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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE
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Biocarburant. Composition des matières premières et paramètres de leur transformation. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique

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Microbiologie

La production de biogaz et de biofertilisants à partir de déchets organiques repose sur la propriété des déchets de libérer du biogaz lors de leur décomposition en anaérobie, c'est-à-dire conditions sans oxygène. Ce processus est appelé fermentation du méthane et se déroule en trois étapes à la suite de la décomposition des substances organiques par deux groupes principaux de micro-organismes - l'acide et le méthane.

Trois étapes de production de biogaz

Le processus de production de biogaz peut être divisé en trois étapes : l’hydrolyse, l’oxydation et la formation de méthane. Cet ensemble complexe de transformations implique de nombreux micro-organismes, dont les principaux sont des bactéries productrices de méthane, dont trois types sont présentés sur la Fig. 8.

Biocarburant. Composition des matières premières et paramètres de son traitement
Figure 8. Trois types de bactéries méthanes. Source : AT Information : Biogaz, projet GTZ Service d'information et de conseil sur la technologie appropriée (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996

hydrolyse

Dans la première étape (hydrolyse), la matière organique est fermentée extérieurement par des enzymes extracellulaires (fibres, amylase, protéase et lipase) de micro-organismes. Les bactéries décomposent les longues chaînes d’hydrocarbures complexes, de protéines et de lipides en chaînes plus courtes.

Fermentation

Les bactéries productrices d'acide, qui participent à la deuxième étape de la formation du biogaz, décomposent les composés organiques complexes (fibres, protéines, graisses, etc.) en composés plus simples. Dans le même temps, des produits de fermentation primaire apparaissent dans le milieu de fermentation - acides gras volatils, alcools inférieurs, hydrogène, monoxyde de carbone, acides acétique et formique, etc. Ces substances organiques sont une source de nutrition pour les bactéries méthaneuses, qui convertissent les matières organiques acides en biogaz.

Génération de méthane

Les bactéries productrices de méthane impliquées dans la troisième étape décomposent les espèces de faible poids moléculaire. Ils utilisent de l'hydrogène, du dioxyde de carbone et de l'acide acétique. Dans des conditions naturelles, les bactéries productrices de méthane existent dans des conditions anaérobies, par exemple sous l'eau ou dans les marécages. Ils sont très sensibles aux changements environnementaux, c'est pourquoi l'intensité des émissions de gaz dépend des conditions créées pour la vie des bactéries productrices de méthane.

Symbiose des bactéries

Les bactéries productrices de méthane et d’acide interagissent en symbiose. D'une part, les bactéries acidogènes créent une atmosphère avec des paramètres idéaux pour les bactéries productrices de méthane (conditions anaérobies, structures chimiques de faible poids moléculaire). D’autre part, les micro-organismes producteurs de méthane utilisent des composés intermédiaires de bactéries productrices d’acide. Si cette interaction ne se produisait pas, le réacteur développerait des conditions inappropriées pour l’activité des deux types de micro-organismes.

Paramètres et optimisation du processus de fermentation

Les bactéries acidogènes et méthaneuses se trouvent partout dans la nature, notamment dans les excréments animaux. Par exemple, le système digestif des bovins contient une gamme complète de micro-organismes nécessaires à la fermentation du fumier, et le processus de fermentation du méthane lui-même commence dans les intestins. Par conséquent, le fumier de bétail est souvent utilisé comme matière première chargée dans un nouveau réacteur, où pour démarrer le processus de fermentation, il suffit de remplir les conditions suivantes :

  • Maintenir des conditions anaérobies dans le réacteur ;
  • Respect du régime de température;
  • Disponibilité des nutriments pour les bactéries ;
  • Choisir le bon temps de fermentation et le chargement et le déchargement en temps opportun des matières premières ;
  • Respect de l'équilibre acido-basique ;
  • Respect du ratio de carbone et d'azote ;
  • Sélection de la bonne teneur en humidité des matières premières ;
  • Brassage régulier;
  • Aucun inhibiteur de processus.

Chacun des différents types de bactéries impliqués dans les trois étapes de formation du méthane est affecté différemment par ces paramètres. Il existe également une étroite interdépendance entre les paramètres (par exemple, le moment de la fermentation dépend de la température), il est donc difficile de déterminer l'influence exacte de chaque facteur sur la quantité de biogaz produite.

Maintien des conditions anaérobies dans le réacteur

L'activité vitale des bactéries productrices de méthane n'est possible qu'en l'absence d'oxygène dans le réacteur d'une usine de biogaz, il faut donc s'assurer que le réacteur est hermétique et que l'oxygène n'y pénètre pas.

Respect des conditions de température

Plage de température du processus de fermentation

Le maintien d’une température optimale est l’un des facteurs les plus importants du processus de fermentation. Dans des conditions naturelles, la formation de biogaz se produit à des températures de 0°C à 97°C, mais compte tenu de l'optimisation du processus de traitement des déchets organiques pour produire du biogaz et des biofertilisants, on distingue 3 régimes de température :

  • Le régime de température psychophile est déterminé par des températures allant jusqu'à 20 - 25°C;
  • Le régime de température mésophile est défini par des températures de 25°C à 40°C ;
  • Le régime de température thermophile est déterminé par des températures supérieures à 40°C.

Température moyenne minimale

L'ampleur de la production bactériologique de méthane augmente avec l'augmentation de la température. Mais comme la quantité d’ammoniac libre augmente également avec la température, le processus de fermentation peut ralentir. En moyenne, les installations de biogaz sans chauffage de réacteur n'affichent des performances satisfaisantes que lorsque la température moyenne annuelle est d'environ 20°C ou plus, ou lorsque la température diurne moyenne atteint au moins 18°C. À des températures moyennes de 20 à 28°C, la production de gaz augmente de manière disproportionnée. Si la température de la biomasse est inférieure à 15°C, la production de gaz sera si faible qu'une installation de biogaz sans isolation thermique ni chauffage cessera d'être économiquement rentable8.

Température optimale des matières premières

Les informations concernant le régime de température optimal sont différentes selon les types de matières premières, mais sur la base de données empiriques provenant des installations de l'usine "Fluid" opérant au Kirghizistan sur du fumier mélangé de bovins, de porcs et de volailles, la température optimale pour le régime de température mésophile est de 36 à 38°C, et pour les thermophiles de 52 à 55 C. Des conditions de température psychophiles sont observées dans les installations non chauffées dans lesquelles il n'y a pas de contrôle de température. Le dégagement de biogaz le plus intense en mode psychophile se produit à 23°C.

Changements de température des matières premières

Le procédé de biométhanation est très sensible aux changements de température. Le degré de cette sensibilité dépend à son tour de la plage de température dans laquelle les matières premières sont traitées. Pendant le processus de fermentation, la température évolue dans les limites de :

  • Régime de température psychophile : 2°C par heure ;
  • Régime de température mésophile : 1°C par heure ;
  • Régime de température thermophile : 0,5°C par heure.

Mode thermophile ou mésophile ?

Les avantages du processus de fermentation thermophile comprennent : un taux accru de décomposition des matières premières et, par conséquent, un rendement plus élevé en biogaz, ainsi que la destruction presque complète des bactéries pathogènes contenues dans les matières premières.

Les inconvénients de la décomposition thermophile sont : la grande quantité d'énergie nécessaire pour chauffer les matières premières dans le réacteur, la sensibilité du processus de fermentation aux changements minimes de température et la qualité légèrement inférieure des biofertilisants obtenus.

Avec le mode de fermentation mésophile, la composition élevée en acides aminés des biofertilisants est préservée, mais la désinfection des matières premières n'est pas aussi complète qu'avec le mode thermophile.

Nutriments

Pour la croissance et le fonctionnement des bactéries méthanes, la présence de nutriments organiques et minéraux dans les matières premières est nécessaire. En plus du carbone et de l'hydrogène, la création de biofertilisants nécessite des quantités suffisantes d'azote, de soufre, de phosphore, de potassium, de calcium et de magnésium et de certains oligo-éléments - fer, manganèse, molybdène, zinc, cobalt, sélénium, tungstène, nickel et autres. Les matières premières organiques courantes - le fumier animal - contiennent une quantité suffisante des éléments mentionnés ci-dessus.

Temps de fermentation

La durée de fermentation optimale dépend de la dose de charge du réacteur et de la température du processus de fermentation. Si le temps de fermentation est choisi trop court, lors du déchargement de la biomasse fermentée, les bactéries sont évacuées du réacteur plus rapidement qu'elles ne peuvent se multiplier et le processus de fermentation s'arrête pratiquement. Conserver trop longtemps les matières premières dans un réacteur ne répond pas aux objectifs d’obtention de la plus grande quantité de biogaz et de biofertilisants sur une certaine période de temps.

Délai de rotation du réacteur

Lors de la détermination de la durée optimale de fermentation, le terme « temps d’arrêt du réacteur » est utilisé. Le temps de rotation du réacteur est le temps pendant lequel la matière première fraîche chargée dans le réacteur est traitée et évacuée du réacteur.

Pour les systèmes à chargement continu, le temps de fermentation moyen est déterminé par le rapport entre le volume du réacteur et le volume quotidien de matière première. En pratique, le temps de rotation du réacteur est choisi en fonction de la température de fermentation et de la composition de la matière première dans les intervalles suivants :

  • Régime de température psychophile : de 30 à 40 jours ou plus ;
  • Régime de température mésophile : de 10 à 20 jours ;
  • Régime de température thermophile : de 5 à 10 jours.

Dose journalière de chargement de matières premières

La dose quotidienne de matière première est déterminée par le temps de rotation du réacteur et augmente avec l'augmentation de la température dans le réacteur. Si le délai d'exécution du réacteur est de 10 jours, alors la fraction de chargement journalière sera de 1/10 du volume total de matières premières chargées. Si le délai d'exécution du réacteur est de 20 jours, alors la fraction de chargement journalière sera de 1/20 du volume total de matières premières chargées. Pour les installations fonctionnant en mode thermophile, la fraction de chargement peut aller jusqu'à 1/S du volume total de chargement du réacteur.

Temps de traitement des matières premières

Le choix du temps de fermentation dépend également du type de matière première traitée. Pour les types de matières premières suivants traités dans des conditions de température mésophile, le temps pendant lequel la plus grande partie du biogaz est libérée est d'environ :

  • Fumier liquide bovin : 10 à 15 jours ;
  • Lisier de porc liquide : 9 à 12 jours ;
  • Fumier de poulet liquide : 10-15 jours ;
  • Fumier mélangé à des déchets végétaux : 40 - 80 jours.

Équilibre acido-basique pH

Les bactéries productrices de méthane sont mieux adaptées pour vivre dans des conditions neutres ou légèrement alcalines. Dans le processus de fermentation du méthane, la deuxième étape de la production de biogaz est la phase active des bactéries acides. À ce moment-là, le niveau de pH diminue, c'est-à-dire que l'environnement devient plus acide.

Cependant, au cours du déroulement normal du processus, l'activité vitale des différents groupes de bactéries dans le réacteur est tout aussi efficace et les acides sont traités par des bactéries méthanes. La valeur optimale du pH varie selon la matière première de 6,5 à 8,5.

Vous pouvez mesurer le niveau d'équilibre acido-basique à l'aide de papier de tournesol. Les valeurs de l'équilibre acido-basique correspondront à la couleur acquise par le papier lors de son immersion dans la matière première fermentescible.

Le rapport du carbone et de l'azote

L'un des facteurs les plus importants influençant la fermentation du méthane est le rapport carbone/azote dans les matières premières traitées. Si le rapport C/N est trop élevé, le manque d’azote constituera un facteur limitant pour le processus de fermentation du méthane. Si ce rapport est trop faible, une telle quantité d’ammoniac se forme qu’elle devient toxique pour les bactéries.

Les micro-organismes ont besoin à la fois d'azote et de carbone pour être assimilés dans leur structure cellulaire. Diverses expériences ont montré que le rendement du biogaz est le plus élevé à un rapport carbone/azote de 10 à 20, l'optimum variant en fonction du type de matière première. Pour obtenir une production élevée de biogaz, le mélange des matières premières est pratiqué pour obtenir un rapport C/N optimal.

Tableau 2. Rapport azote et rapport carbone/azote pour la matière organique.

biofermentable
matériau
Azote N,% Taux de carbone
et azote С/N
A. Excréments d'animaux - -
Bétail 1,7-1,8 16,6-25
Poulet 3,7-6,3 7,3-9,65
Cheval 2,3 25
Porc 3,8 6,2-12,5
Mouton 3,8 33
B. Ordures ménagères - -
Matières fécales 6-7,1 6-10
Déchets de cuisine 1,9 28,60
peaux de pommes de terre 1,5 25
Chou 3,6 12,5
Tomates 3,3 12,5
C. Déchets secs végétaux - -
épi de maïs 1,2 56,6
Paille de grains 1,0 49,9
la paille de blé 0,5 100-150
paille de maïs 0,8 50
paille d'avoine 1,1 50
Soy 1.3 33
luzerne 2.8 16,6-17
pulpe de betterave 0,3-0,4 140-150
D. Autre - -
Herbe 4 12
Sciure de bois 0,1 200-500
Feuillage tombé 1,0 50

Choisir la bonne humidité de la matière première

Un métabolisme sans entrave dans les matières premières est une condition préalable à une activité bactérienne élevée. Ceci n’est possible que si la viscosité de la matière première permet la libre circulation des bactéries et des bulles de gaz entre le liquide et les solides qu’il contient. Les déchets agricoles contiennent diverses particules solides.

Solides et matières sèches dans les matières premières

Les particules solides, par exemple : sable, argile, etc., provoquent la formation de sédiments. Les matériaux plus légers remontent à la surface de la matière première et forment une croûte à sa surface. Cela conduit à une réduction de la formation de gaz. Il est donc recommandé de bien hacher les résidus végétaux : paille, chutes, etc. avant de les charger dans le réacteur, et de s'efforcer de s'assurer qu'il n'y a pas de matières solides dans la matière première.

La teneur en matière sèche est déterminée par la teneur en humidité du fumier. A une humidité de 70 %, la matière première contient 30 % de matière sèche. La teneur approximative en humidité du fumier et des excréments (fumier et urine) pour diverses espèces animales est donnée dans le tableau 4.

Tableau 3. Quantité et humidité du fumier et des excréments pour 1 animal

Types d'animaux Quantité quotidienne moyenne de fumier, kg/jour Humidité du fumier,% Quantité quotidienne moyenne d'excréments, kg/jour Humidité des excréments,%
Bétail 36 65 55 86
Les cochons 4 65 5,1 86
Oiseau 0,16 75 0,16 75

L'humidité des matières premières chargées dans le réacteur de l'installation doit être d'au moins 85 % en hiver et 92 % en été. Pour obtenir la teneur en humidité correcte des matières premières, le fumier est généralement dilué avec de l'eau chaude en une quantité déterminée par la formule : RH = NP((B2 - B1):(100 - B2)), où H est la quantité de fumier chargé , B1 est la teneur en humidité initiale du fumier, B2 est l'humidité requise des matières premières, RH - la quantité d'eau en litres. Le tableau indique la quantité d'eau nécessaire pour diluer 100 kg de fumier à 85 % et 92 % d'humidité.

Tableau 4. Quantité d'eau pour atteindre la teneur en humidité requise pour 100 kg de fumier

Humidité requise Teneur en humidité initiale des matières premières
60% 65% 70% 75% 80% 85% 90%
85% Litres 166 litres 133 Litres 100 Litres 67 litres 33,5 - -
92% Litres 400 Litres 337 Litres 275 Litres 213 15 0 litres litres 87,5 25litrov

Mélange régulier

Pour un fonctionnement efficace de l'usine de biogaz et pour maintenir la stabilité du processus de fermentation des matières premières à l'intérieur du réacteur, un mélange périodique est nécessaire. Les principaux objectifs du mixage sont :

  • libération du biogaz produit ;
  • mélange de substrat frais et de population bactérienne (greffage);
  • empêcher la formation d'une croûte et de sédiments;
  • prévention des zones de températures différentes à l'intérieur du réacteur ;
  • assurer une répartition homogène de la population bactérienne ;
  • empêcher la formation de vides et d'accumulations qui réduisent la surface effective du réacteur.

Lors du choix d'une méthode et d'une méthode de mélange appropriées, vous devez tenir compte du fait que le processus de fermentation est une symbiose entre différentes souches de bactéries, c'est-à-dire que les bactéries d'une espèce peuvent nourrir une autre espèce. Lorsque la communauté se décompose, le processus de fermentation sera improductif jusqu'à ce qu'une nouvelle communauté de bactéries se forme. Par conséquent, une agitation trop fréquente ou prolongée et intense est nocive. Il est recommandé de remuer lentement les matières premières toutes les 4 à 6 heures.

Inhibiteurs de processus

La masse organique fermentée ne doit pas contenir de substances (antibiotiques, solvants, etc.) affectant négativement l'activité vitale des micro-organismes. Certaines substances inorganiques ne contribuent pas non plus au « travail » des micro-organismes, vous ne pouvez donc pas, par exemple, utiliser l'eau restant après le lavage des vêtements avec des détergents synthétiques pour diluer le fumier.

Même si des matières toxiques ne sont pas utilisées pour produire du biogaz, une concentration trop élevée de substances individuelles ou de sel de table peut inhiber la croissance des bactéries et donc la production de biogaz. La limite supérieure de certaines des substances inorganiques les plus courantes est indiquée dans le tableau 5.

Tableau 5. Limites de délai pour les inhibiteurs inorganiques courants

Substances qui inhibent la croissance bactérienne ou sont toxiques pour les bactéries Inhibe la croissance bactérienne à des concentrations supérieures
Calcium (Ca2+) 2500-4500 mg / l
Chrome (Cr3+) 200 mg / l
Cuivre (Cu2+) 100mg/l
Magnésium (Mg2+) 1000-1500 mg / l
Manganèse (Mn2+) 1500 mg / l
Nickel (Ni3+) 200-500 mg / l
Nitrate (NO3-, calculé en N) 0.05 mg / l
Potassium(K+) 2500-4500mg/l
Sodium(Na+) 3500-5000 mg / l
Chlorure de sodium (NaCl, sel de table) 40,000 XNUMX ppm (p/p)
Sulfate (SO42-) 5,000 XNUMX ppm (p/p)

Types de matières premières

Fumier de bétail

Le fumier de bétail est la matière première la plus adaptée à la transformation dans les installations de biogaz, car les bactéries productrices de méthane sont déjà contenues dans l'estomac des bovins. L'homogénéité du fumier de bovin nous permet de le recommander pour une utilisation dans les installations de digestion continue.

En règle générale, le fumier frais est mélangé à de l'eau et de la paille non digérée en est sélectionnée pour éviter les sédiments et la formation de croûtes. L'urine de bétail augmente considérablement la quantité de biogaz produite, il est donc recommandé de construire des fermes avec un sol en béton et un drainage direct des excréments dans un récipient pour mélanger les matières premières.

Fumier de porc

Lors de l'élevage de porcs dans des enclos et des stalles sans surface pavée (béton, bois, etc.), seul le fumier peut être utilisé. Il doit être dilué avec de l'eau pour obtenir la consistance correcte pour le traitement. Le fumier dilué avec de l'eau doit décanter dans un récipient pour que le sable et les petits cailloux présents dans le fumier se déposent et ne pénètrent pas dans le réacteur. Sinon, le sable et la terre entrant dans le réacteur s'accumuleront au fond du réacteur et nécessiteront un nettoyage fréquent. Comme pour le fumier de bétail, il est recommandé de construire des fermes avec un sol en béton et un déversement direct des excréments dans un récipient de mélange.

Fumier de mouton et de chèvre

Pour les ovins et caprins élevés sans trottoir, la situation est similaire à celle décrite pour le fumier de porc. Comme une chèvrerie est pratiquement le seul endroit où l'on peut collecter des quantités suffisantes de fumier, et même dans ce cas uniquement avec une litière de paille, la matière première d'une installation de biogaz est principalement un mélange de fumier et de paille. La plupart des systèmes qui traitent de telles matières premières fonctionnent en mode de chargement par lots, dans lequel un mélange de fumier, de paille et d'eau est introduit sans préparation préalable et reste dans le réacteur plus longtemps que le fumier pur.

Biocarburant. Composition des matières premières et paramètres de son traitement
Figure 9. Élever des porcs dans une ferme avec un sol en béton. Photo : Vedenev A.G., PF "Fluide"

Crottes de poulet

Pour traiter les fientes de poulets, il est recommandé de garder les oiseaux en cage ou d'installer un perchoir sur une zone limitée adaptée à la collecte des fientes. Si les oiseaux sont gardés au sol, la proportion de sable, de sciure et de paille dans les excréments sera trop élevée. Il est nécessaire de prendre en compte d'éventuels problèmes et de nettoyer le réacteur plus souvent que lorsque l'on travaille avec d'autres types de matières premières.

Le fumier de poulet se marie bien avec le fumier de bétail et peut être traité avec celui-ci. Lors de l'utilisation de fumier de volaille pur comme matière première, il existe un risque de concentrations élevées d'ammoniac. Cela peut entraîner une mauvaise efficacité de l’installation.

Matières fécales

Si les matières fécales sont traitées dans des usines de biogaz, les toilettes doivent être conçues de manière à ce que les matières fécales soient évacuées avec une petite quantité d'eau. Il est nécessaire de s'assurer qu'aucune eau provenant d'autres sources ne pénètre dans les toilettes et la quantité d'eau de chasse doit être limitée à 0,S - 1 litre d'eau pour éviter une dilution excessive de la matière première.

Biocarburant. Composition des matières premières et paramètres de son traitement
Figure 10. Traitement combiné des matières fécales dans une installation de biogaz p. Belovodskoé. Photo : Vedenev A.G., PF "Fluide"

Production de gaz et teneur en méthane

La production de gaz est généralement calculée en litres ou mètres cubes par kilogramme de matière sèche contenue dans le fumier. Le tableau présente les valeurs de rendement en biogaz par kilogramme de matière sèche pour différents types de matières premières après 10 à 20 jours de fermentation lorsque l'unité fonctionne en mode mésophile.

Pour déterminer le rendement du biogaz à partir de matières premières fraîches à l'aide d'un tableau, vous devez d'abord déterminer la teneur en humidité des matières premières fraîches. Pour ce faire, vous pouvez sécher un kilogramme de fumier frais et peser le résidu sec. Le pourcentage d'humidité du fumier peut être calculé à l'aide de la formule : (1 - poids du fumier séché) × 100 %.

Tableau 6. Rendement en biogaz et teneur en méthane lors de l'utilisation de différents types de matières premières

Type de matière première Production de gaz, m3 par kilogramme de matière sèche Teneur en méthane,%
A. Excréments d'animaux    
Fumier de bétail 0,250 - 0,340 65
Fumier de porc 0,340 - 0,580 65-70
Fientes d'oiseaux 0,310-0,620 60
Fumier 0,200 - 0,300 56-60
fumier de mouton 0,300 - 0,620 70
B. Ordures ménagères    
Eaux usées, matières fécales 0,310-0,740 70
Déchets végétaux 0,330 - 0,500 50-70
dessus de pommes de terre 0,280 - 0,490 60-75
fanes de betteraves 0,400-0,500 85
C. Déchets secs végétaux    
la paille de blé 0,200-0,300 50-60
Paille de seigle 0,200-0,300 59
paille d'orge 0,250-0,300 59
paille d'avoine 0,290-0,310 59
paille de maïs 0,380-0,460 59
Lin 0,360 59
Chanvre 0,360 59
pulpe de betterave 0,165  
feuilles de tournesol 0,300 59
Trèfle 0,430-0,490  
D. Autre    
Herbe 0,280-0,630 70
feuillage des arbres 0,210-0,290 58

Vous pouvez calculer combien de fumier frais avec une certaine teneur en humidité correspondra à 1 kg de matière sèche comme suit : de 100, soustrayez la teneur en humidité du fumier en pourcentage, puis divisez 100 par cette valeur : 100 : (100 % - teneur en humidité).

Exemple 1 : si vous déterminez que la teneur en humidité du fumier de bétail utilisé comme matière première est de 85 %, alors 1 kilogramme de matière sèche correspondra à 100 :(100 - 85) = environ 6,6 kilogrammes de fumier frais. Cela signifie qu'à partir de 6,6 kilogrammes de fumier frais, nous obtenons 0,2S0 à 0,320 m3 de biogaz, et qu'à partir de 1 kilogramme de fumier frais de bétail, nous pouvons obtenir 6,6 fois moins : 0,037 à 0,048 m3 de biogaz.

Exemple 2 : Vous avez déterminé que la teneur en humidité du fumier de porc est de 80 %, ce qui signifie que 1 kilogramme de matière sèche équivaut à 5 kilogrammes de fumier de porc frais. D'après le tableau, nous savons que 1 kilogramme de matière sèche (ou 5 kg de fumier frais de porc) libère 0,340 à 0,S80 m de biogaz. Cela signifie qu'un kilogramme de fumier de porc frais émet entre 1 et 0,068 m0,116 de biogaz.

Valeurs approximatives

Si le poids du fumier frais quotidien est connu, le rendement quotidien en biogaz dans les conditions du Kirghizistan sera approximativement le suivant :

  • 1 tonne de fumier bovin 25-30 m3 de biogaz ;
  • 1 tonne de lisier de porc 50 - 70 m3 de biogaz ;
  • 1 tonne de déjections d'oiseaux 50 - 60 m3 de biogaz.

Il ne faut pas oublier que des valeurs approximatives sont données pour les matières premières finies avec une teneur en humidité de 85 % à 92 %.

Poids du biogaz

Le poids volumétrique du biogaz est de 1,2 kg pour 1 m3. Par conséquent, lors du calcul de la quantité d'engrais produite, il est nécessaire de la soustraire de la quantité de matières premières transformées.

Pour une charge quotidienne moyenne de 55 kg de matières premières par tête de bétail et une production quotidienne de biogaz de 1,5 à 2,0 m3 par tête de bétail, la masse de matières premières diminuera de 4 à 5 % lors du traitement dans une installation de biogaz.

Problème de pelage

Si un volume élevé de gaz est observé, mais qu'il n'est pas suffisamment inflammable, cela signifie souvent qu'une mousse ou une croûte s'est formée à la surface de la charge dans le réacteur. Si la pression du gaz est très basse, cela peut également signifier qu'une croûte s'est formée et bloque le tuyau de gaz. Il est nécessaire de retirer la croûte de la surface de la matière première dans le réacteur.

Enlever la croûte

La particularité de la croûte qui se forme à la surface de la matière première dans le réacteur d'une installation de biogaz est qu'elle n'est pas cassante, mais visqueuse et peut devenir très dure en peu de temps. Pour le détruire, il faut le garder humide. Autrement dit, la croûte peut être versée sur le dessus avec de l'eau ou plongée dans la matière première.

Tri des matières premières

La paille, l'herbe, les tiges d'herbe et même le fumier juste séché flottent à la surface de la matière première, et les substances sèches et minérales se déposent au fond du réacteur et, avec le temps, peuvent fermer l'orifice de décharge ou réduire la zone de travail du réacteur. . Avec des matières premières correctement préparées et avec une teneur en eau pas trop élevée, ce problème ne se pose pas.

Matières premières finies

Lors de l’utilisation de fumier frais de bétail, il n’y a aucun problème de croûte. Des problèmes surviennent lorsque la matière première contient de la matière organique solide et non décomposée. Avant de construire l'usine, il est nécessaire de vérifier la possibilité de traitement des aliments pour animaux et du fumier dans le réacteur. Il peut être nécessaire de broyer soigneusement les aliments et, dans ce cas, il est préférable de calculer les coûts supplémentaires à l'avance. Le problème des matières solides dans les matières premières est beaucoup plus grave pour le fumier de porc et le fumier de volaille. Le sable, les picorages des poules et les plumes qui pénètrent dans les fientes font des fientes d'oiseaux une matière première difficile.

Composition des matières premières

Des recherches sur la composition chimique des matières premières avant leur transformation dans les usines de biogaz ont été menées par des scientifiques de pays étrangers et du Kirghizistan.

Tableau 7. Composition des matières premières avant traitement dans une usine de biogaz

Brut Humidité,% Matière sèche,% Acides humiques sur matière sèche,% Acides fulviques,% Niveau de pH
Dung 96-98 4-2 14.8 1.6 6.5
Fumier et déchets végétaux 96-98 4-2 28.3 3.7 7.5
déchets végétaux 96-98 4-2 33.5 4.0 7.3

dureté

La viscosité des matières premières lors de la transformation diminue sensiblement, puisque la quantité de matières solides (paille, etc.) est réduite de 50 % par fermentation dans des conditions stables.

odeur

Le biofertilisant a une odeur beaucoup moins intense que celle des matières premières utilisées (fumier, urine). Avec un temps de fermentation suffisant, presque toutes les substances odorantes sont entièrement traitées.

Nutriments

Les propriétés nutritionnelles d’un biofertilisant sont déterminées par la quantité de matière organique et d’éléments chimiques qu’il contient. Tous les éléments nutritifs des plantes, tels que l'azote, le phosphore, le potassium et le magnésium, ainsi que les oligo-éléments et les vitamines nécessaires à la croissance des plantes, sont stockés dans le biofertilisant. Le rapport carbone/azote (environ 1:15) a un effet bénéfique sur la qualité du sol. Le tableau 8 montre la teneur approximative en éléments nutritifs du biofertilisant.

Tableau 8. Teneur en éléments du biofertilisant (grammes par kg de matière sèche)

Brut Phosphate P2O5 Potassium K2O calcium CaO Magnésium MgO azote Na2O
Dung 3.05 5.64 3.25 0.98 1.75
Fumier et déchets végétaux 6.37 7.98 5.15 1.95 3.37
déchets végétaux 6.66 8.88 5.18 2.22 3.70

Phosphate et potassium

La teneur en phosphate (la forme de phosphore directement absorbée par les plantes) ne change pas pendant le processus de fermentation de la matière première. Sous cette forme, les plantes peuvent absorber environ 50 % de la teneur totale en phosphore. La fermentation n'altère pas la teneur en potassium, dont 75 à 100 % peuvent être absorbés par les plantes.

azote

Contrairement au phosphate et au potassium, une partie de l’azote est modifiée au cours du processus de fermentation. Environ 75 % de l'azote contenu dans le fumier frais entre dans la composition de macromolécules organiques, les 25 % restants sont sous forme minérale. Après traitement dans une usine de biogaz, environ 50 % de l’azote contenu dans le biofertilisant est sous forme organique et 50 % sous forme minérale. L'azote minéral peut être directement absorbé par les plantes, mais l'azote organique doit d'abord être minéralisé par les micro-organismes du sol.

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

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Anatoly
Merci! Un article de grande qualité avec une présentation détaillée et approfondie de la matière.

invité
Super, je l'ai fait !


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