Production indépendante de biogaz

La hausse des prix de l'énergie nous fait réfléchir à la possibilité de nous en fournir de manière autonome. Une option est une usine de biogaz. Avec son aide, le biogaz est obtenu à partir du fumier, des excréments et des résidus végétaux, qui après nettoyage peut être utilisé pour les appareils à gaz (cuisinière, chaudière), pompé dans des bouteilles et utilisé comme carburant pour les voitures ou les générateurs électriques. En général, la transformation du fumier en biogaz peut fournir tous les besoins énergétiques d'une maison ou d'une ferme.

Construction d'une usine de biogaz - un moyen d'autosuffisance en ressources énergétiques

Principes généraux

Le biogaz est un produit issu de la décomposition de matière organique. Au cours du processus de décomposition / fermentation, des gaz sont libérés, qui peuvent être collectés pour répondre aux besoins de votre propre ferme. J'appelle l'équipement dans lequel se déroule ce processus "usine de biogaz".

Dans certains cas, la sortie de gaz est excessive, puis il est stocké dans des réservoirs de gaz - pour une utilisation pendant la période de sa quantité insuffisante. Avec une organisation compétente du processus, il peut y avoir trop de gaz, puis son surplus peut être vendu. Les restes fermentés constituent une autre source de revenus. Il s'agit d'un engrais hautement efficace et sûr - pendant le processus de fermentation, la plupart des micro-organismes meurent, les graines de plantes perdent leur capacité de germination, les œufs de parasites deviennent non viables. L'élimination de ces engrais dans les champs a un effet positif sur le rendement.

Conditions de production de gaz

Le processus de formation du biogaz se produit en raison de l'activité vitale de divers types de bactéries contenues dans les déchets eux-mêmes. Mais pour qu'ils «travaillent» activement, il leur faut créer certaines conditions: humidité et température. Pour les créer, une usine de biogaz est en cours de construction. Il s'agit d'un complexe de dispositifs, dont la base est un bioréacteur, dans lequel a lieu la décomposition des déchets, qui s'accompagne d'une formation de gaz.

Organisation d'un cycle de transformation du fumier et des déchets végétaux en biogaz

Il existe trois modes de transformation du fumier en biogaz:

• Régime psychophile. La température dans l'installation de biogaz est de + 5 ° C à + 20 ° C. Dans de telles conditions, le processus de décomposition est lent, il se forme beaucoup de gaz et sa qualité est faible.
• Mésophile. L'appareil entre dans ce mode à des températures de + 30 ° C à + 40 ° C. Dans ce cas, les bactéries mésophiles prolifèrent. Dans ce cas, plus de gaz est généré, le processus de traitement prend moins de temps - de 10 à 20 jours.
• Thermophile. Ces bactéries se multiplient à des températures de + 50 ° C. Le processus est le plus rapide (3-5 jours), le rendement en gaz est le plus grand (dans des conditions idéales, jusqu'à 4,5 litres de gaz peuvent être obtenus à partir de 1 kg de livraison). La plupart des tableaux de référence pour la récupération des gaz issus du traitement sont donnés spécifiquement pour ce mode, donc lors de l'utilisation d'autres modes, il vaut la peine de procéder à un ajustement à la baisse.

La chose la plus difficile dans les usines de biogaz est le régime thermophile. Cela nécessite une isolation thermique de haute qualité de l'installation de biogaz, un chauffage et un système de contrôle de la température. Mais à la sortie, nous obtenons le maximum de biogaz. Une autre caractéristique du traitement thermophile est l'impossibilité d'une charge supplémentaire. Les deux autres modes - psychophile et mésophile - permettent l'ajout quotidien d'une portion fraîche de matières premières préparées.Mais, dans le mode thermophile, le temps de traitement court permet de diviser le bioréacteur en zones dans lesquelles sera traitée sa propre part de matières premières avec des temps de chargement différents.

Schéma de l'installation de biogaz

La base d'une installation de biogaz est un bioréacteur ou un bunker. Le processus de fermentation s'y déroule et le gaz résultant s'y accumule. Il y a également une trémie de chargement et de déchargement, le gaz produit est évacué par un tuyau inséré dans la partie supérieure. Vient ensuite le système de traitement du gaz - le nettoyer et augmenter la pression dans le gazoduc vers celui qui fonctionne.

Schéma d'une usine de transformation du fumier en biogaz

Pour les modes mésophiles et thermophiles, un système de chauffage par bioréacteur est également nécessaire pour atteindre les modes requis. Pour cela, des chaudières à gaz fonctionnant au combustible produit sont généralement utilisées. De là, le système de canalisations se dirige vers le bioréacteur. Ce sont généralement des tuyaux en polymère, car ils sont les mieux adaptés pour être dans un environnement agressif.

Une installation de biogaz a également besoin d'un système de mélange de la substance. Lors de la fermentation, une croûte dure se forme au sommet, des particules lourdes se déposent. Tout cela ensemble aggrave le processus de gazage. Pour maintenir un état homogène de la masse traitée, des agitateurs sont nécessaires. Ils peuvent être mécaniques ou même manuels. Ils peuvent être démarrés par minuterie ou manuellement. Tout dépend de la fabrication de l'usine de biogaz. Un système automatisé est plus coûteux à installer, mais nécessite un minimum d'attention pendant son fonctionnement.

L'usine de biogaz la plus simple à partir d'un baril en plastique

Une installation de biogaz par type d'emplacement peut être:

• Au-dessus du sol.
• Semi-encastré.
• Encastré.

Ceux enfouis sont plus coûteux à installer - une grande quantité de travaux de terrain est nécessaire. Mais lorsqu'ils sont utilisés dans nos conditions, ils sont meilleurs - il est plus facile d'organiser l'isolation, moins de coûts de chauffage.

Que peut-on recycler

L'usine de biogaz est essentiellement omnivore - toute matière organique peut être traitée. Tout fumier et urine, résidus végétaux conviennent. Les détergents, les antibiotiques et la chimie affectent négativement le processus. Il est souhaitable de minimiser leur consommation, car ils tuent la flore impliquée dans le traitement.

Quelle quantité de biogaz peut être obtenue à partir de divers déchets

Le fumier de bétail est considéré comme idéal, car il contient de grandes quantités de micro-organismes. S'il n'y a pas de vaches à la ferme, lors du chargement du bioréacteur, il est conseillé d'ajouter une partie du fumier pour peupler le substrat avec la microflore requise. Les résidus végétaux sont pré-broyés, dilués avec de l'eau. Le bioréacteur mélange la matière végétale et les excréments. Un tel «remplissage» prend plus de temps à traiter, mais à la sortie, avec le bon mode, nous avons le rendement de produit le plus élevé.

Localisation

Pour minimiser les coûts d'organisation du processus, il est judicieux de placer l'usine de biogaz à proximité de la source de déchets - près des bâtiments où sont gardés des volailles ou des animaux. Il est souhaitable de développer une conception de sorte que le chargement se fasse par gravité. De la grange ou de la porcherie, vous pouvez poser un pipeline en descente, à travers lequel le fumier s'écoulera par gravité dans le bunker. Cela facilite grandement la tâche de maintenance du réacteur et également l'élimination du fumier.

Il est préférable de localiser l'usine de biogaz de manière à ce que les déchets de la ferme puissent s'écouler par gravité

Habituellement, les bâtiments avec des animaux sont situés à une certaine distance d'un immeuble résidentiel. Par conséquent, le gaz généré devra être transféré aux consommateurs. Mais étirer un tuyau de gaz est moins cher et plus facile que d'organiser une ligne pour le transport et le chargement du fumier.

Bioréacteur

Des exigences assez strictes sont imposées aux réservoirs de traitement du fumier:

• Il doit être imperméable à l'eau et aux gaz. L'étanchéité doit agir dans les deux sens: le liquide du bioréacteur ne doit pas contaminer le sol et les eaux souterraines ne doivent pas modifier l'état de la masse fermentée.
• Le bioréacteur doit être de haute résistance. Il doit résister à la masse d'un substrat semi-liquide, à la pression du gaz à l'intérieur du conteneur et à la pression externe du sol. En général, lors de la construction d'un bioréacteur, une attention particulière doit être accordée à sa résistance.
  

  Pour un usage domestique et la production saisonnière de biocarburants (en saison chaude) en petits volumes, un réservoir en plastique avec un couvercle convient

• Facilité d'entretien. Plus pratique à utiliser des conteneurs cylindriques - horizontaux ou verticaux. En eux, le mélange peut être organisé dans tout le volume, aucune zone stagnante ne se forme.Les conteneurs rectangulaires sont plus faciles à mettre en œuvre lors de la construction de vos propres mains, mais des fissures se forment souvent dans les coins et le substrat y stagne. Le mélanger dans les coins est très problématique.

Toutes ces exigences pour la construction d'une usine de biogaz doivent être respectées, car elles garantissent la sécurité et créent des conditions normales pour la transformation du fumier en biogaz.

Quels matériaux peuvent être fabriqués

La résistance aux milieux agressifs est la principale exigence pour les matériaux à partir desquels le conteneur peut être fabriqué. Le substrat dans le bioréacteur peut être acide ou alcalin. En conséquence, le matériau à partir duquel le récipient est fabriqué doit bien tolérer divers environnements.

Peu de matériaux répondent à ces demandes. La première chose qui me vient à l'esprit est le métal. Il est durable, vous pouvez en fabriquer un contenant de n'importe quelle forme. Ce qui est bien, c'est que vous pouvez utiliser un conteneur prêt à l'emploi - une sorte de vieux réservoir. Dans ce cas, la construction d'une usine de biogaz prendra très peu de temps. Manque de métal - il réagit avec les substances chimiquement actives et commence à se décomposer. Pour neutraliser ce moins, le métal est recouvert d'un revêtement protecteur.

Une excellente option est un récipient de bioréacteur en polymère. Le plastique est chimiquement neutre, ne pourrit pas, ne rouille pas. Il vous suffit de choisir parmi des matériaux capables de résister au gel et au chauffage à des températures suffisamment élevées. Les parois du réacteur doivent être épaisses, de préférence renforcées de fibres de verre. Ces conteneurs ne sont pas bon marché, mais ils servent pendant longtemps.

Il est possible de construire un bioréacteur pour la production de biogaz à partir de briques, mais il doit être bien enduit avec l'utilisation d'additifs qui assurent l'imperméabilité à l'hydro et aux gaz

Une option moins chère est une usine de biogaz avec un réservoir en briques, blocs de béton, pierre. Pour que la maçonnerie puisse résister à des charges élevées, il est nécessaire de renforcer la maçonnerie (dans chaque 3 à 5 rangées, en fonction de l'épaisseur du mur et du matériau). Une fois le processus de montage des murs terminé, pour assurer l'imperméabilité à l'eau et aux gaz, un traitement multicouche ultérieur des murs est nécessaire à la fois de l'intérieur et de l'extérieur. Les murs sont enduits d'une composition ciment-sable avec des additifs (additifs) qui fournissent les propriétés requises.

Dimensionnement du réacteur

Le volume du réacteur dépend de la température choisie pour transformer le fumier en biogaz. Le plus souvent, le mésophile est choisi - il est plus facile à entretenir et suppose la possibilité d'une charge supplémentaire quotidienne du réacteur. La production de biogaz après avoir atteint le mode normal (environ 2 jours) est stable, sans rafales ni creux (lorsque les conditions normales sont créées). Dans ce cas, il est judicieux de calculer le volume de l'usine de biogaz en fonction de la quantité de fumier générée sur l'exploitation par jour. Tout est facilement calculé sur la base des données moyennes.

La décomposition du fumier à des températures mésophiles dure de 10 à 20 jours. En conséquence, le volume est calculé en multipliant par 10 ou 20. Lors du calcul, il est nécessaire de prendre en compte la quantité d'eau nécessaire pour amener le substrat à un état idéal - sa teneur en humidité doit être de 85 à 90%.Le volume trouvé est augmenté de 50%, car la charge maximale ne doit pas dépasser 2/3 du volume du réservoir - le gaz doit s'accumuler sous le plafond.

Par exemple, la ferme compte 5 vaches, 10 porcs et 40 poulets. En substance, 5 * 55 kg + 10 * 4,5 kg + 40 * 0,17 kg = 275 kg + 45 kg + 6,8 kg = 326,8 kg sont formés. Pour amener le fumier de poulet à 85% d'humidité, vous devez ajouter un peu plus de 5 litres d'eau (soit 5 kg supplémentaires). Le poids total est de 331,8 kg. Pour un traitement en 20 jours, vous avez besoin de: 331,8 kg * 20 = 6636 kg - environ 7 cubes uniquement pour le substrat. Nous multiplions le chiffre trouvé par 1,5 (augmentation de 50%), nous obtenons 10,5 mètres cubes. Ce sera la valeur calculée du volume du réacteur de la centrale de biogaz.

Chargement et déchargement

Les trappes de chargement et de déchargement mènent directement au réservoir du bioréacteur. Afin que le substrat soit uniformément réparti sur toute la surface, ils sont réalisés dans les extrémités opposées du récipient.

Schéma d'un réacteur biogaz sans préchauffage

Dans le cas d'une installation enterrée d'une installation de biogaz, les tuyaux de chargement et de déchargement s'approchent du corps à un angle aigu. De plus, l'extrémité inférieure du tuyau doit être en dessous du niveau de liquide dans le réacteur. Cela empêche l'air de pénétrer dans le conteneur. En outre, des vannes rotatives ou d'arrêt sont installées sur les tuyaux, qui sont fermés en position normale. Ils ne s'ouvrent que pendant le chargement ou le déchargement.

Comme le fumier peut contenir de gros fragments (litière, tiges d'herbe, etc.), les tuyaux de petit diamètre sont souvent obstrués. Par conséquent, pour le chargement et le déchargement, ils doivent avoir un diamètre de 20 à 30 cm.Ils doivent être montés avant de commencer les travaux d'isolation de l'installation de biogaz, mais après l'installation du conteneur.

Formes de bioréacteur et options pour le chargement et le déchargement des trappes

Le mode de fonctionnement le plus pratique d'une installation de biogaz est le chargement et le déchargement réguliers du substrat. Cette opération peut être effectuée une fois par jour ou une fois tous les deux jours. Le fumier et les autres composants sont pré-collectés dans un réservoir de stockage, où ils sont amenés à l'état requis - ils sont broyés, si nécessaire, humidifiés et mélangés. Pour plus de commodité, ce récipient peut être équipé d'un agitateur mécanique. Le substrat préparé est versé dans la trappe d'accès. En plaçant le récipient de collecte au soleil, le substrat sera préchauffé, ce qui réduira le coût de maintien de la température requise.

Il est souhaitable de calculer la profondeur d'installation de la trémie de réception afin que les déchets y pénètrent par gravité. Il en va de même pour la décharge dans le bioréacteur. Le meilleur cas est si le substrat préparé se déplace par gravité. Et un amortisseur le clôturera pendant la préparation.

Installation de biogaz avec agitateur et chauffage

Pour assurer l'étanchéité de l'installation de biogaz, les trappes sur la trémie de réception et dans la zone de déchargement doivent être munies d'un joint en caoutchouc étanche. Moins il y a d'air dans le réservoir, plus le gaz de sortie sera propre.

Collecte et élimination du biogaz

Le biogaz est évacué du réacteur par un tuyau dont une extrémité est sous le toit, l'autre est généralement abaissée dans un joint hydraulique. Il s'agit d'un conteneur avec de l'eau, dans lequel le biogaz résultant est évacué. Il y a un deuxième tuyau dans le joint hydraulique - il est au-dessus du niveau du liquide. Du biogaz plus propre y entre. Une vanne d'arrêt de gaz est installée à la sortie de leur bioréacteur. La meilleure option est la balle.

Quels matériaux peuvent être utilisés pour le système de transport de gaz? Tuyaux métalliques galvanisés et tuyaux de gaz en PEHD ou PPR. Ils doivent assurer l'étanchéité, les coutures et les joints sont vérifiés avec de la mousse de savon. L'ensemble du pipeline est assemblé à partir de tuyaux et de raccords de même diamètre. Pas de contractions ni d'extensions.

Purification des impuretés

La composition approximative du biogaz produit est la suivante:

Filtre pour la purification du biogaz du sulfure d'hydrogène

Pour éliminer le sulfure d'hydrogène, un filtre à copeaux métalliques est utilisé.Vous pouvez charger de vieilles éponges métalliques dans le conteneur. La purification se déroule de la même manière: du gaz est introduit dans la partie inférieure d'un récipient rempli de métal. En passant, il est purifié du sulfure d'hydrogène, s'accumule dans la partie supérieure libre du filtre, d'où il est évacué par un autre tuyau / tuyau.

Réservoir d'essence et compresseur

Le biogaz purifié entre dans un réservoir de stockage - un réservoir de gaz. Il peut s'agir d'un sac en plastique scellé, d'un contenant en plastique. La condition principale est l'étanchéité au gaz, la forme et le matériau n'ont pas d'importance. Le stock de biogaz est stocké dans le gasholder. De là, à l'aide d'un compresseur, du gaz sous une certaine pression (réglée par le compresseur) est fourni au consommateur - à la cuisinière à gaz ou à la chaudière. Ce gaz peut également être utilisé pour produire de l'électricité à l'aide d'un générateur.

Une des options pour les réservoirs d'essence

Pour créer une pression stable dans le système après le compresseur, il est conseillé d'installer un récepteur - un petit appareil pour niveler les coups de bélier.

Appareils de mélange

Pour que l'installation de biogaz fonctionne en mode normal, il est nécessaire d'agiter régulièrement le liquide dans le bioréacteur. Ce processus simple résout de nombreux problèmes:

• mélange une partie fraîche de la charge avec une colonie de bactéries;
• favorise la libération du gaz produit;
• uniformise la température du liquide, à l'exclusion des zones plus chaudes et plus froides;
• maintient l'uniformité du substrat en empêchant l'affaissement ou la flottaison de certains constituants.

En règle générale, une petite usine de biogaz artisanale dispose d'agitateurs mécaniques entraînés par la puissance musculaire. Dans les systèmes à grand volume, les agitateurs peuvent être entraînés par des moteurs, qui sont activés par une minuterie.

Types d'agitateurs pour bioréacteurs

La deuxième façon consiste à remuer le liquide en y faisant passer une partie du gaz produit. Pour ce faire, après avoir quitté le méta-réservoir, un té est placé et une partie du gaz est versée dans la partie inférieure du réacteur, d'où elle sort par un tube percé. Cette partie du gaz ne peut pas être considérée comme un débit, car elle entre toujours à nouveau dans le système et, par conséquent, finit dans le gasholder.

La troisième méthode de mélange consiste à pomper le substrat de sa partie inférieure à l'aide de pompes fécales, à le verser par le haut. L'inconvénient de cette méthode est la dépendance à la disponibilité de l'électricité.

Système de chauffage et isolation thermique

Sans chauffer le lisier traité, les bactéries psychophiles se multiplieront. Le processus de traitement dans ce cas prendra 30 jours et le rendement en gaz sera faible. En été, en présence d'une isolation thermique et du préchauffage de la charge, il est possible d'atteindre des températures allant jusqu'à 40 degrés, lorsque le développement de bactéries mésophiles commence, mais en hiver, une telle installation est pratiquement inopérante - les processus sont très lents. À des températures inférieures à + 5 ° C, ils gèlent pratiquement.

Dépendance du moment de la transformation du fumier en biogaz en fonction de la température

Comment chauffer et où placer

Pour de meilleurs résultats, utilisez le chauffage. Le plus rationnel est le chauffage de l'eau de la chaudière. La chaudière peut fonctionner à l'électricité, au combustible solide ou liquide, elle peut également être démarrée sur le biogaz produit. La température maximale à laquelle l'eau doit être chauffée est de + 60 ° C. Des tuyaux plus chauds peuvent faire adhérer des particules à la surface, ce qui réduit l'efficacité du chauffage.

Vous pouvez également utiliser le chauffage direct - insérer des éléments chauffants, mais premièrement, il est difficile d'organiser le mélange, et deuxièmement, le substrat collera à la surface, réduisant le transfert de chaleur, les éléments chauffants brûleront rapidement

Une installation de biogaz peut être chauffée à l'aide de radiateurs de chauffage standard, simplement avec des tuyaux torsadés en bobine, des registres soudés. Il est préférable d'utiliser des tuyaux en polymère - métal-plastique ou polypropylène.Les tuyaux ondulés en acier inoxydable conviennent également, ils sont plus faciles à poser, en particulier dans les bioréacteurs verticaux cylindriques, mais la surface ondulée provoque l'adhérence des sédiments, ce qui n'est pas très bon pour le transfert de chaleur.

Pour réduire la possibilité de dépôt de particules sur les éléments chauffants, ceux-ci sont situés dans la zone du mélangeur. Seulement dans ce cas, tout doit être conçu de manière à ce que le mélangeur ne puisse pas toucher les tuyaux. Il semble souvent qu'il est préférable de placer les radiateurs au fond, mais la pratique a montré qu'un tel chauffage est inefficace en raison des sédiments au fond. Il est donc plus rationnel de placer les radiateurs sur les murs de l'usine de biogaz metatenka.

Méthodes de chauffage de l'eau

Selon la méthode de disposition des tuyaux, le chauffage peut être externe ou interne. Lorsqu'il est installé à l'intérieur, le chauffage est efficace, mais la réparation et l'entretien des appareils de chauffage sont impossibles sans arrêter et pomper le système. Par conséquent, une attention particulière est portée à la sélection des matériaux et à la qualité des connexions.

Le chauffage augmente la productivité de l'usine de biogaz et raccourcit le temps de traitement des matières premières

Lorsque les appareils de chauffage sont situés à l'extérieur, il faut plus de chaleur (le coût de chauffage du contenu d'une installation de biogaz est beaucoup plus élevé), car beaucoup de chaleur est dépensée pour chauffer les murs. Mais le système est toujours disponible pour réparation et le chauffage est plus uniforme, car l'environnement est chauffé par les murs. Un autre avantage de cette solution est que les agitateurs ne peuvent pas endommager le système de chauffage.

Comment isoler

Au fond de la fosse, on verse d'abord une couche de nivellement de sable, puis une couche d'isolation thermique. Il peut s'agir d'argile mélangée à de la paille et de l'argile expansée, du laitier. Tous ces composants peuvent être mélangés, peuvent être saupoudrés en couches séparées. Ils sont nivelés à l'horizon, la capacité de l'usine de biogaz est installée.

Les côtés du bioréacteur peuvent être isolés avec des matériaux modernes ou des méthodes anciennes classiques. Des méthodes à l'ancienne - revêtement d'argile et de paille. Il est appliqué en plusieurs couches.

Des matériaux modernes sont utilisés pour isoler les bioréacteurs

À partir de matériaux modernes, vous pouvez utiliser de la mousse de polystyrène extrudé haute densité, des blocs de béton cellulaire basse densité, mousse de polyuréthane expansée... Le plus avancé technologiquement dans ce cas est la mousse de polyuréthane (PPU), mais les services pour son application ne sont pas bon marché. Mais le résultat est une isolation thermique sans soudure, qui minimise les coûts de chauffage. Il existe un autre matériau isolant thermique - le verre expansé. En dalles, il est très cher, mais sa bataille ou ses miettes coûte très peu, et selon ses caractéristiques, il est presque parfait: il n'absorbe pas l'humidité, n'a pas peur du gel, il tolère bien les charges statiques, et a une faible conductivité thermique.