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Installations pour la production de biogaz

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Installations pour la production de biogaz

Qu'est-ce que le biogaz?
Récemment, une attention de plus en plus grande a été portée aux sources d'énergie non traditionnelles, du point de vue technique: le rayonnement solaire, les marées et les vagues et bien plus encore. Certains d'entre eux, tels que le vent, ont été largement utilisés dans le passé et connaissent aujourd'hui une seconde naissance. Un des types de "matières premières oubliées" est le biogaz, utilisé dans la Chine ancienne et "ouvert" à notre époque.
Qu'est ce que le biogaz? Ce terme fait référence à un produit gazeux obtenu sous forme anaérobie, c'est-à-dire se produisant sans accès à l'air, à la fermentation (ligature) de substances organiques d'origines diverses. Dans toute agriculture paysanne au cours de l'année, une quantité importante de fumier est collectée, les feuilles des plantes, divers déchets. Habituellement, après décomposition, ils sont utilisés comme engrais organique. Cependant, très peu de personnes savent combien de biogaz et de chaleur sont libérés pendant la fermentation. Mais cette énergie aussi peut faire du bon travail pour les villageois.

Le biogaz est un mélange de gaz. Ses principaux composants sont le méthane (CH4) - 55-70% et le dioxyde de carbone (CO2) - 28-43%, ainsi que de très petites quantités d’autres gaz, par exemple l’hydrogène sulfuré (H2S).
En moyenne, 1 kg de matière organique, biodégradable à 70%, produit 0,18 kg de méthane, 0,32 kg de dioxyde de carbone, 0,2 kg d'eau et 0,3 kg d'un résidu indissoluble.
Facteurs affectant la production de biogaz.
La décomposition des déchets organiques étant due à l’activité de certains types de bactéries, l’environnement a un impact significatif sur celle-ci. Ainsi, la quantité de gaz produite dépend dans une large mesure de la température: plus la température et le degré de fermentation des matières premières organiques sont élevés, plus la température est élevée. C'est pourquoi, probablement, les premières usines de biogaz sont apparues dans des pays au climat chaud. Cependant, l'utilisation d'une isolation thermique fiable, et parfois aussi d'eau chauffée, permet de maîtriser la construction de générateurs de biogaz dans les régions où la température chute à -20 ° C en hiver. Il existe certaines exigences pour les matières premières: elles doivent être adaptées au développement de bactéries, contenir de la matière organique biodégradable et en grande quantité d'eau (90-94%). Il est souhaitable que le milieu soit neutre et sans substances qui interfèrent avec l'action des bactéries: par exemple, savon, lessives, antibiotiques.

Pour produire du biogaz, vous pouvez utiliser des déchets végétaux et ménagers, du fumier, des eaux usées, etc. En cours de fermentation, le liquide dans le réservoir a tendance à être divisé en trois fractions. Supérieur - une croûte formée de grosses particules entraînées par des bulles de gaz montantes peut, après un certain temps, devenir très solide et empêcher la libération de biogaz. Le liquide s'accumule dans la partie centrale du fermenteur et la fraction inférieure, semblable à la boue, précipite.
Les bactéries sont les plus actives dans la zone médiane. Par conséquent, le contenu du réservoir doit être périodiquement mélangé - au moins une fois par jour et de préférence jusqu'à six fois. L'agitation peut être réalisée au moyen de dispositifs mécaniques, par des moyens hydrauliques (recirculation sous l'action de la pompe), sous la pression du système pneumatique (recyclage partiel du biogaz) ou par diverses méthodes d'auto-agitation.
Installations pour la production de biogaz.
En Roumanie, les générateurs de biogaz sont largement utilisés. Une des premières installations individuelles (Fig. 1A) a été mise en service en décembre 1982. Depuis lors, elle a fourni du gaz à trois familles avoisinantes, chacune disposant d'une cuisinière à gaz conventionnelle à trois brûleurs et d'un four. Le fermenteur se situe dans une fosse d'environ 4 m de diamètre et de 2 m de profondeur (volume environ 21 m3), posée à l'intérieur par un fer à souder, soudé deux fois: d'abord par soudure électrique, puis fiabilisation. Pour la protection anticorrosion, la surface interne du réservoir est recouverte de résine. En dehors du bord supérieur du fermenteur, une rainure annulaire en béton d'une profondeur d'environ 1 m fait office de septum; Dans cette rainure remplie d'eau, la partie verticale de la cloche qui ferme le réservoir coulisse.
La cloche mesure environ 2,5 m de haut - elle est en tôle d'acier de deux millimètres. Dans la partie supérieure, le gaz est collecté.
L’auteur de ce projet a choisi l’option consistant à collecter le gaz différemment des autres installations en utilisant un tuyau situé à l’intérieur du fermenteur et disposant de trois branches souterraines, soit trois fermes. De plus, l'eau dans la rainure du joint hydraulique circule, ce qui empêche le givrage en hiver. Le fermenteur contient environ 12 m3 de fumier frais, sur lesquels l’urine de vache se déverse (sans ajouter d’eau, le générateur commence à fonctionner 7 jours après le remplissage).






Une disposition similaire comporte une installation supplémentaire (Fig. 1B). Son fermenteur est réalisé dans une fosse de section carrée de 2x2 et d’une profondeur d’environ 2,5 m, et est recouvert de dalles en béton armé de 10-12 cm d’épaisseur, enduites de ciment et recouvertes de résine pour l’étanchéité. La rainure du joint hydraulique d’une profondeur d’environ 50 cm est également en béton, la cloche est soudée à partir de fer à toiture et peut coulisser librement sur quatre "oreilles" le long de quatre guides verticaux montés sur un réservoir en béton. La hauteur de la cloche est d'environ 3 m, dont 0,5 m est immergé dans la rainure.
Au premier remplissage, 8 m3 de fumier de vache frais ont été chargés dans le fermenteur et environ 400 litres d’urine de vache ont été ajoutés. Au bout de 7 à 8 jours, l’installation fournissait déjà du gaz aux propriétaires.

Un générateur similaire a un générateur de biogaz, conçu pour recevoir 6 m3 de fumier mélangé (de vaches, de moutons et de porcs). Cela suffisait pour assurer le fonctionnement normal de la cuisinière à gaz avec trois brûleurs et un four.

Une autre installation diffère de tout autre détail constructif: trois grandes chambres de tracteur qui lui sont raccordées au moyen d'un tuyau en T sont raccordées au fermenteur, reliées entre elles (Fig. 2). La nuit, lorsque le biogaz n'est pas utilisé et s'accumule sous la cloche, il existe un risque que ce dernier se renverse en raison d'une pression excessive. Le réservoir en caoutchouc sert de réservoir supplémentaire. La taille du fermenteur 2h2x1,5 m suffit pour le fonctionnement de deux brûleurs, et avec une augmentation du volume utile de l'installation à 1 m3, vous pouvez obtenir la quantité de biogaz suffisante pour chauffer la maison.
La particularité de cette variante de l'installation est un dispositif de cloche de 138 cm de hauteur et 150 cm de hauteur à partir d'un tissu caoutchouté utilisé pour la fabrication de bateaux pneumatiques. Le fermenteur est un réservoir en métal de 140x380 cm et a un volume de 4,7 m3. La cloche est introduite dans le fumier fermenté à une profondeur d'au moins 30 cm pour constituer une barrière hydraulique à la sortie de biogaz dans l'atmosphère. Dans la partie supérieure du réservoir de gonflement, une grue connectée au tuyau est fournie; sur le gaz vient à la cuisinière à gaz avec trois brûleurs et une colonne pour chauffer l'eau. Pour assurer des conditions optimales pour le fermenteur, le fumier est mélangé à de l'eau chaude.
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une teneur en humidité de 90% et une température de 30-35 °.

Pour chauffer le fermenteur, l'effet de la serre est également utilisé. Au-dessus du conteneur est construit un cadre métallique recouvert d'un film de polyéthylène: dans des conditions météorologiques défavorables, il retient la chaleur et permet d'accélérer considérablement le processus de décomposition des matières premières.

En Roumanie, les générateurs de biogaz sont également utilisés dans les fermes d'État ou coopératives. En voici un. Il dispose de deux fermenteurs d'une capacité de 203 m3, fermés par un cadre avec un film de polyéthylène (figure 3). En hiver, le fumier est chauffé par de l'eau chaude. La capacité de l'usine est de 300-480 m3 de gaz par jour. Ce montant est suffisant pour répondre à tous les besoins du complexe agro-industriel local.
Conseils pratiques
Comme déjà noté, le rôle décisif. le développement du processus de fermentation est joué par la température: le chauffage des matières premières avec 15? jusqu'à 20 ° peuvent doubler la production d'énergie. Par conséquent, les générateurs ont souvent un système spécial pour chauffer les matières premières, mais la plupart des installations n'en sont pas équipées. ils n'utilisent que la chaleur dégagée au cours de la décomposition des substances organiques. L'une des conditions les plus importantes pour le fonctionnement normal du fermenteur est la disponibilité d'une ISOLATION THERMIQUE fiable. De plus, il est nécessaire de minimiser les pertes de chaleur lors du nettoyage et du remplissage du bunker de fermentation.

Il faut aussi se rappeler la nécessité d’assurer l’équilibre biochimique: le taux de production de bactéries par les acides est parfois plus élevé que le taux de consommation des bactéries du second groupe, l’acidité de la masse augmentant et la production de biogaz réduite. La situation peut être corrigée soit en réduisant la portion quotidienne des matières premières, soit en augmentant sa solubilité (si possible de l'eau chaude), soit en ajoutant une substance neutralisante - par exemple lait de chaux, lessive ou boisson gazeuse.

La production de biogaz peut être réduite par la violation du rapport carbone / azote. Dans ce cas, des substances contenant de l'azote, de l'urine ou une petite quantité de sel d'ammonium, généralement utilisées comme engrais chimiques (50 à 100 g pour 1 m3 de matière première), sont introduites dans le fermenteur.

Il convient de rappeler qu'une humidité élevée et la présence de sulfure d'hydrogène (dont la teneur en biogaz peut atteindre 0,5%) stimulent la corrosion des parties métalliques de la plante. Par conséquent, l'état de tous les autres éléments du fermenteur doit être régulièrement surveillé et soigneusement protégé sur les sites d'endommagement: il est préférable d'utiliser du plomb dans une ou deux couches, puis deux autres couches de peinture à l'huile.

En tant que pipeline pour le transport du biogaz à partir de la tuyauterie de sortie dans la partie supérieure de la cloche de l'installation jusqu'au consommateur, les deux tuyaux (métal ou plastique) et les tuyaux en caoutchouc peuvent être utilisés. Ils sont souhaitables pour conduire dans une tranchée profonde afin d’éviter les ruptures dues au gel en hiver de l’eau condensée. Si le transport de gaz au moyen d'un tuyau est effectué par voie aérienne, un dispositif spécial est nécessaire pour évacuer le condensat.








Le circuit le plus simple d'un tel dispositif est un tube en forme de U fixé au tuyau à son point le plus bas (Figure 4). La longueur de la branche libre du tube (x) doit être supérieure à la pression du biogaz exprimée en millimètres de colonne d'eau. Lorsque le condensat s'écoule dans le tube du pipeline, l'eau se déverse par son extrémité libre sans fuite de gaz.
Dans la partie supérieure de la cloche, il est également conseillé de prévoir une buse pour installer un manomètre afin de déterminer la quantité de biogaz accumulée par la quantité de pression.

L'expérience de fonctionnement des usines a montré que l'utilisation d'un mélange de différentes substances organiques en tant que matière première donne plus de biogaz que lorsque le fermenteur est chargé avec l'un des composants. La teneur en humidité de la matière première devrait être légèrement réduite en hiver (jusqu'à 88-90%) et augmentée en été (92-94%). L'eau utilisée pour la dilution doit être chaude (de préférence 35-40 °).


Les matières premières sont servies en portions, au moins une fois par jour. Après le premier chargement du fermenteur, le biogaz est souvent produit en premier, qui contient plus de 60% de dioxyde de carbone et ne brûle donc pas. Ce gaz est évacué dans l'atmosphère et après 1 à 3 jours, l'installation commencera à fonctionner normalement.