如何从粪便中获取沼气：生产工厂的基本原理和设计概述

有机原料产气机理

沼气是一种无色无味的挥发性物质，含有高达 70% 的甲烷。就其质量指标而言，它接近于传统类型的燃料——天然气。它具有良好的热值，1立方米的沼气散发出的热量与燃烧一公斤半的煤所获得的热量一样多。

我们将沼气的形成归功于厌氧菌，厌氧菌正在积极分解有机原料，这些有机原料被用作农场动物的粪便、鸟粪和任何植物的废物。

在自产沼气中，可以使用大小牲畜的鸟粪和废弃物。原料可以以纯形式使用，也可以混合形式使用，包括草、树叶、旧纸

为了激活这个过程，有必要为细菌的生命活动创造有利条件。它们应该类似于微生物在天然水库中发育的那些——在动物的胃里，那里是温暖的，没有氧气。

实际上，这两个主要条件有助于将腐烂的粪肥奇迹般地转化为环保燃料和有价值的肥料。

要获得沼气，您需要一个没有空气通道的密封反应器，其中将进行粪便发酵及其分解成组分的过程：

• 甲烷（高达 70%）；
• 二氧化碳（约 30%）；
• 其他气态物质（1-2%）。

产生的气体上升到罐的顶部，然后从那里被抽出，残留的产品沉淀下来 - 一种高质量的有机肥料，经过加工，保留了粪便中的所有有价值的物质- 氮和磷，并且已经失去了相当一部分病原微生物。

沼气反应器必须是完全密封的设计，里面没有氧气，否则粪便分解的过程会非常缓慢

粪便有效分解和形成沼气的第二个重要条件是符合温度条件。参与该过程的细菌在 +30 度的温度下被激活

此外，粪便中含有两种细菌：

• 嗜温。它们的生命活动发生在 +30 - +40 度的温度下；
• 嗜热的。为了它们的繁殖，有必要观察 +50 (+60) 度的温度范围。

第一类植物中原材料的加工时间取决于混合物的组成，范围为 12 至 30 天。同时，反应器的 1 升有用面积提供 2 升生物燃料。当使用第二种植物时，最终产品的生产时间减少到三天，沼气量增加到 4.5 升。

嗜热植物的功效是肉眼可见的，但它们的维护成本非常高，因此在选择一种或另一种获取沼气的方法之前，有必要仔细计算一切

尽管嗜热装置的效率要高十倍，但它们的使用频率要低得多，因为在反应器中保持高温会带来高成本。

中温植物的维护和维护成本更低，这就是大多数农场使用它们来生产沼气的原因。

根据能源潜力标准，沼气略逊于通常的气体燃料。但是，它含有硫酸烟雾，在选择建造装置的材料时应考虑到硫酸烟雾的存在。

使用生物技术的好处

从各种自然资源中获取生物燃料的技术并不新鲜。这方面的研究始于18世纪末，19世纪发展成功。在苏联，第一座生物能源工厂创建于上世纪四十年代。

生物技术早已在许多国家得到应用，但今天它们尤为重要。由于地球上不断恶化的环境状况和高昂的能源成本，许多人将目光转向替代能源和热源。

当然，粪肥是一种非常有价值的肥料，如果农场里有两只奶牛，那么它的使用就没有问题。另一件事是，对于有大中型牲畜的农场，每年会形成大量的恶臭和腐烂的生物材料。

为了使粪便变成优质肥料，需要有一定温度的区域，这些都是额外的成本。因此，许多农民将其存放在必要的地方，然后带到田间。

如果不遵守储存条件，高达 40% 的氮和大部分磷会从粪便中蒸发，这会显着降低其质量指标。此外，甲烷气体被释放到大气中，对地球的生态状况产生负面影响。

现代生物技术不仅可以中和甲烷对环境的有害影响，还可以使其造福人类，同时获得可观的经济效益。作为粪便处理的结果，形成沼气，然后可以从中获得数千千瓦的能量，生产废物是一种非常有价值的厌氧肥料。

图片库来自组织沼气生产系统的照片对于农场来说在经济上是可行的。如果只有两只奶牛提供原料，还不如用作肥料，处理粪便得到的气体会提供热量和能量。清洗后可供应给炉灶和锅炉，泵入汽缸，供发电机使用。结构上，最简单的加工厂很容易亲手搭建。它的主要器官是一个生物反应器，它需要很好的水和热绝缘。对于那些希望减少系统建设时间的人来说，工厂制造的塑料容器是合适的。使用它时，适用类似的建造和隔离原则。农场是沼气生产原料的主要供应商。获取和使用气态生物燃料。用自己的双手建造加工厂。生物反应器装置中的成品塑料容器。

2 处理有机废物的生物反应器

生物反应器用于处理生物废物以获得有机肥料，同时获得沼气。进行了多次修改的 BUG 安装已变得普遍。他们的表现不同。

标准沼气厂包括以下处理粪便和其他有机废物的设备：

• 均质容器；
• 液体和固体原料的装载机；
• 保安系统;
• 具有可视化的仪表和自动化；
• 带气体容器的生物反应器；
• 混合器和分离器；
• 加油站;
• 加热和水混合系统；
• 气体系统。

2.1 生物反应器中发生的过程

生物反应器由三个分开的部分组成：

沼气厂

• 开机；
• 在职的;
• 卸货。

反应器的内表面部分不是光滑的，而是制成管状容器的形式。这有助于处理过程的加速和更完整的流程。从接收段，经过工艺舱口处理成均质生物质并与水混合的底物进入生物反应器。

工作段中上部还设有密封舱口，舱口上设有监测生物质水平、沼气取样及其压力的装置。当反应器内的压力增加时，压缩机会自动开启，从而防止罐爆裂。压缩机将沼气从反应器泵送到储气罐。加热元件安装在生物反应器中，用于维持生物质发酵所需的温度。

在反应器的工作部分，温度总是高于其他两个部分。这确保了化学过程循环的完整性并提高了生产率。在反应器的这一部分，生物质不断混合，防止形成阻止沼气逸出的浮壳。

完全处理的底物进入生物反应器的卸载部分。在这里进行气体残留物和液体肥料的最终分离。

处理粪肥、鸟粪和其他任何类型的有机废物的装置在农业中有着广泛的需求和使用。沼气厂用于城市公用事业，用于处理有机废物和生产用于热电的沼气。

生物学方法的优缺点

沼气厂的设计是一个负责任的阶段，因此，在做出最终决定之前，最好权衡这种方法的利弊。

这种生产的优点包括：

1. 合理利用有机废弃物。由于安装，可以将原本只是污染环境的垃圾付诸行动。
2. 原料取之不尽。天然气和煤炭迟早会用完，但对于那些有自己经济的人来说，必要的浪费会不断出现。
3. 少量二氧化碳。使用沼气时会释放到大气中，但二氧化碳不会对环境造成不利影响。
4. 沼气厂的不间断和高效运行。与太阳能收集器或风车不同，沼气生产不依赖于外部条件。
5. 通过使用多个装置降低风险。大型生物反应器总是一个很大的威胁，但可以通过制作一个由多个发酵罐组成的系统来消除它们。
6. 获得优质肥料。
7. 节能小。

另一个好处是可能对土壤状况有益。一些植物专门用于生物质。在这种情况下，您可以选择那些可以改善土壤质量的。一个例子是高粱，它减少了它的侵蚀。

每种类型的替代来源都有其缺点。沼气厂也不例外。缺点是：

• 设备风险增加；
• 原材料加工所需的能源成本；
• 由于国内系统体积小，沼气产量可忽略不计。

最困难的事情是建造一个专为最高效、嗜热状态设计的沼气厂。在这种情况下，成本肯定会很严重。这种沼气厂的设计最好留给专业人士。

沼气的收集和处理

从反应器中去除沼气是通过管道进行的，管道的一端位于屋顶下方，另一端通常下降到水封中。这是一个装有水的容器，产生的沼气可以排放到该容器中。水封中有第二根管道 - 它位于液位上方。更纯净的沼气进入其中。在其生物反应器的出口处安装了一个截止气阀。最好的选择是球。

气体传输系统可以使用哪些材料？ HDPE或PPR制成的镀锌金属管和燃气管。他们必须确保用肥皂水检查密封性、接缝和接缝。整个管道由相同直径的管道和配件组装而成。没有收缩或扩张。

杂质的提纯

产生的沼气的大致成分如下：

沼气的大致成分

• 甲烷 - 高达 60%；
• 二氧化碳 - 35%；
• 其他气态物质（包括硫化氢，使气体产生难闻的气味） - 5%。

为了使沼气没有气味和燃烧良好，必须去除其中的二氧化碳、硫化氢和水蒸气。如果将熟石灰添加到装置底部，则二氧化碳在水封中被去除。这样的书签必须定期更改（随着气体开始燃烧得更糟，是时候更改它了）。

气体脱水可以通过两种方式完成 - 通过在气体管道中制作液压密封件 - 通过将液压密封件下方的弯曲部分插入管道中，冷凝水会在管道中积聚。这种方法的缺点是需要定期排空水封——大量收集的水会阻塞气体的通道。

第二种方法是放一个带硅胶的过滤器。原理与水封相同 - 气体被送入硅胶，从盖子下方干燥。使用这种干燥沼气的方法，硅胶必须定期干燥。为此，它需要在微波炉中加热一段时间。它升温，水分蒸发。您可以入睡并再次使用。

用于从硫化氢中清除沼气的过滤器

为了去除硫化氢，使用装有金属屑的过滤器。您可以将旧金属毛巾装入容器中。净化以完全相同的方式进行：将气体供应到装满金属的容器的下部。通过时，硫化氢被清除，收集在过滤器的上部自由部分，从那里通过另一根管道/软管排出。

储气罐和压缩机

净化后的沼气进入储罐——储气罐。它可以是密封的塑料袋，塑料容器。主要条件是气密性，形状和材料无关紧要。沼气储存在储气罐中。通过它，在压缩机的帮助下，一定压力（由压缩机设定）下的气体已经供应给消费者 - 供应给燃气灶或锅炉。这种气体也可用于使用发电机发电。

储气罐的选择之一

为了在压缩机后的系统中产生稳定的压力，最好安装一个接收器 - 一种用于平衡压力波动的小型装置。

什么是沼气

沼气是一种无色无味的挥发性物质，含有高达 70% 的甲烷。就其质量指标而言，它接近于传统类型的燃料——天然气。它具有良好的热值，1立方米的沼气散发出的热量与燃烧一公斤半的煤所获得的热量一样多。

我们将沼气的形成归功于厌氧菌，厌氧菌正在积极分解有机原料，这些有机原料被用作农场动物的粪便、鸟粪和任何植物的废物。

在自产沼气中，可以使用大小牲畜的鸟粪和废弃物。原料可以以纯形式使用，也可以混合形式使用，包括草、树叶、旧纸

为了激活这个过程，有必要为细菌的生命活动创造有利条件。它们应该类似于微生物在天然水库中发育的那些——在动物的胃里，那里是温暖的，没有氧气。实际上，这两个主要条件有助于将腐烂的粪肥奇迹般地转化为环保燃料和有价值的肥料。

有关沼气的一般信息

来自各种粪便和鸟粪的生活沼气主要由甲烷组成。那里有 50% 到 80%，这取决于谁的废品被用于生产。在我们的炉灶和锅炉中燃烧的甲烷，有时根据仪表读数，我们会为此付出很多钱。

为了了解理论上可以通过在家中或国内饲养动物获得的燃料量，我们提供了一张表格，其中包含沼气产量和其中纯甲烷含量的数据：

构成家庭沼气的其余物质（25-45%）是二氧化碳（高达 43%）和硫化氢（1%）。燃料成分中也有氮、氨和氧，但含量很少。顺便说一句，正是由于硫化氢和氨的释放，粪堆才会散发出如此熟悉的“令人愉悦”的气味。至于能量含量，1 m3 的甲烷在燃烧过程中理论上可以释放高达 25 MJ (6.95 kW) 的热能。沼气的燃烧比热取决于甲烷在其成分中的比例。

从本质上讲，它的排列方式是让粪便中的沼气自发形成，无论我们是否愿意接收它。粪堆在一年内腐烂 - 一年半，只是在露天，甚至在负温度下。一直以来，它都会排放沼气，但数量很少，因为该过程会及时延长。原因是在动物粪便中发现了数百种微生物。也就是说，什么都不需要开始放气，它会自行发生。但是要优化流程并加快速度，就需要特殊设备，这将在后面讨论。

从粪便中获取沼气的视频

地下反应堆的建设进展如何，您可以在视频中看到：

使用粪便生产沼气的装置将大大节省供暖和电费，并使用每个农场都可以大量使用的有机材料，这是有道理的。在开始施工之前，一切都必须仔细计算和准备。

使用可用的工具，您可以在几天内用自己的双手制作最简单的反应器。如果农场很大，那么最好购买现成的安装或联系专家。

生物燃料工厂的选择

进行计算后，有必要根据农场的需要决定如何进行安装以获得沼气。如果牲畜很小，那么最简单的选择是合适的，这很容易用自己的双手即兴创作。

对于拥有大量原材料的恒定来源的大型农场，建议建立工业自动化沼气系统。在这种情况下，如果没有专家参与开发项目并以专业水平安装安装，这是不可能的。

今天，有数十家公司可以提供多种选择：从现成的解决方案到单个项目的开发。为了降低建设成本，您可以与附近的农场（如果附近有的话）合作，建造一个工厂来生产所有的沼气。

需要注意的是，即使是小型装置的施工，也需要制定相关文件，制定工艺方案，设备放置和通风计划（如果设备安装在室内），通过与 SES、火灾和气体检查的协调程序。

您可以自己动手制作满足小型私人家庭需求的小型天然气生产工厂，重点关注工业规模生产的装置的设计和安装细节。

决定开始建造自己的装置的独立工匠需要储备水箱、水或下水道塑料管、弯角、密封件和用于储存装置中获得的气体的气瓶。

图片库照片来自 未来装置的主要元素是一个带有紧密研磨盖的塑料罐。照片中的容量为 700 升，必须为工作做好准备：标记并绘制管道入口孔。PVC 管将需要进入水箱，作为漏斗的适配器，塑料角，软管为了向水箱供水，胶水，用于连接它的配件更方便使用将插入其中的管道勾勒出孔的轮廓。切开孔时应格外小心。小心地将管道插入切开的孔中。它们不得被切割过程中产生的毛刺损坏。连接处填充胶水和密封剂。安装用于装载加工原料的管道，使容器底部与其下边缘之间保持 2-5 厘米。适配器用作装载原材料的漏斗，因为。正在建造的装置旨在处理食物残羹剩饭。装载粪便需要更大的漏斗和管道，同样地，形成一个孔并安装水平出口管。插入罐内的管道边缘有一个角。在盖子上开一个孔，在其中安装软管以供应处理所需的水。第一步：自制微型沼气站第二步：便携式连接部件将 PVC 管安装到罐体开孔中 第 5 步：装料管的安装规则 第 6 步：将适配器作为漏斗安装在管道上 第 7 步：安装和固定机组出水管

典型沼气厂建设

该单元由几个技术单元组成。

反应堆

代表整体钢筋混凝土容量，采用隔热材料，具有多个技术开口。反应器必须密封，以防止空气进入其内部。

生物质供料系统

为了装载原材料，该工厂配备了一个地堡。废物在这里手动或借助输送机送入。

此外，向反应器供应带有热水的管道。

搅拌器

混合叶片安装在垂直轴上，其柄部通过反应器盖上的密封孔伸出。

该装置由电动机通过齿轮减速器驱动。

电机可以手动或自动开启。

自动加热系统

加热装置安装在反应器底部。热载体可以是水或电。加热元件由设置为特定温度的恒温器打开。

分隔器

如上所述，沼气是各种气体的混合物。分离器允许您将甲烷与杂质分离，以便随后供应给消费者。

一般原则

沼气是从有机物分解中获得的产物。在腐烂/发酵的过程中，会释放出气体，通过收集可以满足自己家庭的需要。进行此过程的设备称为“沼气厂”。

在某些情况下，气体输出过多，然后将其储存在储气罐中 - 以供在数量不足期间使用。如果气体过程组织得当，可能会有太多的气体，然后可以出售剩余的气体。另一个收入来源是发酵剩菜。这是一种高效安全的肥料——在发酵过程中，大多数微生物死亡，植物种子失去发芽能力，寄生虫卵变得无法生存。向田间出口此类肥料对生产力产生积极影响。

产气条件

沼气形成过程的发生是由于废物本身所含的各种细菌的重要活动。但为了让他们积极“工作”，他们需要创造一定的条件：湿度和温度。为了创造它们，正在建造一个沼气厂。这是一个复杂的设备，其基础是生物反应器，废物在其中发生分解，伴随着气体的形成。

组织将粪便和植物废物加工成沼气的循环

将粪便加工成沼气的方式有以下三种：

• 心理模式。沼气厂的温度为 +5°C 至 +20°C。在这种条件下，分解过程缓慢，产生大量气体，质量低。
• 嗜温。设备在 +30°C 至 +40°C 的温度下进入此模式。在这种情况下，嗜温细菌会积极繁殖。在这种情况下，形成更多的气体，处理过程需要更少的时间 - 从 10 到 20 天。
• 嗜热。这些细菌在 +50°C 以上的温度下繁殖。过程最快（3-5天），产气量最大（理想条件下，1公斤输送最多可得到4.5升气体）。大多数处理气体产量的参考表都是专门针对这种模式给出的，因此在使用其他模式时，值得向下调整。

沼气厂中最困难的事情是高温状态。这需要沼气厂、加热和温度控制系统的高质量隔热。但是在输出端，我们得到了最大量的沼气。嗜热加工的另一个特点是无法重新加载。剩下的两种模式 - 心理和嗜温 - 允许您每天添加一份新鲜的准备好的原材料。但是，在嗜热模式中，较短的处理时间使得可以将生物反应器划分为多个区域，在这些区域中处理具有不同装载时间的原材料份额。

这是什么

沼气的成分类似于商业生产的天然气。沼气生产阶段：

1. 生物反应器是一种容器，其中生物物质在真空中由厌氧细菌处理。
2. 一段时间后，释放出一种气体，由甲烷、二氧化碳、硫化氢和其他气态物质组成。
3. 该气体被纯化并从反应器中除去。
4. 处理过的生物质是一种极好的肥料，可以从反应器中去除以丰富田地。

如果您住在村庄并且可以使用动物粪便，则可以在家中自己动手生产沼气。它是畜牧场和农业企业的良好燃料选择。

沼气的优势在于它可以减少甲烷排放并提供替代能源。作为生物质加工的结果，为菜园和田地形成肥料，这是一个额外的优势。

要制造自己的沼气，您需要建造一个生物反应器来处理粪便、鸟粪和其他有机废物。作为原材料使用：

• 废水;
• 稻草;
• 草;
• 河淤泥。

利用秸秆生产沼气

防止化学杂质进入反应器很重要，因为它们会干扰后处理过程。