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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA
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Biocarburante. Composizione delle materie prime e parametri della sua lavorazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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microbiologia

La produzione di biogas e biofertilizzanti dai rifiuti organici si basa sulla proprietà dei rifiuti di rilasciare biogas durante la decomposizione in ambiente anaerobico, cioè condizioni prive di ossigeno. Questo processo è chiamato fermentazione del metano e avviene in tre fasi a seguito della decomposizione delle sostanze organiche da parte di due gruppi principali di microrganismi: acido e metano.

Tre fasi di produzione del biogas

Il processo di produzione del biogas può essere suddiviso in tre fasi: idrolisi, ossidazione e formazione di metano. Questo complesso insieme di trasformazioni coinvolge molti microrganismi, i principali dei quali sono batteri produttori di metano, tre tipi dei quali sono mostrati in Fig. 8.

Biocarburante. Composizione delle materie prime e parametri della sua lavorazione
Fig.8. Tre tipi di batteri del metano. Fonte: AT Information: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

idrolisi

Nella prima fase (idrolisi), la materia organica viene fermentata esternamente dagli enzimi extracellulari (fibra, amilasi, proteasi e lipasi) dei microrganismi. I batteri decompongono lunghe catene di idrocarburi complessi e proteine ​​e lipidi in catene più corte.

Fermentazione

I batteri produttori di acidi, che partecipano alla seconda fase della formazione del biogas, scompongono i composti organici complessi (fibre, proteine, grassi, ecc.) in composti più semplici. Allo stesso tempo, nel mezzo di fermentazione compaiono prodotti di fermentazione primaria: acidi grassi volatili, alcoli inferiori, idrogeno, monossido di carbonio, acidi acetico e formico, ecc. Queste sostanze organiche sono una fonte di nutrimento per i batteri che formano metano, che convertono la materia organica acidi nel biogas.

Generazione di metano

I batteri produttori di metano coinvolti nella terza fase decompongono le specie a basso peso molecolare. Utilizzano idrogeno, anidride carbonica e acido acetico. In condizioni naturali, i batteri produttori di metano esistono in condizioni anaerobiche, ad esempio sott'acqua, nelle paludi. Sono molto sensibili ai cambiamenti ambientali, quindi l'intensità dell'emissione di gas dipende dalle condizioni create per la vita dei batteri produttori di metano.

Simbiosi di batteri

I batteri che formano metano e acidi interagiscono in simbiosi. Da un lato i batteri acidificanti creano un’atmosfera con parametri ideali per i batteri produttori di metano (condizioni anaerobiche, strutture chimiche a basso peso molecolare). D'altra parte, i microrganismi produttori di metano utilizzano composti intermedi di batteri produttori di acido. Se questa interazione non si verificasse, il reattore svilupperebbe condizioni inadatte per l'attività di entrambi i tipi di microrganismi.

Parametri e ottimizzazione del processo di fermentazione

I batteri che formano acidi e metano si trovano ovunque in natura, in particolare negli escrementi degli animali. Ad esempio, il sistema digestivo del bestiame contiene una gamma completa di microrganismi necessari per la fermentazione del letame e il processo di fermentazione del metano stesso inizia nell'intestino. Pertanto, il letame bovino viene spesso utilizzato come materia prima caricata in un nuovo reattore, dove per avviare il processo di fermentazione è sufficiente fornire le seguenti condizioni:

  • Mantenimento delle condizioni anaerobiche nel reattore;
  • Rispetto del regime di temperatura;
  • Disponibilità di nutrienti per i batteri;
  • Scelta del giusto tempo di fermentazione e tempestivo carico e scarico delle materie prime;
  • Rispetto dell'equilibrio acido-base;
  • Rispetto del rapporto tra carbonio e azoto;
  • Selezione del corretto contenuto di umidità delle materie prime;
  • Mescolare regolarmente;
  • Nessun inibitore di processo.

Ciascuno dei diversi tipi di batteri coinvolti nelle tre fasi della formazione del metano è influenzato in modo diverso da questi parametri. Esiste inoltre una stretta interdipendenza tra i parametri (ad esempio, i tempi della fermentazione dipendono dalla temperatura), quindi è difficile determinare l'esatta influenza di ciascun fattore sulla quantità di biogas prodotto.

Mantenimento delle condizioni anaerobiche nel reattore

L'attività vitale dei batteri produttori di metano è possibile solo in assenza di ossigeno nel reattore di un impianto di biogas, pertanto è necessario garantire che il reattore sia sigillato e che l'ossigeno non entri nel reattore.

Rispetto del regime di temperatura

Intervallo di temperatura del processo di fermentazione

Il mantenimento della temperatura ottimale è uno dei fattori più importanti nel processo di fermentazione. In condizioni naturali, la formazione di biogas avviene a temperature comprese tra 0°C e 97°C, ma tenendo conto dell'ottimizzazione del processo di trattamento dei rifiuti organici per produrre biogas e biofertilizzanti, si distinguono 3 regimi di temperatura:

  • Il regime di temperatura psicofila è determinato da temperature fino a 20 - 25°C;
  • Il regime di temperatura mesofilo è definito da temperature comprese tra 25°C e 40°C;
  • Il regime di temperatura termofila è determinato da temperature superiori a 40°C.

Temperatura media minima

L'entità della produzione batteriologica di metano aumenta con l'aumentare della temperatura. Ma poiché con la temperatura aumenta anche la quantità di ammoniaca libera, il processo di fermentazione potrebbe rallentare. In media, gli impianti di biogas senza riscaldamento del reattore mostrano prestazioni soddisfacenti solo quando la temperatura media annuale è di circa 20°C o superiore, o quando la temperatura media diurna raggiunge almeno 18°C. A temperature medie di 20-28°C la produzione di gas aumenta in modo sproporzionato. Se la temperatura della biomassa è inferiore a 15°C, la produzione di gas sarà così bassa che un impianto di biogas senza isolamento termico e riscaldamento non sarà più economicamente redditizio8.

Temperatura ottimale della materia prima

Le informazioni relative al regime di temperatura ottimale sono diverse per i diversi tipi di materie prime, ma sulla base di dati empirici provenienti dalle installazioni dell'impianto "Fluid" operante in Kirghizistan su letame misto di bovini, suini e pollame, la temperatura ottimale per il regime di temperatura mesofilo è 36 - 38°C, e per i termofili 52 - 55 C. Condizioni di temperatura psicofile si osservano in installazioni non riscaldate in cui non vi è alcun controllo della temperatura. Il rilascio più intenso di biogas in modalità psicofila avviene a 23°C.

Cambiamenti di temperatura delle materie prime

Il processo di biometanazione è molto sensibile alle variazioni di temperatura. Il grado di questa sensibilità dipende a sua volta dall'intervallo di temperature in cui vengono lavorate le materie prime. Durante il processo di fermentazione la temperatura varia entro i limiti di:

  • Regime di temperatura psicofila: 2°C all'ora;
  • Regime di temperatura mesofila: 1°C all'ora;
  • Regime di temperatura termofila: 0,5°C all'ora.

Modalità termofila o mesofila?

I vantaggi del processo di fermentazione termofila includono: un aumento del tasso di decomposizione delle materie prime e, di conseguenza, una maggiore resa di biogas, nonché la distruzione quasi completa dei batteri patogeni contenuti nelle materie prime.

Gli svantaggi della decomposizione termofila sono: la grande quantità di energia necessaria per riscaldare le materie prime nel reattore, la sensibilità del processo di fermentazione a variazioni minime di temperatura e la qualità leggermente inferiore dei biofertilizzanti risultanti.

Con la modalità di fermentazione mesofila, l'elevata composizione aminoacidica dei biofertilizzanti viene preservata, ma la disinfezione delle materie prime non è completa come con la modalità termofila.

nutrienti

Per la crescita e il funzionamento dei batteri del metano è necessaria la presenza di nutrienti organici e minerali nelle materie prime. Oltre al carbonio e all'idrogeno, la creazione di biofertilizzanti richiede quantità sufficienti di azoto, zolfo, fosforo, potassio, calcio e magnesio e alcuni oligoelementi: ferro, manganese, molibdeno, zinco, cobalto, selenio, tungsteno, nichel e altri. Le comuni materie prime organiche - letame animale - contengono una quantità sufficiente degli elementi sopra menzionati.

Tempo di fermentazione

Il tempo di fermentazione ottimale dipende dalla dose di caricamento del reattore e dalla temperatura del processo di fermentazione. Se il tempo di fermentazione viene scelto troppo breve, durante lo scarico della biomassa fermentata, i batteri vengono eliminati dal reattore più velocemente di quanto possano moltiplicarsi e il processo di fermentazione praticamente si interrompe. Mantenere le materie prime in un reattore per troppo tempo non soddisfa gli obiettivi di ottenere la massima quantità di biogas e biofertilizzanti in un certo periodo di tempo.

Tempo di risposta del reattore

Quando si determina la durata ottimale della fermentazione, viene utilizzato il termine “tempo di risposta del reattore”. Il tempo di risposta del reattore è il tempo durante il quale la materia prima fresca caricata nel reattore viene lavorata e scaricata dal reattore.

Per i sistemi a caricamento continuo, il tempo medio di fermentazione è determinato dal rapporto tra il volume del reattore e il volume giornaliero della materia prima. In pratica, il tempo di turnover del reattore viene selezionato in base alla temperatura di fermentazione e alla composizione della materia prima nei seguenti intervalli:

  • Regime di temperatura psicofila: da 30 a 40 o più giorni;
  • Regime di temperatura mesofila: da 10 a 20 giorni;
  • Regime di temperatura termofila: da 5 a 10 giorni.

Dose giornaliera di carico delle materie prime

La dose giornaliera di carico di materia prima è determinata dal tempo di ricambio del reattore e aumenta con l'aumentare della temperatura nel reattore. Se il tempo di consegna del reattore è di 10 giorni, la frazione di carico giornaliera sarà pari a 1/10 del volume totale delle materie prime caricate. Se il tempo di consegna del reattore è di 20 giorni, la frazione di carico giornaliera sarà pari a 1/20 del volume totale delle materie prime caricate. Per gli impianti che operano in modalità termofila, la frazione di carico può arrivare fino a 1/S del volume totale di carico del reattore.

Tempo di lavorazione della materia prima

La scelta del tempo di fermentazione dipende anche dal tipo di materia prima da lavorare. Per le seguenti tipologie di materie prime lavorate in condizioni di temperatura mesofila, il tempo durante il quale viene rilasciata la maggior parte del biogas è di circa:

  • Liquame bovino: 10 -15 giorni;
  • Letame liquido suino: 9 -12 giorni;
  • Letame di pollo liquido: 10-15 giorni;
  • Letame misto a scarti vegetali: 40 - 80 giorni.

Equilibrio acido-base pH

I batteri produttori di metano sono più adatti a vivere in condizioni neutre o leggermente alcaline. Nel processo di fermentazione del metano, la seconda fase della produzione di biogas è la fase attiva dei batteri acidi. In questo momento, il livello del pH diminuisce, cioè l'ambiente diventa più acido.

Tuttavia, durante il normale svolgimento del processo, l'attività vitale dei diversi gruppi di batteri nel reattore è ugualmente efficace e gli acidi vengono trasformati da batteri metano. Il valore ottimale del pH varia a seconda della materia prima da 6,5 ​​a 8,5.

È possibile misurare il livello di equilibrio acido-base utilizzando la cartina di tornasole. I valori di equilibrio acido-base corrisponderanno al colore acquisito dalla carta quando viene immersa nella materia prima fermentescibile.

Il rapporto tra carbonio e azoto

Uno dei fattori più importanti che influenzano la fermentazione del metano è il rapporto tra carbonio e azoto nelle materie prime lavorate. Se il rapporto C/N è eccessivamente elevato, la mancanza di azoto fungerà da fattore limitante per il processo di fermentazione del metano. Se questo rapporto è troppo basso si forma una quantità di ammoniaca talmente grande da diventare tossica per i batteri.

I microrganismi richiedono sia azoto che carbonio per l'assimilazione nella loro struttura cellulare. Diversi esperimenti hanno dimostrato che la resa di biogas è massima con un rapporto carbonio/azoto compreso tra 10 e 20, dove il valore ottimale varia a seconda del tipo di materia prima. Per ottenere un'elevata produzione di biogas, viene praticata la miscelazione delle materie prime per ottenere un rapporto C/N ottimale.

Tabella 2. Rapporto dell'azoto e rapporto carbonio-azoto per la materia organica.

biofermentabile
materiale
Azoto N,% Rapporto carbonio
e azoto С/N
A. Sterco di animali - -
bestiame 1,7-1,8 16,6-25
Pollo 3,7-6,3 7,3-9,65
Cavallo 2,3 25
carne di maiale 3,8 6,2-12,5
Pecora 3,8 33
B. Rifiuti domestici - -
feci 6-7,1 6-10
Rifiuti di cucina 1,9 28,60
bucce di patata 1,5 25
Cavolo 3,6 12,5
Pomodori 3,3 12,5
C. Rifiuti secchi vegetali - -
pannocchia di mais 1,2 56,6
Paglia di grano 1,0 49,9
paglia di grano 0,5 100-150
paglia di mais 0,8 50
paglia d'avena 1,1 50
Soia 1.3 33
erba medica 2.8 16,6-17
polpa di barbabietola 0,3-0,4 140-150
D. Altro - -
erba 4 12
segatura 0,1 200-500
Fogliame caduto 1,0 50

Selezione della giusta umidità della materia prima

Il metabolismo senza impedimenti delle materie prime è un prerequisito per un'elevata attività batterica. Ciò è possibile solo se la viscosità della materia prima consente la libera circolazione di batteri e bolle di gas tra il liquido e i solidi in esso contenuti. I rifiuti agricoli contengono varie particelle solide.

Solidi e sostanza secca nelle materie prime

Le particelle solide, ad esempio: sabbia, argilla, ecc., provocano la formazione di sedimenti. I materiali più leggeri salgono alla superficie della materia prima e formano una crosta sulla sua superficie. Ciò porta ad una riduzione della formazione di gas. Pertanto, si consiglia di tritare accuratamente i residui vegetali: paglia, scarti, ecc. prima di caricarli nel reattore e adoperarsi per garantire che non vi siano solidi nella materia prima.

Il contenuto di sostanza secca è determinato dal contenuto di umidità del letame. Con un'umidità del 70% la materia prima contiene il 30% di sostanza secca. Il contenuto approssimativo di umidità del letame e degli escrementi (letame e urina) per varie specie animali è riportato nella Tabella 4.

Tabella 3. Quantità e umidità di letame ed escrementi per 1 animale

Tipi di animali Quantità media giornaliera di letame, kg/giorno Umidità del letame,% Quantità media giornaliera di escrementi, kg/giorno Umidità degli escrementi,%
bestiame 36 65 55 86
maiali 4 65 5,1 86
uccello 0,16 75 0,16 75

L'umidità delle materie prime caricate nel reattore dell'impianto deve essere almeno dell'85% in inverno e del 92% in estate. Per ottenere il corretto contenuto di umidità delle materie prime, il letame viene solitamente diluito con acqua calda in una quantità determinata dalla formula: RH = NP((B2 - B1):(100 - B2)), dove H è la quantità di letame caricato , B1 è il contenuto di umidità iniziale del letame, B2 è l'umidità richiesta delle materie prime, RH - quantità di acqua in litri. La tabella mostra la quantità di acqua necessaria per diluire 100 kg di letame all'85% e al 92% di umidità.

Tabella 4. Quantità di acqua per raggiungere il contenuto di umidità richiesto per 100 kg di letame

Umidità richiesta Contenuto di umidità iniziale delle materie prime
60% 65% 70% 75% 80% 85% 90%
85% 166 litri litri 133 100 litri 67 litri litri 33,5 - -
92% 400 litri 337 litri 275 litri 213 litri 15 0 litri litri 87,5 25 litri

Miscelazione regolare

Per un funzionamento efficiente dell'impianto di biogas e per mantenere la stabilità del processo di fermentazione delle materie prime all'interno del reattore, è necessaria una miscelazione periodica. Gli scopi principali della miscelazione sono:

  • rilascio di biogas prodotto;
  • miscelazione di substrato fresco e popolazione batterica (innesto);
  • prevenire la formazione di crosta e sedimenti;
  • prevenzione di aree di diverse temperature all'interno del reattore;
  • garantire una distribuzione uniforme della popolazione batterica;
  • impedendo la formazione di vuoti e accumuli che riducono l’area effettiva del reattore.

Quando si sceglie un metodo e un metodo di miscelazione adeguati, è necessario tenere conto del fatto che il processo di fermentazione è una simbiosi tra diversi ceppi di batteri, ovvero i batteri di una specie possono nutrire un'altra specie. Quando la comunità si rompe, il processo di fermentazione sarà improduttivo finché non si formerà una nuova comunità di batteri. Pertanto, un'agitazione troppo frequente o prolungata e intensa è dannosa. Si consiglia di mescolare lentamente le materie prime ogni 4-6 ore.

Inibitori di processo

La massa organica fermentata non deve contenere sostanze (antibiotici, solventi, ecc.) che influiscono negativamente sull'attività vitale dei microrganismi. Alcune sostanze inorganiche inoltre non contribuiscono al “lavoro” dei microrganismi, quindi non è possibile, ad esempio, utilizzare l'acqua rimasta dopo aver lavato i panni con detersivi sintetici per diluire il letame.

Anche se per la produzione di biogas non vengono utilizzati materiali tossici, una concentrazione troppo elevata di singole sostanze o sale da cucina può inibire la crescita dei batteri e quindi la produzione di biogas. Il limite superiore di alcune delle sostanze inorganiche più comuni è riportato nella Tabella 5.

Tabella 5. Limiti di ritardo per i comuni inibitori inorganici

Sostanze che inibiscono la crescita batterica o sono tossiche per i batteri Inibisce la crescita batterica a concentrazioni superiori
Calcio (Ca2+) 2500-4500 mg / l
Cromo (Cr3+) 200 mg / l
Rame (Cu2+) 100 mg/l
Magnesio (Mg2+) 1000-1500 mg / l
Manganese (Mn2+) 1500 mg / l
Nichel (Ni3+) 200-500 mg / l
Nitrato (NO3-, calcolato come N) 0.05 mg / l
Potassio(K+) 2500-4500 mg/l
Sodio (Na+) 3500-5000 mg / l
Cloruro di sodio (NaCl, sale da cucina) 40,000 ppm (p/p)
Solfato (SO42-) 5,000 ppm (p/p)

Tipi di materie prime

Letame bovino

Il letame bovino è la materia prima più adatta per la lavorazione negli impianti di biogas, poiché i batteri che producono metano sono già contenuti nello stomaco dei bovini. L'omogeneità delle deiezioni bovine ci permette di consigliarne l'uso negli impianti di digestione continua.

In genere, il letame fresco viene mescolato con acqua e da esso viene selezionata la paglia non digerita per evitare sedimenti e incrostazioni. L'urina del bestiame aumenta significativamente la quantità di biogas prodotta, quindi si consiglia di costruire allevamenti con pavimento in cemento e drenaggio diretto degli escrementi in un contenitore per la miscelazione delle materie prime.

Letame di maiale

Quando si tengono i suini in recinti e stalle senza superficie pavimentata (cemento, legno, ecc.), è possibile utilizzare solo letame. Deve essere diluito con acqua per ottenere la giusta consistenza per la lavorazione. Il letame diluito con acqua deve depositarsi in un contenitore in modo che la sabbia e le piccole pietre presenti nel letame si depositino e non entrino nel reattore. Altrimenti, la sabbia e il terreno che entrano nel reattore si accumuleranno sul fondo del reattore e richiederanno una pulizia frequente. Come per il letame bovino, si consiglia di costruire allevamenti con pavimento in cemento e scarico diretto degli escrementi in un contenitore di miscelazione.

Letame di pecora e capra

Per gli ovini e i caprini allevati senza pavimentazione la situazione è simile a quella descritta per il letame suino. Poiché un allevamento di capre è praticamente l'unico posto in cui è possibile raccogliere quantità sufficienti di letame, e anche in questo caso solo con lettiera di paglia, la materia prima per un impianto di biogas è principalmente una miscela di letame e paglia. La maggior parte dei sistemi che trattano tali materie prime funzionano in modalità di caricamento batch, in cui una miscela di letame, paglia e acqua viene alimentata senza previa preparazione e rimane nel reattore per un periodo più lungo rispetto al letame puro.

Biocarburante. Composizione delle materie prime e parametri della sua lavorazione
Fig.9. Allevamento di maiali in una fattoria con pavimento in cemento. Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Escrementi di pollo

Per trattare gli escrementi di pollo, si consiglia di tenere gli uccelli in gabbie o installare un trespolo su un'area limitata adatta alla raccolta degli escrementi. Se gli uccelli vengono tenuti sui pavimenti, la percentuale di sabbia, segatura e paglia negli escrementi sarà troppo elevata. È necessario tenere conto dei possibili problemi e pulire il reattore più spesso rispetto a quando si lavora con altri tipi di materie prime.

Il letame di pollo si sposa bene con il letame bovino e può essere lavorato insieme ad esso. Quando si utilizza letame di pollame puro come materia prima, esiste il pericolo di elevate concentrazioni di ammoniaca. Ciò potrebbe comportare una scarsa efficienza dell'installazione.

feci

Se le feci vengono trattate in impianti di biogas, i servizi igienici dovrebbero essere progettati in modo che le feci vengano sciacquate con una piccola quantità di acqua. È necessario garantire che nella toilette non entri acqua proveniente da altre fonti e la quantità di acqua di scarico deve essere limitata a 0,S - 1 litro d'acqua per evitare un'eccessiva diluizione della materia prima.

Biocarburante. Composizione delle materie prime e parametri della sua lavorazione
Figura 10. Lavorazione combinata delle feci in un impianto di biogas p. Belovodskoe. Foto: Vedenev A.G., PF "Fluido"

Produzione di gas e contenuto di metano

La produzione di gas viene solitamente calcolata in litri o metri cubi per chilogrammo di sostanza secca contenuta nel letame. Nella tabella sono riportati i valori di resa in biogas per chilogrammo di sostanza secca per diverse tipologie di materia prima dopo 10-20 giorni di fermentazione quando l'unità funziona in modalità mesofila.

Per determinare la resa di biogas da materie prime fresche utilizzando una tabella, è necessario innanzitutto determinare il contenuto di umidità delle materie prime fresche. Per fare questo puoi essiccare un chilogrammo di letame fresco e pesare il residuo secco. Il contenuto percentuale di umidità del letame può essere calcolato utilizzando la formula: (1 - peso del letame essiccato) × 100%.

Tabella 6. Resa di biogas e contenuto di metano utilizzando diversi tipi di materie prime

Tipo di materia prima Produzione di gas, m3 per chilogrammo di sostanza secca Contenuto di metano,%
A. Sterco di animali    
Letame bovino 0,250 - 0,340 65
Letame di maiale 0,340 - 0,580 65-70
Escrementi di uccelli 0,310-0,620 60
Letame di cavallo 0,200 - 0,300 56-60
letame di pecora 0,300 - 0,620 70
B. Rifiuti domestici    
Acque reflue, feci 0,310-0,740 70
Rifiuti vegetali 0,330 - 0,500 50-70
cime di patate 0,280 - 0,490 60-75
cime di barbabietola 0,400-0,500 85
C. Rifiuti secchi vegetali    
paglia di grano 0,200-0,300 50-60
Paglia di segale 0,200-0,300 59
paglia d'orzo 0,250-0,300 59
paglia d'avena 0,290-0,310 59
paglia di mais 0,380-0,460 59
lino 0,360 59
Canapa 0,360 59
polpa di barbabietola 0,165  
foglie di girasole 0,300 59
trifoglio 0,430-0,490  
D. Altro    
erba 0,280-0,630 70
fogliame degli alberi 0,210-0,290 58

Puoi calcolare quanto letame fresco con un certo contenuto di umidità corrisponderà a 1 kg di sostanza secca come segue: da 100, sottrai il contenuto di umidità del letame in percentuale, quindi dividi 100 per questo valore: 100: (100% - contenuto di umidità).

Esempio 1: se si determina che il contenuto di umidità del letame bovino utilizzato come materia prima è dell'85%, allora 1 chilogrammo di sostanza secca corrisponderà a 100:(100 - 85) = circa 6,6 chilogrammi di letame fresco. Ciò significa che da 6,6 chilogrammi di letame fresco si ottengono 0,2S0 - 0,320 m3 di biogas, e da 1 chilogrammo di letame bovino fresco si ottiene 6,6 volte meno: 0,037 - 0,048 m3 di biogas.

Esempio 2: hai determinato che il contenuto di umidità del letame suino è pari all'80%, il che significa che 1 chilogrammo di sostanza secca sarà uguale a 5 chilogrammi di letame suino fresco. Dalla tabella sappiamo che 1 chilogrammo di sostanza secca (o 5 kg di letame suino fresco) libera 0,340 - 0,S80 m di biogas. Ciò significa che 1 chilogrammo di letame suino fresco emette 0,068 - 0,116 m3 di biogas.

Valori approssimativi

Se si conosce il peso del letame fresco giornaliero, la resa giornaliera di biogas nelle condizioni del Kirghizistan sarà approssimativamente la seguente:

  • 1 tonnellata di letame bovino 25-30 m3 di biogas;
  • 1 tonnellata di letame suino 50 - 70 m3 di biogas;
  • 1 tonnellata di escrementi di uccelli 50 - 60 m3 di biogas.

Va ricordato che vengono forniti valori approssimativi per materie prime finite con un contenuto di umidità compreso tra 85% e 92%.

Peso del biogas

Il peso volumetrico del biogas è di 1,2 kg per 1 m3, pertanto, nel calcolare la quantità di fertilizzante prodotto, è necessario sottrarlo dalla quantità di materie prime lavorate.

Con un carico medio giornaliero di 55 kg di materie prime per capo di bestiame e una produzione giornaliera di biogas di 1,5 - 2,0 m3 per capo di bestiame, durante la lavorazione in un impianto di biogas la massa delle materie prime diminuirà del 4 - 5%.

Problema della buccia

Se si osserva un volume elevato di gas, ma non sufficientemente infiammabile, ciò spesso significa che si è formata schiuma o crosta sulla superficie dell'alimentazione nel reattore. Se la pressione del gas è molto bassa può anche significare che si è formata una crosta che ostruisce il tubo del gas. È necessario rimuovere la crosta dalla superficie della materia prima nel reattore.

Togliere la crosta

La particolarità della crosta che si forma sulla superficie della materia prima nel reattore di un impianto di biogas è che non è fragile, ma viscosa e può diventare molto dura in breve tempo. Per distruggerlo, devi mantenerlo umido. Cioè, la crosta può essere versata sopra con acqua o immersa nella materia prima.

Smistamento delle materie prime

Paglia, erba, steli d'erba e anche solo letame essiccato galleggiano sulla superficie della materia prima, e sostanze secche e minerali si depositano sul fondo del reattore e col tempo possono chiudere il foro di scarico o ridurre l'area di lavoro del reattore . Con materie prime adeguatamente preparate e con un contenuto di acqua non troppo elevato, questo problema non si presenta.

Materia prima finita

Quando si utilizza letame bovino fresco, non vi è alcun problema di formazione di croste. I problemi sorgono quando la materia prima contiene materia organica solida e non decomposta. Prima di costruire l'impianto è necessario verificare la possibilità di trasformazione nel reattore dei mangimi e del letame. Potrebbe essere necessario macinare a fondo il mangime e, in questo caso, è meglio calcolare preventivamente i costi aggiuntivi. Il problema dei solidi nelle materie prime è molto più serio per il letame suino e il letame di pollame. La sabbia, i polli che beccano e le piume che finiscono negli escrementi rendono gli escrementi degli uccelli una materia prima difficile.

Composizione delle materie prime

La ricerca sulla composizione chimica delle materie prime prima della lavorazione negli impianti di biogas è stata condotta da scienziati provenienti da paesi stranieri e dal Kirghizistan.

Tabella 7. Composizione delle materie prime prima della lavorazione in un impianto di biogas

Crudo Umidità,% Sostanza secca,% Acidi umici su sostanza secca,% Acidi fulvici,% Livello di PH
letame 96-98 4-2 14.8 1.6 6.5
Letame e rifiuti vegetali 96-98 4-2 28.3 3.7 7.5
rifiuti vegetali 96-98 4-2 33.5 4.0 7.3

durezza

La viscosità delle materie prime durante la lavorazione diminuisce notevolmente, poiché la quantità di sostanze solide (paglia, ecc.) viene ridotta del 50% mediante fermentazione in condizioni stabili.

odore

Il biofertilizzante ha un odore molto meno intenso dell'odore delle materie prime utilizzate (letame, urina). Dato un tempo di fermentazione sufficiente, quasi tutte le sostanze odorose vengono completamente processate.

nutrienti

Le proprietà nutrizionali di un biofertilizzante sono determinate dalla quantità di materia organica e di elementi chimici in esso contenuti. Tutti i nutrienti delle piante, come azoto, fosforo, potassio e magnesio, nonché gli oligoelementi e le vitamine necessari per la crescita delle piante sono immagazzinati nel biofertilizzante. Il rapporto carbonio/azoto (circa 1:15) ha un effetto benefico sulla qualità del suolo. La tabella 8 mostra il contenuto nutritivo approssimativo del biofertilizzante.

Tabella 8. Il contenuto di elementi nel biofertilizzante (grammi per kg di sostanza secca)

Crudo fosfato p2O5 potassio K2O calcio CaO Magnesio MgO azoto Na2O
letame 3.05 5.64 3.25 0.98 1.75
Letame e rifiuti vegetali 6.37 7.98 5.15 1.95 3.37
rifiuti vegetali 6.66 8.88 5.18 2.22 3.70

Fosfato e potassio

Il contenuto di fosfato (la forma di fosforo assorbita direttamente dalle piante) non cambia durante il processo di fermentazione della materia prima. In questa forma le piante possono assorbire circa il 50% del contenuto totale di fosforo. La fermentazione non influisce sul contenuto di potassio, dal 75 al 100% del quale può essere assorbito dalle piante.

azoto

A differenza del fosfato e del potassio, una parte dell'azoto viene modificata durante il processo di fermentazione. Circa il 75% dell'azoto contenuto nelle deiezioni fresche entra a far parte delle macromolecole organiche, il restante 25% è in forma minerale. Dopo la lavorazione in un impianto di biogas, circa il 50% dell'azoto nel biofertilizzante è in forma organica e il 50% in forma minerale. L'azoto minerale può essere assorbito direttamente dalle piante, ma l'azoto organico deve prima essere mineralizzato dai microrganismi del suolo.

Autori: Vedenev A.G., Vedeneva T.A.

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Prodotti farmaceutici personali 18.01.2018

Un gruppo di scienziati guidato da Leroy Cronin dell'Università di Glasgow ha progettato un dispositivo per l'autocreazione di vari composti chimici da semplici componenti disponibili. Gli autori ritengono che questo sarà un grande passo verso la "farmaceutica personale".

Utilizzando la stampa 3D, i ricercatori hanno progettato un dispositivo chiamato responseware. È costituito da diversi vasi interconnessi in cui possono avvenire quattro diverse reazioni chimiche. Aggiungendo vari reagenti e solventi al momento giusto e nel giusto ordine, i composti di partenza prontamente disponibili possono essere convertiti nelle sostanze desiderate. Nello specifico, nel nuovo articolo, i ricercatori hanno descritto la creazione del popolare rilassante muscolare baclofen, un farmaco anticonvulsivante, un rimedio per l'acne e una cura per il bruciore di stomaco.

Il vantaggio della tecnologia è che puoi creare un dispositivo ovunque utilizzando una stampante 3D standard. Questo può essere utile per aree difficili da raggiungere o, ad esempio, su una stazione spaziale. La tecnologia apre la possibilità di creare facilmente farmaci che vengono usati raramente e spesso commercialmente ingiustificati. Inoltre, questo approccio riduce al minimo la partecipazione delle persone a un processo di produzione pericoloso. Diventerà anche più facile per gli scienziati creare lotti di prova dei composti necessari per la ricerca.

Il rischio principale della nuova tecnologia è ovvio: la possibilità di creazione incontrollata di composti pericolosi, compresi quelli narcotici. Questo problema dovrà essere risolto se la tecnologia proposta diventa ampiamente disponibile.

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Anatoly
Grazie! Un articolo di alta qualità con una presentazione dettagliata e approfondita del materiale.

ospite
Super, ce l'ho fatta!


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