169225 (Технологія метанового зброджування гнойової біомаси)

МІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ

БІЛОЦЕРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ЕКОЛОЛГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ

6.070800 “Екологія і охорона навколишнього середовища”

КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА

НА ТЕМУ:

“Технологія метанового зброджування гнойової біомаси”

Б ІЛА ЦЕРКВА

Зміст

РЕФЕРАТ

ВСТУП

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Відновні джерела енергії в Україні та їх потенціал

1.2 Біогазова установка (БГУ)

1.3 Досвід впровадження біогазових установок у світі і в Україні

1.4 Оптимізація роботи БГУ

2. МАТЕРІАЛ І МЕТОДИКА ВИКОНАНОЇ РОБОТИ

3. ВЛАСНІ ДОСЛІДЖЕННЯ

3.1 Характеристика господарства

3.2 Розрахунки параметрів біоконверсії гнойової біомаси в біогаз

4. ОХОРОНА ПРАЦІ

ВИСНОВКИ

ПРОПОЗИЦІЇ

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

РЕФЕРАТ

Робота виконана на основі даних отриманих під час проходження виробничої практики в сільськогосподарському товаристві з обмеженою відповідальністю розташованому у Васильківському районі Київської області..

В огляді літератури розкрито основні питання щодо значення і функцій біотехнологій в збереженні довкілля, детально розглянуто питання потенціалу відновних джерел енергії в Україні, конструкції біогазових установок, поширення БГУ в Україні та світі, оптимізації процесів метанового анаеробного зброджування гнойової біомаси.

Проведено розрахунки основних параметрів біогазового виробництва для СТОВ “Пологівське”. Надано конкретні рекомендації для даного господарства.

Ключові слова: біотехнологія, біогазова установка (БГУ), відновні джерела енергії (ВДЕ), метаногенез, гнойова біомаса, біогаз, метантенк (реактор).

ВСТУП

Розвиток сільськогосподарського виробництва і прогрес у нагромадженні продуктів харчування залежать від ґрунтових, водних, енергетичних та біологічних ресурсів. Якщо перші три види ресурсів розглядаються як обмежені, то біологічні ресурси можна відновлювати, Першочергове значення при цьому набувають питання поліпшення існуючих та створення нових високопродуктивних, стійких до біотичних і абіотичних факторів сортів рослин, порід тварин, корисних штамів мікроорганізмів. Важливу роль у вирішенні цих питань займають біотехнологічні методи, які сприяють перетворенню сільського господарства у високоефективну, конкурентноздатну, екологічно безпечну галузь [3].

Біотехнологія - це галузь науки, яка вивчає використання хіміко-біологічних процесів, мікроорганізмів, культур клітин i тканин рослинного i тваринного походження, ферментних препаратів та інших біологічно активних речовин для одержання біотехнологічної продукції [4].

Нова біотехнологія сформуваласъ на базі молекулярної біології, клітинної та генетичної інженерії, широкого використання методів мікробіології, бioxiмії, біоорганічної xiмії та інших наук. Сьогодні біотехнологія є одним з пріоритетних напрямів, які забезпечують прискорення науково-технічного прогресу. Її використовують у вирішенні багатьох практичних питань, пов'язаних з підвищенням ефекгивності охорони здоров'я людей i тварин, збільшенням продовольчих pecypciв i забезпеченням промисловості сировиною, використанням рентабельних поновлюваних джерел eнeргiї i безвідходних виробництв, зменшенням шкідливих антропогенних впливів на довкілля та в інших галузях [5].

Одним із важливих розділів біотехнології є інженерна ензимологія, яка базується на використанні іммобілізованих ферментів [5].

На сучасному етапі бурхливо розвивається екологічний напрям бioтехнології, який включав розроблені біотехнології оздоровлення i захисту довкілля та забезпечення екологічно чистого безвідходного виробництва. Вони забезпечують утилізацію відходів тваринництва, зокрема гнойової біомаси, промислових, побутових i рослинних залишків шляхом метанового бродіння та вермикультивування. Процес утилізації з участю метаноутворюючих мікроорганізмів проходить у спеціальних бioгaзових або біоенергетичних установках (БГУ або БЕУ), у яких за рахунок анаеробної бioконвepciї біомаси відходів одержують енергоносій у вигляд бioгaзy i високоякісно знешкоджене концентроване органічне добриво. Біогаз, основним компонентом якого є метан в концетрації від 50 - 80%, є екологічно чистим i конкурентноздатним енергоносієм. Вихід біогазу i його склад залежать як від якості вихідної сировини ( вміст та хімічний склад органічної речовини, вмicт i співвідношення C:N, вмiст твердих частинок та ін.) так i від параметрів процесу метаногенезу (t°, рН середовища, тривалість бродіння, наявність iнгібіторів і каталізаторів) [6].

Рентабельність БГУ визначається значною мipoю и конструктивними характеристиками, а також оптимізацією параметрів технологічного процесу з урахуванням конкретних природнокліматичних i технолого-економічних передумов виробництва біогазу безпосередньо в господарстві (на фермі або тваринницькому підприємстві).

Утилізація відходів методом вермикультивування (за допомогою дощових черв'яків i частіше червоного каліфорнійського гібрида) дає можливість трансформувати piзнi відходи, які до цього були основними забруднювачами довкілля, з одного боку у біологічно повноцінний білок тваринного походження, придатний для використання у годівлі тварин та харчуванні людей (черв'ячна біомаса), а з іншого — у зернисте гумусне добриво (біогумус). В основі технології лежить природний механізм ґрунтоутворення (гуміфікація органічних відходів) [5].

1. ОГЛЯД ЛІТЕРАТУРИ

1.1 Відновні джерела енергії в Україні та їх потенціал

Сьогодні в Україні одним з пріоритетних напрямів енергосектору є відновлювана енергетика і енергозбереження. Не дивлячись на достатньо високий потенціал відновлюваних джерел енергії і ряду успішно реалізованих проектів в цій області, в Україні існує ряд політичних і фінансових бар'єрів. Головною проблемою гальмування розвитку ВДЕ (відновні джерела енергії) є не тільки відсутність чинного законодавства але і традиційна залежність від енергетичного бізнесу [21].

З кожним роком в країні з'являється все більше нових підприємств, що виробляють устаткування для відновлюваної енергетики, велика частина якого сьогодні експортується за кордон, не знаходячи попиту в Україні. Виключенням є вітроенергетика [22].

Проблемам використання ВДЕ в Україні почали безпосередньо надавати увагу років двадцять тому, але програми державної підтримки ВДЕ з'явилися лише після проголошення незалежності, тоді як в розвинених країнах стимулювання нових екоенерготехнологій, викликане нафтовою кризою, має тридцятирічну історію. Проте реальної фінансової і державної підтримки даної сфери в нашій країні поки немає. Більшість прийнятих в Україні програм і законодавчих документів носить швидше декларативний характер. Стримуючими чинниками тут виступають нижчі, ніж в Європі, ціни на тепло і електроенергію і менш жорсткі екологічні вимоги до виробників. Крім того, для ряду технологій використання ВДЕ (наприклад, виробництво біогазу із стічних вод, відходів тваринництва і птахівництва, утилізація метану з полігонів твердих побутових відходів) головний ефект забезпечується екологічними чинниками, а не виробництвом паливно–енергетичних ресурсів [21].

За статистикою Мінпаливенерго, в Україні використання ВДЕ складає досить незначну частку в загальному енергопостачанні – 3%, включаючи велику гідроенергетику (Рис. 1.), хоча енергетичний потенціал основних видів відновлюваних джерел достатньо високий (Табл. 1.). Досяжний енергетичний потенціал відновлюваних і вторинних джерел енергії складає 73 млн. т умовного палива (у перерахунку на газ цифра складає 62,7 млрд. кубометрів).

Згідно проекту Енергетичної стратегії України до 2030 року і подальшої перспективи, основними напрямами розвитку ВДЕ в нашій країні є:

• використання енергії вітру і гідроенергії для виробництва електроенергії,

• сонячної і геотермальної енергії – для виробництва тепла,

• утилізація відходів біомаси, твердих побутових відходів і т.п. – шляхом спалювання або отримання біогазу для виробництва тепла і електроенергії,

• використання біогазу як моторного палива. [21]

Таблиця 1.

Перспективні напрямки і рівні освоєння енергії відновних джерел в Україні до 2030 року [21]

З таблиці 1 видно, що біоенергетика, яка передбачає спалювання біомаси для одержання енергії та анаеробне збродження біомаси для отримання біогазу вже в 2020 році займе провідну позицію серед ВДЕ. На мою думку анаеробне збродження біомаси має багато переваг як екологічних, так і економічно–технічних перед спалюванням біомаси. При метаногенезі за умов дотримання технології не відбувається викидів шкідливих газів в атмосферу як це є при спалюванні. Крім того, біогаз можна накопичувати, зберігати, змінювати його агрегатний стан, трансформувати в інші види енергії, транспортувати на великі відстані і використовувати в усіх галузях народного господарства безпосередньо при потребі. А теплову енергію яка утворюється при спалюванні біомаси потрібно використовувати негайно і лише на обігрів приміщень та виробництво електроенергії. Теплота – єдиний цільовий продукт отримуваний при спалюванні, при метаногенезі ми додатково отримуємо шлам і надосадову рідину, які мають неабияку господарчу цінність і навіть можуть бути предметом комерції.