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Biocombustible. Composición de materias primas y parámetros de su procesamiento. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.

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Microbiología

La producción de biogás y biofertilizantes a partir de residuos orgánicos se basa en la propiedad de los residuos de liberar biogás cuando se descomponen en condiciones anaeróbicas, es decir, condiciones anóxicas. Este proceso se llama digestión del metano y ocurre en tres etapas como resultado de la descomposición de la materia orgánica por dos grupos principales de microorganismos: ácido y metano.

Tres etapas de producción de biogás

El proceso de producción de biogás se puede dividir en tres etapas: hidrólisis, oxidación y generación de metano. Este complejo complejo de transformaciones involucra muchos microorganismos, el principal de los cuales son bacterias productoras de metano, tres tipos de los cuales se muestran en la Fig. 8.

Biocombustible. Composición de materias primas y parámetros de su procesamiento.
Figura 8. Tres tipos de bacterias del metano. Fuente: AT Información: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

hidrólisis

En el primer paso, (hidrólisis), la materia orgánica es fermentada externamente por las enzimas extracelulares (fibra, amilasa, proteasa y lipasa) de los microorganismos. Las bacterias descomponen cadenas largas de hidrocarburos complejos, proteínas y lípidos en cadenas más cortas.

Fermentación

Las bacterias productoras de ácido, que participan en la segunda etapa de formación del biogás, descomponen compuestos orgánicos complejos (fibras, proteínas, grasas, etc.) en otros más simples. Al mismo tiempo, aparecen productos primarios de fermentación en el medio fermentado: ácidos grasos volátiles, alcoholes inferiores, hidrógeno, monóxido de carbono, ácidos acético y fórmico, etc. Estas sustancias orgánicas son una fuente de alimento para las bacterias formadoras de metano que convierten los ácidos orgánicos en biogás

Generación de metano

Las bacterias productoras de metano involucradas en el tercer paso descomponen las formaciones de bajo peso molecular. Utilizan hidrógeno, dióxido de carbono y ácido acético. En condiciones naturales, las bacterias productoras de metano existen en presencia de condiciones anaeróbicas, por ejemplo, bajo el agua, en pantanos. Son muy sensibles a los cambios ambientales, por lo tanto, la intensidad de la evolución del gas depende de las condiciones que se creen para la vida de las bacterias formadoras de metano.

simbiosis de bacterias

Las bacterias formadoras de metano y ácido interactúan en simbiosis. Por un lado, las bacterias productoras de ácido crean una atmósfera con parámetros ideales para las bacterias productoras de metano (condiciones anaeróbicas, estructuras químicas de bajo peso molecular). Por otro lado, los microorganismos productores de metano utilizan los compuestos intermedios de las bacterias productoras de ácido. Si no se produjera esta interacción, se desarrollarían en el reactor condiciones inadecuadas para la actividad de ambos tipos de microorganismos.

Parámetros y optimización del proceso de fermentación

Las bacterias formadoras de ácido y metano son omnipresentes en la naturaleza, en particular en los excrementos animales. Por ejemplo, el sistema digestivo del ganado contiene un conjunto completo de microorganismos necesarios para la fermentación del estiércol, y el proceso de fermentación del metano comienza en los intestinos. Por lo tanto, el estiércol de ganado se utiliza a menudo como materia prima cargada en un nuevo reactor, donde las siguientes condiciones son suficientes para iniciar el proceso de fermentación:

  • Mantener las condiciones anaerobias en el reactor;
  • Cumplimiento del régimen de temperatura;
  • Disponibilidad de nutrientes para bacterias;
  • Elegir el tiempo de fermentación correcto y la carga y descarga oportuna de materias primas;
  • Cumplimiento del equilibrio ácido-base;
  • Cumplimiento de la relación de carbono y nitrógeno;
  • Selección del contenido de humedad correcto de las materias primas;
  • agitación regular;
  • Sin inhibidores de proceso.

Cada uno de los diferentes tipos de bacterias involucradas en las tres etapas de formación de metano se ven afectados de manera diferente por estos parámetros. También existe una fuerte interdependencia entre los parámetros (por ejemplo, el momento de la digestión depende del régimen de temperatura), por lo que es difícil determinar la influencia exacta de cada factor en la cantidad de biogás producido.

Mantenimiento de las condiciones anaerobias en el reactor

La actividad vital de las bacterias formadoras de metano solo es posible en ausencia de oxígeno en el reactor de una planta de biogás, por lo tanto, es necesario controlar la estanqueidad del reactor y la falta de acceso al oxígeno en el reactor.

Cumplimiento de las condiciones de temperatura

Rango de temperatura del proceso de fermentación.

Mantener la temperatura óptima es uno de los factores más importantes en el proceso de fermentación. En condiciones naturales, la formación de biogás ocurre a temperaturas de 0°C a 97°C, pero teniendo en cuenta la optimización del proceso de procesamiento de residuos orgánicos para producir biogás y biofertilizantes, se distinguen 3 regímenes de temperatura:

  • El régimen de temperatura psicófilo está determinado por temperaturas de hasta 20 - 25°C;
  • El régimen de temperatura mesófila está determinado por temperaturas de 25°C a 40°C;
  • El régimen de temperatura termófila está determinado por temperaturas superiores a 40°C.

Temperatura media mínima

El grado de producción bacteriológica de metano aumenta con el aumento de la temperatura. Pero, dado que la cantidad de amoníaco libre también aumenta con el aumento de la temperatura, el proceso de fermentación puede ralentizarse. En promedio, las plantas de biogás sin calentamiento del reactor muestran un rendimiento satisfactorio solo cuando la temperatura anual promedio es de aproximadamente 20 °C o más, o cuando la temperatura diaria promedio alcanza al menos 18 °C. A temperaturas medias de 20-28°C, la producción de gas aumenta desproporcionadamente. Si la temperatura de la biomasa es inferior a 15°C, la producción de gas será tan baja que una planta de biogás sin aislamiento térmico y calefacción ya no será económicamente viable8.

Temperatura óptima de la materia prima

La información sobre el régimen de temperatura óptimo es diferente para los diferentes tipos de materias primas, pero según los datos empíricos de las instalaciones PF "Fluid" que funcionan en Kirguistán con estiércol mixto de ganado vacuno, porcino y aves, la temperatura óptima para el régimen de temperatura mesófila es 36 - 38 °C, y para los termófilos 52 - 55 C. Las condiciones de temperatura psicofílicas se observan en instalaciones sin calefacción, en las que no existe control de temperatura. La liberación más intensa de biogás en modo psicofílico ocurre a 23°C.

Cambios de temperatura de la materia prima

El proceso de biometanización es muy sensible a los cambios de temperatura. El grado de esta sensibilidad, a su vez, depende del rango de temperatura en el que se lleva a cabo el procesamiento de las materias primas. Durante el proceso de fermentación, la temperatura cambia dentro de los límites de:

  • Régimen de temperatura psicófilo: 2°C por hora;
  • Régimen de temperatura mesófila: 1°C por hora;
  • Régimen de temperatura termófila: 0,5°C por hora.

¿Modo termofílico o mesófilo?

Las ventajas del proceso de digestión termófila incluyen: una mayor tasa de descomposición de la materia prima y, en consecuencia, un mayor rendimiento de biogás, así como la destrucción casi completa de bacterias patógenas contenidas en la materia prima.

Las desventajas de la descomposición termófila son: una gran cantidad de energía requerida para calentar la materia prima en el reactor, la sensibilidad del proceso de digestión a cambios mínimos de temperatura y una calidad ligeramente inferior de los biofertilizantes resultantes.

En el modo de fermentación mesófilo, se conserva una alta composición de aminoácidos de los biofertilizantes, pero la desinfección de las materias primas no es tan completa como en el modo termófilo.

Nutrientes

Para el crecimiento y actividad vital de las bacterias del metano, es necesaria la presencia de nutrientes orgánicos y minerales en la materia prima. Además de carbono e hidrógeno, la creación de biofertilizantes requiere una cantidad suficiente de nitrógeno, azufre, fósforo, potasio, calcio y magnesio y una cierta cantidad de oligoelementos: hierro, manganeso, molibdeno, zinc, cobalto, selenio, tungsteno, níquel y otros. La materia prima orgánica habitual: el estiércol animal contiene una cantidad suficiente de los elementos anteriores.

Tiempo de fermentación

El tiempo de digestión óptimo depende de la dosis de carga del reactor y de la temperatura del proceso de digestión. Si el tiempo de fermentación se elige demasiado corto, cuando se descarga la biomasa digerida, las bacterias se eliminan del reactor más rápido de lo que pueden multiplicarse y el proceso de fermentación prácticamente se detiene. Una exposición demasiado prolongada de las materias primas en el reactor no cumple con los objetivos de obtener la mayor cantidad de biogás y biofertilizantes durante un cierto período de tiempo.

Tiempo de respuesta del reactor

Al determinar la duración óptima de la fermentación, se utiliza el término "tiempo de rotación del reactor". El tiempo de respuesta del reactor es el tiempo durante el cual la alimentación fresca cargada en el reactor es procesada y descargada del reactor.

Para sistemas con carga continua, el tiempo de digestión promedio está determinado por la relación entre el volumen del reactor y el volumen diario de materia prima. En la práctica, el tiempo de respuesta del reactor se elige en función de la temperatura de fermentación y la composición de la materia prima en los siguientes intervalos:

  • Régimen de temperatura psicófilo: de 30 a 40 o más días;
  • Régimen de temperatura mesófila: de 10 a 20 días;
  • Régimen de temperatura termófila: de 5 a 10 días.

Dosis diaria de carga de materias primas

La dosis diaria de carga de materias primas está determinada por el tiempo de respuesta del reactor y aumenta con el aumento de la temperatura en el reactor. Si el tiempo de rotación del reactor es de 10 días, la parte diaria de la carga será 1/10 del volumen total de la materia prima cargada. Si el tiempo de respuesta del reactor es de 20 días, entonces la parte diaria de la carga será 1/20 del volumen total de la materia prima cargada. Para plantas que operan en modo termofílico, la fracción de carga puede ser de hasta 1/S de la carga total del reactor.

Tiempo de procesamiento de materia prima

La elección del tiempo de fermentación también depende del tipo de materia prima que se esté procesando. Para los siguientes tipos de materias primas procesadas en condiciones de temperatura mesófila, el tiempo durante el cual se libera la mayor parte del biogás es aproximadamente:

  • Estiércol líquido de ganado: 10 -15 días;
  • Estiércol líquido de cerdo: 9 -12 días;
  • Estiércol líquido de pollo: 10-15 días;
  • Estiércol mezclado con residuos vegetales: 40 - 80 días.

Equilibrio ácido-base pH

Las bacterias productoras de metano están mejor adaptadas para vivir en condiciones neutras o ligeramente alcalinas. En el proceso de fermentación de metano, la segunda etapa de producción de biogás es la fase activa de bacterias ácidas. En este momento, el nivel de pH disminuye, es decir, el ambiente se vuelve más ácido.

Sin embargo, durante el curso normal del proceso, la actividad vital de diferentes grupos de bacterias en el reactor es igualmente eficiente y los ácidos son procesados ​​por las bacterias del metano. El valor de pH óptimo varía según la materia prima de 6,5 a 8,5.

Puede medir el nivel de equilibrio ácido-base usando papel tornasol. Los valores del equilibrio ácido-base corresponderán al color que adquiere el papel cuando se sumerge en la materia prima fermentable.

La proporción de carbono y nitrógeno.

Uno de los factores más importantes que afectan la fermentación del metano es la proporción de carbono y nitrógeno en la materia prima. Si la relación C/N es excesivamente alta, entonces la falta de nitrógeno servirá como factor limitante del proceso de fermentación del metano. Si esta proporción es demasiado baja, se forma una cantidad tan grande de amoníaco que se vuelve tóxico para las bacterias.

Los microorganismos necesitan nitrógeno y carbono para asimilarse a su estructura celular. Varios experimentos han demostrado que el rendimiento de biogás es mayor en una proporción de carbono a nitrógeno de 10 a 20, donde el óptimo varía según el tipo de materia prima. Para lograr una alta producción de biogás, se practica la mezcla de materias primas para lograr una relación C/N óptima.

Tabla 2. Relación de nitrógeno y relación carbono-nitrógeno para la materia orgánica

biofermentable
material
Nitrógeno N,% relación de carbono
y nitrógeno С/N
A. Estiércol animal - -
Ganado 1,7 - 1,8 16,6 - 25
Pollo 3,7 - 6,3 7,3 - 9,65
Caballo 2,3 25
El cerdo 3,8 6,2 - 12,5
Oveja 3,8 33
B. Residuos domésticos - -
Heces 6 - 7,1 6 - 10
Basura de cocina 1,9 28,60
Cascara de papas 1,5 25
Repollo 3,6 12,5
tomates 3,3 12,5
C. Residuos secos vegetales - -
maíz en la mazorca 1,2 56,6
paja de grano 1,0 49,9
paja de trigo 0,5 100 - 150
paja de maiz 0,8 50
paja de avena 1,1 50
Haba de soja 1.3 33
alfalfa 2.8 16,6 - 17
Pulpa de remolacha 0,3 - 0,4 140 - 150
D. Otro - -
Grass 4 12
Aserrín 0,1 200 - 500
Follaje caido 1,0 50

Selección de la humedad adecuada de la materia prima

El metabolismo sin obstáculos en la materia prima es un requisito previo para una alta actividad bacteriana. Esto solo es posible si la viscosidad de la materia prima permite el libre movimiento de bacterias y burbujas de gas entre el líquido y los sólidos que contiene. Hay varias partículas sólidas en los residuos agrícolas.

Sólidos y materia seca en materias primas

Las partículas sólidas, tales como: arena, arcilla, etc., provocan la formación de sedimentos. Los materiales más ligeros suben a la superficie de la materia prima y forman una costra en su superficie. Esto conduce a una reducción en la producción de gas. Por lo tanto, se recomienda triturar cuidadosamente los residuos vegetales (paja, sobras, etc.) antes de cargarlos en el reactor y procurar la ausencia de sólidos en la materia prima.

El contenido de materia seca está determinado por el contenido de humedad del estiércol. Con un contenido de humedad del 70 %, la materia prima contiene un 30 % de sólidos. Los valores aproximados para el contenido de humedad del estiércol y los excrementos (estiércol y orina) para varias especies animales se dan en la Tabla 4.

Tabla 3. Cantidad y humedad de estiércol y excrementos por 1 animal

tipos de animales Cantidad media diaria de estiércol, kg/día Humedad del estiércol,% Cantidad media diaria de excrementos, kg/día Humedad del excremento,%
Ganado 36 65 55 86
Cerdos 4 65 5,1 86
Aves 0,16 75 0,16 75

La humedad de las materias primas cargadas en el reactor de la planta debe ser como mínimo del 85% en invierno y del 92% en verano. Para lograr el contenido correcto de humedad de la materia prima, el estiércol generalmente se diluye con agua caliente en una cantidad determinada por la fórmula: RH = LF ((B2 - B1): (100 - B2)), donde H es la cantidad de estiércol cargado, B1 es el contenido de humedad inicial del estiércol, B2 es el contenido de humedad requerido de las materias primas, RH: la cantidad de agua en litros. La tabla muestra la cantidad de agua requerida para diluir 100 kg de estiércol al 85% y 92% de humedad.

Tabla 4. La cantidad de agua para lograr la humedad requerida por cada 100 kg de estiércol

Humedad requerida Contenido de humedad inicial de las materias primas.
60% 65% 70% 75% 80% 85% 90%
85% 166 litros litros 133 100 litros 67 litros litros 33,5 - -
92% 400 litros 337 litros 275 litros 213 litros 15 0 litros litros 87,5 Litros 25

mezcla regular

Para el funcionamiento eficiente de la planta de biogás y el mantenimiento de la estabilidad del proceso de fermentación de las materias primas dentro del reactor, es necesario un mezclado periódico. Los propósitos principales de la mezcla son:

  • liberación de biogás producido;
  • mezcla de sustrato fresco y población bacteriana (injerto);
  • prevenir la formación de una costra y sedimento;
  • prevención de áreas de diferentes temperaturas dentro del reactor;
  • asegurar una distribución uniforme de la población bacteriana;
  • previniendo la formación de vacíos y acumulaciones que reducen el área efectiva del reactor.

A la hora de elegir el método y el método de mezcla adecuados, se debe tener en cuenta que el proceso de fermentación es una simbiosis entre diferentes cepas de bacterias, es decir, las bacterias de una especie pueden alimentar a otra especie. Cuando una comunidad se rompe, el proceso de fermentación será improductivo hasta que se forme una nueva comunidad de bacterias. Por lo tanto, la mezcla demasiado frecuente o prolongada e intensa es perjudicial. Se recomienda mezclar lentamente las materias primas cada 4 a 6 horas.

Inhibidores de procesos

La masa orgánica fermentada no debe contener sustancias (antibióticos, solventes, etc.) que afecten negativamente la actividad vital de los microorganismos. Algunas sustancias inorgánicas no contribuyen al "trabajo" de los microorganismos, por lo tanto, por ejemplo, es imposible usar el agua que queda después de lavar la ropa con detergentes sintéticos para diluir el estiércol.

Incluso si no se utilizan materiales tóxicos para la producción de biogás, una concentración demasiado alta de sustancias individuales o sal de mesa puede retardar el crecimiento de bacterias y, por lo tanto, la producción de biogás. El límite superior de algunas de las sustancias inorgánicas más comunes se da en la Tabla 5.

Tabla 5. Límites de retardo para inhibidores inorgánicos comunes

Sustancias que inhiben el crecimiento de bacterias o son tóxicas para las bacterias Inhibe el crecimiento bacteriano en concentraciones superiores
Calcio (Ca2+) 2500 4500-mg / l
Cromo (Cr3+) 200 mg / l
Cobre (Cu2+) 100 mg/litro
Magnesio (Mg2+) 1000 1500-mg / l
Manganeso (Mn2+) 1500 mg / l
Níquel (Ni3+) 200 500-mg / l
Nitrato (NO3-, calculado como N) 0.05 mg / l
Potasio (K+) 2500-4500 mg/l
Sodio (Na+) 3500 5000-mg / l
Cloruro de sodio (NaCl, sal de mesa) 40,000 ppm (peso/peso)
Sulfato (SO42-) 5,000 ppm (peso/peso)

Tipos de materias primas

Estiércol de ganado

El estiércol de ganado es la materia prima más adecuada para su procesamiento en plantas de biogás, ya que las bacterias productoras de metano ya están presentes en el estómago del ganado. La homogeneidad del estiércol vacuno nos permite recomendarlo para su uso en plantas de digestión continua.

Por lo general, el estiércol fresco se mezcla con agua y se selecciona paja sin digerir para evitar sedimentos y formación de costras. La orina del ganado aumenta significativamente la cantidad de biogás producido, por lo que se recomienda construir granjas con piso de concreto y drenaje directo de los excrementos a un tanque de mezcla.

Estiércol de cerdo

Cuando se mantienen cerdos en corrales y establos sin superficie pavimentada (hormigón, madera, etc.), solo se puede utilizar estiércol. Debe diluirse con agua para lograr la consistencia correcta para el procesamiento. El estiércol diluido con agua debe sedimentarse en un tanque para que la arena y pequeñas piedras presentes en el estiércol se asienten y no entren al reactor. De lo contrario, la arena y la tierra que ingresen al reactor se acumularán en el fondo del reactor y requerirán una limpieza frecuente. Al igual que en el caso del estiércol de ganado, se recomienda construir granjas con piso de concreto y descarga directa de excrementos a un recipiente para mezclar las materias primas.

Estiércol de oveja y cabra

Para los ovinos y caprinos criados sin pavimento, la situación es similar a la descrita para el estiércol porcino. Dado que una granja de cabras es prácticamente el único lugar para recolectar suficiente estiércol, e incluso entonces solo con la condición de cama de paja, la materia prima para una planta de biogás es principalmente una mezcla de estiércol y paja. La mayoría de los sistemas que procesan dichas materias primas funcionan por lotes, en los que se carga una mezcla de estiércol, paja y agua sin preparación previa y permanece en el reactor durante un período más largo que el estiércol puro.

Biocombustible. Composición de materias primas y parámetros de su procesamiento.
Figura 9. Crianza de cerdos en una granja con suelo de cemento. Foto: Vedenev A.G., DE "Fluido"

Excrementos de pollo

Para el procesamiento de estiércol de pollo, se recomienda el mantenimiento de jaulas de aves o la instalación de una percha sobre un área limitada adecuada para recolectar estiércol. En el caso de mantenimiento de aves en el piso, la proporción de arena, aserrín, paja en la cama será demasiado alta. Es necesario tener en cuenta posibles problemas y limpiar el reactor con más frecuencia que cuando se trabaja con otros tipos de materias primas.

El estiércol de pollo se combina bien con el estiércol de ganado y se puede procesar junto con él. Cuando se utilizan excrementos de pájaros puros como materia prima, existe el riesgo de que se produzcan altas concentraciones de amoníaco. Esto puede conducir a una baja eficiencia de la planta.

Heces

Si las heces se procesan en plantas de biogás, los inodoros deben diseñarse de modo que las heces se eliminen con una pequeña cantidad de agua. Se debe asegurar que el agua de otras fuentes no ingrese al inodoro, y la cantidad de agua de descarga debe limitarse a 0.S - 1 litro de agua para evitar una dilución excesiva de las materias primas.

Biocombustible. Composición de materias primas y parámetros de su procesamiento.
Figura 10. Procesamiento combinado de heces en una planta de biogás c. Belovodskoe. Foto: Vedenev A.G., DE "Fluido"

Salida de gas y contenido de metano

El rendimiento de gas se suele calcular en litros o metros cúbicos por kilogramo de materia seca contenida en el estiércol. La tabla muestra los valores del rendimiento de biogás por kilogramo de materia seca para diferentes tipos de materias primas después de 10-20 días de fermentación cuando la planta está operando en modo mesófilo.

Para determinar el rendimiento de biogás a partir de materia prima fresca utilizando la tabla, primero se debe determinar el contenido de humedad de la materia prima fresca. Para ello, puede secar un kilogramo de estiércol fresco y pesar el residuo seco. La humedad del estiércol en porcentaje se puede calcular mediante la fórmula: (1 - peso de estiércol seco) × 100%.

Tabla 6. Rendimiento de biogás y contenido de metano cuando se utilizan diferentes tipos de materias primas

Tipo de materia prima Salida de gas, m3 por kilogramo de materia seca Contenido de metano,%
A. Estiércol animal    
Estiércol de ganado 0,250 - 0,340 65
Estiércol de cerdo 0,340 - 0,580 65 - 70
Excrementos de pájaros 0,310 - 0,620 60
Estiércol de caballo 0,200 - 0,300 56 - 60
estiércol de oveja 0,300 - 0,620 70
B. Residuos domésticos    
Aguas residuales, heces 0,310 - 0,740 70
Residuos vegetales 0,330 - 0,500 50 - 70
Tapas de patata 0,280 - 0,490 60 - 75
tapas de remolacha 0,400 - 0,500 85
C. Residuos secos vegetales    
paja de trigo 0,200 - 0,300 50 - 60
paja de centeno 0,200 - 0,300 59
paja de cebada 0,250 - 0,300 59
paja de avena 0,290 - 0,310 59
paja de maiz 0,380 - 0,460 59
Lino 0,360 59
Cáñamo 0,360 59
Pulpa de remolacha 0,165  
hojas de girasol 0,300 59
Trébol 0,430 - 0,490  
D. Otro    
Grass 0,280 - 0,630 70
follaje de arbol 0,210 - 0,290 58

Para calcular cuánto estiércol fresco con un cierto contenido de humedad corresponderá a 1 kg de materia seca, puede hacer esto: reste el contenido de humedad del estiércol en porcentaje de 100 y luego divida 100 por este valor: 100: (100% - contenido de humedad en %).

Ejemplo 1: si determina que el contenido de humedad del estiércol de ganado utilizado como materia prima es del 85%, entonces 1 kilogramo de materia seca corresponderá a 100:(100 - 85) = unos 6,6 kilogramos de estiércol fresco. Esto significa que de 6,6 kilogramos de estiércol fresco obtenemos 0,2S0 - 0,320 m3 de biogás, y de 1 kilogramo de estiércol fresco de ganado podemos obtener 6,6 veces menos: 0,037 - 0,048 m3 de biogás.

Ejemplo 2: ha determinado el contenido de humedad del estiércol de cerdo - 80%, por lo que 1 kilogramo de materia seca será igual a 5 kilogramos de estiércol de cerdo fresco. De la tabla sabemos que 1 kilogramo de materia seca (o 5 kg de estiércol de cerdo fresco) libera 0,340 - 0 m80 de biogás. Esto significa que 1 kilogramo de estiércol de cerdo fresco libera 0,068 - 0,116 m3 de biogás.

Valores aproximados

Si se conoce el peso diario del estiércol fresco, entonces el rendimiento diario de biogás en las condiciones de Kirguistán será aproximadamente como sigue:

  • 1 tonelada de estiércol de ganado 25-30 m3 de biogás;
  • 1 tonelada de estiércol de cerdo 50 - 70 m3 de biogás;
  • 1 tonelada de excrementos de aves 50 - 60 m3 de biogás.

Debe recordarse que se dan valores aproximados para materias primas terminadas con un contenido de humedad de 85% - 92%.

Peso de biogás

El peso volumétrico del biogás es de 1,2 kg por 1 m3, por lo tanto, al calcular la cantidad de fertilizante recibido, debe restarse de la cantidad de materias primas procesadas.

Para una carga diaria promedio de 55 kg de materias primas de una cabeza de ganado y una producción diaria de biogás de 1,5 - 2,0 m3 por cabeza de ganado, la masa de materias primas disminuirá en un 4 - 5 % durante el procesamiento en una planta de biogás.

Problema de pelado

Si se observa un gran volumen de gas, pero no es lo suficientemente combustible, a menudo significa que se ha formado espuma o una costra en la superficie de la alimentación del reactor. Si la presión del gas es muy baja, esto también puede significar que se ha formado una costra que bloquea la tubería de gas. Es necesario eliminar la costra de la superficie de la materia prima en el reactor.

Quitar la corteza

Una característica de la costra que se forma en la superficie de la materia prima en el reactor de una planta de biogás es que no es quebradiza, sino viscosa y puede volverse muy dura en un corto período de tiempo. Para destruirlo, necesitas mantenerlo húmedo. Es decir, la corteza se puede verter con agua o sumergir en la materia prima.

Clasificación de materias primas.

La paja, la hierba, los tallos de hierba e incluso el estiércol simplemente seco flotan en la superficie de la materia prima, mientras que las sustancias secas y minerales se asientan en el fondo del reactor y, con el tiempo, pueden cerrar la abertura de descarga o reducir el área de trabajo del reactor. . Con materias primas adecuadamente preparadas con un contenido de agua no demasiado alto, este problema no se presenta.

materias primas terminadas

Cuando se usa estiércol de ganado fresco, no hay problema de formación de costras. Los problemas surgen cuando las sustancias orgánicas sólidas y sin descomponer están presentes en la materia prima. Antes de construir la planta, se debe verificar la alimentación animal y el estiércol para la posibilidad de procesamiento en el reactor. Puede ser necesario moler cuidadosamente el alimento y, en este caso, es mejor calcular los costos adicionales por adelantado. El problema del contenido de sólidos en las materias primas es mucho más grave para el estiércol de cerdo y el estiércol de aves. La arena picoteada por las gallinas y las plumas de los excrementos hacen que los excrementos de las aves sean una materia prima difícil.

Composición de las materias primas

Científicos de países extranjeros y de Kirguistán llevaron a cabo estudios de la composición química de las materias primas antes de su procesamiento en plantas de biogás.

Tabla 7. Composición de las materias primas antes de su procesamiento en una planta de biogás

Crudo Humedad,% Materia seca,% Ácidos húmicos sobre materia seca,% Ácidos fúlvicos,% Nivel de pH
Estiércol 96 - 98 4 - 2 14.8 1.6 6.5
Estiércol y residuos vegetales 96 - 98 4 - 2 28.3 3.7 7.5
residuos vegetales 96 - 98 4 - 2 33.5 4.0 7.3

tenacidad

La viscosidad de la materia prima durante el procesamiento se reduce notablemente, ya que la cantidad de materia sólida (paja, etc.) se reduce en un 50% por fermentación en condiciones estables.

olor

El biofertilizante tiene un olor mucho menos intenso que el olor de las materias primas utilizadas (estiércol, orina). Con suficiente tiempo de fermentación, casi todas las sustancias olorosas se procesan por completo.

Nutrientes

Las propiedades nutricionales del biofertilizante están determinadas por la cantidad de sustancias orgánicas y elementos químicos que contiene. Todos los nutrientes para las plantas, como nitrógeno, fósforo, potasio y magnesio, así como los oligoelementos y las vitaminas necesarias para el crecimiento de las plantas, se almacenan en el biofertilizante. La proporción de carbono y nitrógeno (alrededor de 1:15) tiene un efecto favorable en la calidad del suelo. La Tabla 8 muestra el contenido aproximado de nutrientes de un biofertilizante.

Tabla 8. El contenido de elementos en biofertilizante (gramos por kg de materia seca)

Crudo Fosfato P2O5 potasio K2O calcio CaO Magnesio MgO nitrógeno Na2O
Estiércol 3.05 5.64 3.25 0.98 1.75
Estiércol y residuos vegetales 6.37 7.98 5.15 1.95 3.37
residuos vegetales 6.66 8.88 5.18 2.22 3.70

Fosfato y potasio

El contenido de fosfato (una forma de fósforo absorbido directamente por las plantas) no cambia durante la fermentación de las materias primas. De esta forma, las plantas pueden absorber alrededor del 50% del contenido total de fósforo. La fermentación no afecta el contenido de potasio, del 75 al 100% del cual puede ser absorbido por las plantas.

nitrógeno

A diferencia del fosfato y el potasio, parte del nitrógeno cambia durante la fermentación. Alrededor del 75% del nitrógeno contenido en el estiércol fresco pasa a formar parte de macromoléculas orgánicas, el 25% restante se encuentra en forma mineral. Después del procesamiento en una planta de biogás, aproximadamente el 50 % del nitrógeno en el biofertilizante está en forma orgánica y el 50 % en forma mineral. El nitrógeno mineral puede ser absorbido directamente por las plantas, mientras que el nitrógeno orgánico primero debe ser mineralizado por los microorganismos del suelo.

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

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Máquina para aclarar flores en jardines. 02.05.2024

En la agricultura moderna, se están desarrollando avances tecnológicos destinados a aumentar la eficiencia de los procesos de cuidado de las plantas. En Italia se presentó la innovadora raleoadora de flores Florix, diseñada para optimizar la etapa de recolección. Esta herramienta está equipada con brazos móviles, lo que permite adaptarla fácilmente a las necesidades del jardín. El operador puede ajustar la velocidad de los alambres finos controlándolos desde la cabina del tractor mediante un joystick. Este enfoque aumenta significativamente la eficiencia del proceso de aclareo de flores, brindando la posibilidad de un ajuste individual a las condiciones específicas del jardín, así como a la variedad y tipo de fruta que se cultiva en él. Después de dos años de probar la máquina Florix en varios tipos de fruta, los resultados fueron muy alentadores. Agricultores como Filiberto Montanari, que ha utilizado una máquina Florix durante varios años, han informado de una reducción significativa en el tiempo y la mano de obra necesarios para aclarar las flores. ... >>

Microscopio infrarrojo avanzado 02.05.2024

Los microscopios desempeñan un papel importante en la investigación científica, ya que permiten a los científicos profundizar en estructuras y procesos invisibles a simple vista. Sin embargo, varios métodos de microscopía tienen sus limitaciones, y entre ellas se encuentra la limitación de resolución cuando se utiliza el rango infrarrojo. Pero los últimos logros de los investigadores japoneses de la Universidad de Tokio abren nuevas perspectivas para el estudio del micromundo. Científicos de la Universidad de Tokio han presentado un nuevo microscopio que revolucionará las capacidades de la microscopía infrarroja. Este instrumento avanzado le permite ver las estructuras internas de las bacterias vivas con una claridad asombrosa en la escala nanométrica. Normalmente, los microscopios de infrarrojo medio están limitados por la baja resolución, pero el último desarrollo de investigadores japoneses supera estas limitaciones. Según los científicos, el microscopio desarrollado permite crear imágenes con una resolución de hasta 120 nanómetros, 30 veces mayor que la resolución de los microscopios tradicionales. ... >>

Trampa de aire para insectos. 01.05.2024

La agricultura es uno de los sectores clave de la economía y el control de plagas es una parte integral de este proceso. Un equipo de científicos del Consejo Indio de Investigación Agrícola-Instituto Central de Investigación de la Papa (ICAR-CPRI), Shimla, ha encontrado una solución innovadora a este problema: una trampa de aire para insectos impulsada por el viento. Este dispositivo aborda las deficiencias de los métodos tradicionales de control de plagas al proporcionar datos de población de insectos en tiempo real. La trampa funciona enteramente con energía eólica, lo que la convierte en una solución respetuosa con el medio ambiente que no requiere energía. Su diseño único permite el seguimiento de insectos tanto dañinos como beneficiosos, proporcionando una visión completa de la población en cualquier zona agrícola. "Evaluando las plagas objetivo en el momento adecuado, podemos tomar las medidas necesarias para controlar tanto las plagas como las enfermedades", afirma Kapil. ... >>

Noticias aleatorias del Archivo

Los hijos de padres divorciados son más propensos a enfermarse 27.08.2017

Científicos de la Universidad Carnegie Mellon han estudiado cómo ciertos aspectos de la vida de los niños después del divorcio de sus padres afectan la salud a largo plazo de los niños. Resultó que los adultos cuyos padres se divorciaron cuando eran niños y luego no se comunicaron tenían tres veces más probabilidades de tener un resfriado cuando fueron expuestos intencionalmente a un virus común que los adultos cuyos padres, aunque divorciados, continuaron comunicándose. Aparentemente, esto fue el resultado de un sistema inmunológico debilitado.

"Las primeras experiencias estresantes afectan nuestra fisiología y procesos inflamatorios, lo que aumenta el riesgo de mala salud y enfermedades crónicas", dijo Michael Murphy. "Nuestro trabajo es un paso adelante en la comprensión de cómo el estrés infantil en la familia puede afectar la susceptibilidad de un niño a la enfermedad en 20 a 40 años".

En el estudio, 201 adultos sanos fueron puestos en cuarentena y expuestos al virus del resfriado común y luego monitoreados durante cinco días para ver si los participantes desarrollaron una enfermedad respiratoria. Los resultados mostraron que los adultos cuyos padres vivían separados y nunca se hablaban mientras los participantes eran niños tenían tres veces más probabilidades de desarrollar un resfriado que los niños de familias intactas. El mayor riesgo se debió, en parte, a procesos inflamatorios más activos que ocurrieron en respuesta a una infección viral. Además, aquellos cuyos padres, aunque vivían separados, continuaron comunicándose, no mostraron un mayor riesgo, en comparación con los niños de familias intactas.

"Nuestros resultados apuntan al sistema inmunitario como un contribuyente importante a los efectos negativos a largo plazo de los conflictos maritales tempranos --señala Sheldon Cohen, profesor de psicología de la Universidad Carnegie Mellon--. La comunicación entre los padres crea una especie de amortiguador de los efectos nocivos del divorcio".

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Comentarios sobre el artículo:

Anatoly
¡Gracias! Un artículo de alta calidad con una presentación detallada y profunda del material.

invitado
¡Súper, lo hice!


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