan 80 bus kota ke biogas. Biaya biogas adalah €0,4 - €0,5 per liter setara bensin. Setelah pengujian berhasil diselesaikan, 400 bus akan diubah menjadi biogas.
Potensi
Rusia setiap tahunnya mengumpulkan hingga 300 juta ton sampah organik kering: 250 juta ton dalam produksi pertanian, 50 juta ton dalam bentuk limbah rumah tangga. Limbah ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan baku produksi biogas. Potensi volume biogas yang dihasilkan setiap tahunnya bisa mencapai 90 miliar m³.
Ada sekitar 8,5 juta sapi yang dipelihara di Amerika Serikat. Biogas yang dihasilkan dari kotoran mereka akan cukup untuk bahan bakar 1 juta mobil.
Potensi industri biogas Jerman diperkirakan mencapai 100 miliar kWh energi pada tahun 2030, yang akan menyumbang sekitar 10% konsumsi energi negara tersebut.
Per 1 Februari 2009, di Ukraina terdapat 8 fasilitas kompleks agroindustri untuk produksi biogas yang beroperasi dan dalam tahap commissioning. Sebanyak 15 proyek pembangkit listrik tenaga biogas lainnya sedang dalam tahap pengembangan. Khususnya pada tahun 2009-2010. direncanakan untuk memperkenalkan produksi biogas di 10 penyulingan, yang akan memungkinkan perusahaan mengurangi konsumsi gas alam sebesar 40%.
Berdasarkan bahan
Selamat siang semuanya! Postingan ini melanjutkan tema energi alternatif untuk Anda. Di dalamnya saya akan bercerita tentang biogas dan kegunaannya untuk pemanas rumah dan memasak. Topik ini paling menarik bagi petani yang memiliki akses terhadap berbagai bahan mentah untuk memperoleh bahan bakar jenis ini. Mari kita pahami dulu apa itu biogas dan dari mana asalnya.
Dari mana asal biogas dan apa saja kandungannya?
Biogas adalah gas yang mudah terbakar yang dihasilkan dari aktivitas vital mikroorganisme dalam media nutrisi. Media nutrisi ini dapat berupa pupuk kandang atau silase yang ditempatkan pada bunker khusus. Di bunker ini, yang disebut reaktor, biogas terbentuk. Bagian dalam reaktor akan diatur sebagai berikut:
Untuk mempercepat proses fermentasi biomassa perlu dipanaskan. Untuk ini, elemen pemanas atau penukar panas yang terhubung ke boiler pemanas apa pun dapat digunakan. Kita tidak boleh melupakan isolasi termal yang baik untuk menghindari biaya energi yang tidak perlu untuk pemanasan. Selain pemanasan, massa fermentasi harus diaduk. Tanpa ini, efisiensi instalasi dapat berkurang secara signifikan. Pencampuran bisa dilakukan secara manual atau mekanis. Itu semua tergantung anggaran atau sarana teknis yang tersedia. Hal terpenting dalam reaktor adalah volume! Sebuah reaktor kecil secara fisik tidak mampu menghasilkan gas dalam jumlah besar.
Komposisi kimia gas sangat bergantung pada proses yang terjadi di dalam reaktor. Paling sering, proses fermentasi metana terjadi di sana, yang menghasilkan pembentukan gas dengan persentase metana yang tinggi. Namun alih-alih fermentasi metana, proses pembentukan hidrogen mungkin saja terjadi. Namun menurut saya, hidrogen tidak diperlukan bagi konsumen rata-rata, dan bahkan mungkin berbahaya. Ingat saja kematian pesawat Hindenburg. Sekarang mari kita cari tahu dari apa biogas bisa didapat.
Dari apa Anda bisa mendapatkan biogas?
Gas dapat dihasilkan dari berbagai jenis biomassa. Mari kita daftarkan mereka dalam bentuk daftar:
- Limbah produksi makanan - dapat berupa limbah dari pemotongan hewan atau produksi susu. Limbah yang cocok dari produksi minyak bunga matahari atau minyak biji kapas. Ini bukanlah daftar lengkap, tetapi cukup untuk menyampaikan intisarinya. Jenis bahan baku ini menghasilkan kandungan metana dalam gas tertinggi (hingga 85%).
- Tanaman pertanian - dalam beberapa kasus ditanam untuk menghasilkan gas tipe khusus tanaman. Misalnya, silase jagung atau rumput laut cocok untuk ini. Persentase kandungan metana dalam gas berkisar 70%.
- Pupuk kandang paling sering digunakan di peternakan besar. Persentase metana dalam gas, bila menggunakan pupuk kandang sebagai bahan baku, biasanya tidak melebihi 60%, sisanya adalah karbon dioksida dan cukup banyak hidrogen sulfida dan amonia.
Diagram blok instalasi biogas.
Untuk lebih memahami cara kerja pembangkit biogas, mari kita lihat gambar berikut:
Desain bioreaktor telah dibahas di atas, jadi kami tidak akan membicarakannya. Mari kita lihat komponen instalasi lainnya:
- Penerima limbah adalah sejenis wadah tempat bahan mentah dimasukkan pada tahap pertama. Di dalamnya, bahan mentah bisa dicampur dengan air dan dihaluskan.
- Pompa (setelah penerima limbah) adalah pompa tinja, yang dengannya biomassa dipompa ke dalam reaktor.
- Boiler adalah boiler pemanas yang menggunakan bahan bakar apa saja, dirancang untuk memanaskan biomassa di dalam reaktor.
- Pompa (di sebelah boiler) merupakan pompa sirkulasi.
- “Pupuk” adalah wadah tempat jatuhnya lumpur yang difermentasi. Sesuai dengan konteksnya, dapat digunakan sebagai pupuk.
- Filter adalah alat yang digunakan untuk mengkondisikan biogas. Filter menghilangkan kelebihan gas dan kelembapan.
- Kompresor - memampatkan gas.
- Penyimpanan gas adalah tangki tertutup dimana gas siap pakai dapat disimpan selama yang diinginkan.
Biogas untuk rumah pribadi.
Banyak pemilik peternakan kecil berpikir untuk menggunakan biogas untuk kebutuhan internal. Namun setelah mengetahui lebih detail tentang cara kerjanya, sebagian besar meninggalkan gagasan ini. Hal ini disebabkan peralatan untuk mengolah kotoran atau silase membutuhkan biaya yang besar, dan keluaran gas (tergantung bahan bakunya) bisa kecil. Hal ini pada gilirannya membuat pemasangan peralatan menjadi tidak menguntungkan. Biasanya, petani memasang instalasi primitif yang menggunakan pupuk kandang untuk rumah pribadi. Seringkali, mereka hanya mampu menyediakan gas untuk dapur dan ketel gas berdaya rendah yang dipasang di dinding. Pada saat yang sama proses teknologi Anda harus menghabiskan banyak energi untuk memanaskan, memompa, dan mengoperasikan kompresor. Filter mahal juga tidak bisa dikecualikan dari pandangan.
Secara umum, pesan moral di sini adalah: semakin besar instalasi itu sendiri, semakin menguntungkan pengoperasiannya. Namun untuk kondisi rumah, hal ini hampir selalu mustahil. Namun ini tidak berarti tidak ada yang melakukan instalasi di rumah. Saya sarankan Anda menonton video berikut untuk melihat seperti apa penggunaan bahan bekas:
Ringkasan.
Biogas — cara yang bagus pengolahan yang bermanfaat sampah organik. Outputnya adalah bahan bakar dan pupuk bermanfaat dalam bentuk lumpur yang difermentasi. Teknologi ini bekerja semakin efisien jika semakin besar volume bahan baku yang diproses. Teknologi modern memungkinkan peningkatan produksi gas secara signifikan melalui penggunaan katalis khusus dan mikroorganisme. Kerugian utama dari semua ini adalah harga tinggi satu meter kubik. Bagi masyarakat awam, membeli gas dalam tabung seringkali jauh lebih murah dibandingkan membangun instalasi pengolahan limbah. Namun tentu saja ada pengecualian terhadap semua aturan tersebut, jadi sebelum memutuskan beralih ke biogas, ada baiknya menghitung harga per meter kubik dan payback periodnya. Itu saja untuk saat ini, tulis pertanyaan di komentar
