1598005433-e56a4b827448586987c6a2104f124b32 (Биогаз. Теория и практика. В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер, 1982u), страница 4

1.2.2. Размеры твердых частиц [89, 116, 1244~ 20 Активного обмена веществ и высокой скорости биохимических обменных процессов можно достигнуть, если поддерживать и непрерывно обновлять максимально возможную величину граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы в результате эффективного механического воздействия на куски стеблей и соломы получить частицы возможно меньшего размера.

Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения газа, Современный уровень развития техники позволяет перерабатывать в сельско- хозяйственн!т1х бногазовых установках субстраты с содержанием твердых веществ до 12070, если длила частиц отдельных волокнистых и стеблевпдных твердых компонентов не превышает 30 мм. В принципе органические вещества можно сбражнвать и в твердой фазе, если иметь достаточно влажную среду.

Однако сбражпвание твердых веществ практически не получило промышленного значения, поскольку в твердой фазе нельзя обеспечить перераспределение н взаимное перемешивание бактерий н субстрата, а также удовлетворительный отвод газа. Твердые вещества, плотность которых существенно выше, чем жидкости, обусловливают образование осадка (седиментацн10) или плавающей корки, чему спо. собствует флотация.

Возникающие в связи с этим механико-гидравлические проблемы и ухудшение процесса газообразования могут привести к тому, что для устранения подобных нарушений потребуются более высокие затраты технических средств и энергии, Этн трудности можно исключить, если упомянутые вещества перед подачей в реактор отделить от субстрата с помощью механического сепаратора !1531. Однако это приводит к соответствующему уменьшению выхода газа.

1.2.3. Максимальный выход газа По вопросу о том, какое количество газа может быть выделено из различных сельскохозяйственных отходов, остатков и их смесей прп оптимальных условиях сбраживання, имеются весьма разноречивые данные, что объясняется разнообразием состава субстрата. Поэтому мы не можем здесь привести приемлемые для всех условий данные о максимально возможном выходе газа Есин отнести выхо,! газа, возмсскный прп температуре процесса около 32'С, к количеству разложившейся органической массы, то соответствующие значения будут лежать в пределах 17',ащ=0,8... 1,0 м' на 1 кг разложившейся органической массы. Напротив, выход газа, отнесенный к единице закладываемой в реактор органической массы, будет находнтЬСя В ИНтЕрВаЛЕ !7,0щов0,4 ...0,6 М' На 1 КГ ВНЕСЕННОЙ в реактор органической массы.

Таким образом, в зависимости от доли способной к сбражнванию органической 2! км ВВВ б ВВР ез" 4ВВ аб ~,И~ ", УВВ 7ВВ В )) ГВарурбВВВВВ7ВВВВВГПВ Вреня Вррягеная, ерят Рис. Б. Выход гааз в расчете на ! г сухого органического непгестаа тппичныт сельскохозяйственных материалов при температуре брокения 30'С [89[: и — трава; б — солома; о — зк ° «речантм крупного рогат~с~ «кота. массы в реакторе разлагается лишь 40 ... 50 о)о всей закладываемой в него органической массы.

Соотношение количеств газа, которые могут быть выделены из органического вещества жидкого навоза дойных коров (Д), бычков на откорме (Б), свиней (С) и кур (К) в процессе брожения при температуре ЗЗ'С, в первом приближении можно принять равным Д: Б: : С: К=5: 7: 8: 10 [18!. Для выделения определенного количества газа из различных органических материалов требуется специфическая для каждого из ннх продолжительность процесса брожения, причем выход газа в единицу времени сначала резко увеличивается, а затем по достижении максимума постепенно уменьшается, Полученные при этом суммарные кривые для типичных объектов брожения представлены на рисунке 5. Из рисунка следует также, что трава, содержащая много белковых веществ, обладает высокой скоростью реакции и дает большой выход газа, в то время как солома и экскременты откармливаемых бычков из-за значительной доли лигнина сбраживаются гораздо медленнее и выделяют меньше газа "„.

Это также хорошо видно из таблицы 7, в которой йриводятся данные о возможных значениях выхода газа и о продолжительности процесса, необходимой для полного сбраживания типичных сельскохозяйственных материалов. О повышении выхода газа при увеличении температуры процесса (до 54'С) уже говорилось выше. 1.3. Особенности технологии П рактически достижимый в промышленной установке выход газа зависит от многочисленных факторов, влияние которых, обусловленное конструкцией установки и 22 7 л п)а 7 Выход газа и продолжительность цикла брожения (полное сбражиаанне) для типичных сельскохозяйственных материалов при температуре 1 30'С [89! Вмхоз газа )см' г), отнесенной Вмхоп газа в и от обц«аго нозн.

честна по истечвнвн времени цикла о о .о »и оп н ° и м8 Сбрамиваеммв материал н о о и н о « 31о ~ 1!7 24 40 48 68 36 57 80 8! 237 257 115 45 29 38 383 51 67 85 90 99 100 87 96 77 92 100 99 81 75 85 84 423 606 501 557 80 53 14 24 393 526 456 490 производственными условиями, может быть самым различным. В дополнение к уже названным в разделе 1.2. факторам существенное значение имеют: — загрузка рабочего пространства (количество загружаемой органической массы, приходящееся на единицу времени и единицу чистого объема реактора); — технологическое время цикла брожения (время пребывания в реакторе закладываемой в него органической массы); — интенсивность перемешнвания. При непрерывном или квазинепрерывном технологическом процессе сбраживания (см. раздел 3.1) наибольцтая интенсивность разложения получается в том случае, если количество органического вещества, которое добавляется в единицу времени к находящемуся в реакторе субстрату, соответствует уже разложившемуся к данному моменту количеству органического вещества.

Добавление ббльших партий массы ведет к получению Экскременты откармливаемых бычков Свиной навоз Солома с длиноя резки Зо . Солома с длиной резки 2 мм Картофельная ботва Ботва сахарной свеклы Трава 1.3Л. Загрузка рабочего пространства м о й н и о о менее разложившегося субстрата и, следовательно, к меньшему выходу газа [!26), добавление меньших партий — к худшему использованию рабочего объема реактора. Если реактор, работаюцгий в дискретном режиме, заполнять слишком быстро (см. раздел 3.1) то нарушается соотношение между имеющимся количеством активных бактерий и массой питательных веществ, вследствие чего обмен веществ также не может протекать оптимальным образом, н соответственно выделяется меньше газа в единицу времени и на единицу массы органического вещества.

Судя по данным, которыми мы сейчас располагаем, наибольший выход газа из экскрементов различных сельскохозяйственных животных при условии хорошего перемешивания и небольшой вязкости субстрата может быть получен при значениях загрузки реактора, приведенных в таблице 8. Загрузка реактера, лг срганнческегс веществе на Г м' в сутки Прана нребыванн» массьл в реакторе, сут Стенень разнеженна массы, н Экскременты втаезьных индов животных б,О 4,5 3,0 1,.л доапые коровы Бычки на откорме Свиньи Куры. несушки 40 40 50 15 10 10 50 55 Из таблицы видно, что загрузка реактора должна быть тем ниже, чем выше доля способных к разло>кению веществ в закладываемой в него оргаупуческой массе и чем больше в ией аммиака (куриный помет).

1.3.2. Технологическое время брожения (время пребывания массы в реакторе) 189, 100) Потребность во времени, необходимом для полного сбраживания массы, как правило, очень большая, что соответственно должно было бы привести к применению реакторов больших размеров.

Поэтому, исходя из экономических соображений, несколько укорачивают время Таблняа В. Загрузка рабочего объема реактора, время пребывания и разложения органического вещества при температуре брожения нколн ЗЗ'С [11'1) Рис. В. Количество и состав выделившегося газа (100]: ь !ОО | н у — катнчслтвс всего вытсннвщчлссн газа н метана ссатвстственнв в ъ ст вьлчслла к ллч- М менту сканчаннн Никак; 3 н а — ссхср канне М ур' СИ, и СО.

соствстственнс в ст всего выасанвщс~с н газа. ч гр ~~ улу пребывания массы в реакторе, сознательно идя на некоторое недополучение газа. Выбор продолжительности пребывания массы в реакторе зависит, с одной стороны, от скоро- ч, зр сти Реакции, пРнсУщей ка'кдо гУ /улрР г конкретному виду сбраживаемо- гллп го материала (см. табл. 7 и рис. 5), с другой стороны, от заданной степени разложения, которая определяет выход газа и ослабление интенсивности запаха перебродившей массы (шлама).

Кроме того, следует учитывать, что с увеличением времени брожения увеличивается содержание СН, в общем объеме выделяющегося газа и одновременно уменьшается содержание СОы что означает улучшение качества получаемого газа (рис. 3 и 6). Таким образом, для выбора оптимального времени пребывания массы в реакторе тоже нельзя дать универсальных рекомендаций.

Ориентцровочные данные приведены в таблице 8 1111]. Довольно большое время пребывания в реакторе куриного помета обусловлено относительно высоким содержанием аммиака. Отметим, что данные таблицы 8 справедливы лишь для хорошо перемешанных субстратов в реакторах, работающих по проточному принципу (раздел 3.1). Продолжительность брожения в условиях прерывистого производства газа, по современным данным, примерно на 20... 25б|б дольше 1.3.3, Интенсивность перелмешиваиия Интенсивным персмешиванием содержимого реактора достигается контакт бактерий с субстратом вследствие постоянной перемены ориентации и обновления граничных поверхностей отдельных фаз, а также затрудняется накапливание промежуточных и конечных продуктов процесса разложения, Будучи основной предпосылкой высокой скорости реакции, перемешивание способствует также равномерному распределению питательных веществ в объеме реактора.

В то же время оно препятствует образованию осадка и плавающей корки и обеспечивает перемещение массы в реакторе. Как уже было сказано выше, к основным компонентам биогаза относятся СН4 и СОП соотношение которых зависит от исходного субстрата и характеристик процесса брожения (температуры, времени пребывания массы в реакторе, загрузки рабочего пространства). Наряду с этими важнейшими компонентами биогаз содержит незначительные количества Н, и Н25 (табл. 9), а также ]х]2.