169225 (Технологія метанового зброджування гнойової біомаси), страница 6

При ферментації екскрементів від однієї тварини можна отримати біогазу в середньому за добу: великої рогатої худоби (жива маса 500-600 кг) 1,5 м³, свині (жива маса 80-100 кг) 0,2 м³, курки або кроля -0,015 м³.

Крім кількості сухої речовини, суттєвим параметром, який впливає на вихід біогазу, є вміст та склад органічної речовини, особливо кількість жирів, білків, вуглеводів.

Таблиця 11.

Вихід біогазу (метану) при анаеробному зародженні сільськогосподарських відходів.

Вуглеводи, як правило, знаходяться у формі поліцукрів і тому вимагають більш тривалої ферментації. Помітно знижується утворення біогазу в присутності лігніну, тому що він в процесі метанового бродіння практично не розкладається.

Співвідношення кількості біогазу, який може бути виділений із органічної речовини гнойової біомаси дійних корів (Д), відгодівельних бичків (Б), свиней (С) і курей (К) в процесі метанового бродіння при мезофільній температурі орієнтовно може бути таким: Д:Б:С:К = 5:7:8:10.

Добовий вихід біогазу розраховується за формулами з врахуванням вмісту в гнойовій біомасі сухої (ф. 19) або органічної (ф.20) речовин:

V_Г=

де: V_Г - добовий або річний вихід біогазу, м ; Р_а.с.р. - добова або річна кількість сухої речовини, т (кг); Z - стан розкладання органічної речовини, % (30); К - коефіцієнт роз чинності біогазу (1,1-1,5); v - питома вага біогазу (при вмісті за об'ємом: метану 65 % та діоксиду вуглецю 35 % -дорівнює 0,00117 т/м³ або 1,17 кг/м³).

V_Г= =675072,26 м³

V_Г= Р_а.с.р*К_*р

де: V_Г - добовий або річний вихід біогазу, м ; Р_а.с.р. - добова або річна кількість сухої речовини, кг; р - вихід біогазу з 1 кг органічної речовини: гній врх - 0,2-0,5 м³;

гній свиней — 0,3-0,6 м³;

послід курей - 0,5-0,7 м³;

К - коефіцієнт зброджування органічної речовини (0,3).

V_Г=2896,06_*0,3_*0,2=173,76 м³

Визначення виходу залишкової продукції.

Після зброджування гнойової біомаси і одержання біогазу залишається тверда фракція гною (шлам) і надосадова рідина (рідка фракція). Кількість твердої і рідкої фракції залежить як від вологості гною, який завантажується, так і вологості фракцій, які одержуємо (твердої і рідкої).

В середньому з 1 кг органічної речовини, біологічно розкладеної на 70 %, можна одержати 0,5 кг біогазу, 0,2 кг води і 0,3 кг нерозщепленого залишку шламу.

Поділ біомаси після зброджування в реакторі на тверду і рідку фракції можна проводити з допомогою сепаратора (центрифуги) або віброгрохота.

Вихід твердої фракції (шламу).

Тверда фракція гною містить значну кількість поживних речовин і може використовуватись як цінне знешкоджене органічне добриво або кормові добавки.

Анаеробна ферментація гнойової біомаси супроводжується зменшенням у шламі майже на 50 % сухої органічної речовини порівняно з вихідним гноєм за рахунок включення 10—15 % вуглецю субстрату у мікробіальну масу, а також у такі компоненти біогазу, як метан і діоксид вуглецю.

Склад шламу залежить від хімічного складу вихідної сировини, а також параметрів процесу біометаногенезу.

При зброджуванні гною в ньому зберігаються необхідні для рослин біогенні елементи (N, Р, К) і поживні речовини знаходяться в більш доступній формі, що забезпечує підвищену біологічну активність шламу як органічного добрива. Крім того, шлам містить значну кількість білків і вітаміну В₁₂, за рахунок чого його можна використовувати як білково-вітамінну кормову добавку.

Річний вихід твердої фракції визначається за формулою:

М_ш.річн.=Q_{г річн.*}

де: М_{ш річн.}- річна маса шламу, т; Q_{г річн} - річний вихід гною, т; Wg - вологість рідкої фракції, % (98-99); W_Г - вологість гною, що завантажується, % (88-92); W_Ш - вологість шламу, % (87).

М_ш.річн.=12066,9_* =10860,21 т

Відносний вихід шламу:

М_ш.річн.=

М_ш.річн.= =90 т

Добовий вихід шламу визначається за формулою:

М_ш.доб.=

М_ш.доб.= =29,7 т

Вихід рідкої фракції

Рідка фракція містить у середньому: сухої речовини - 1,0-5,0; органічної речовини - 0,25-4,2; фосфору - 0,05-0,7; азоту - 0,31 1,14; рН рідкої фракції - 6,5-8,3.

Рідка фракція після анаеробної переробки гною відповідає вимогам, які пред'являються органами охорони природи до якості стічних вод.

Оскільки вона містить значну кількість поживних речовин, то може використовуватись як рідке органічне добриво, а також може бути субстратом для вирощування гідробіонтів (мікроводоростей) і частіше спіруліни (синє-зеленої водорості), яка в свою чергу, є цінною білковою і вітамінно-мікромінеральною кормовою добавкою до раціонів сільськогосподарських тварин, а також сировиною для фармацевтичної промисловості.

Річний вихід рідкої фракції визначається за формулою:

М_g.річн.=Q_{г річн.*}

де М_g.річн. - річна маса рідкої фракції, т.

М_g.річн.=12066.9_* =1086.02 т

Відносна кількість рідкої фракції:

М_g.річн.=

М_g.річн.= =13104906 %

Добовий вихід рідкої фракції визначається за формулою:

М_g.доб.=

М_g.доб.= =2.98 т

Визначення виходу товарного біогазу.

Товарний біогаз - це частка біогазу від загальної кількості біогазу, який отримують а процесі анаеробного бродіння, з якого можна одержати теплову або електроенергію, або замінити біогазом природні носії енергії (природний газ, нафту, дизпаливо, бензин тощо). Частина отриманого біогазу використовується для підігрівання біомаси, що зброджується.

Вихід товарного біогазу залежить від кількості біогазу, який використовується для підігрівання зброджувальної біомаси та витрат теплової енергії при анаеробному бродінні, які у свою чергу залежать від природно-кліматичних умов, розміщення господарства, режиму роботи, складу і конструкційних особливостей БГУ.

Визначення теплової енергії, необхідної для підігрівання біомаси.

_бгу=С_* Q_{г річн*}

де: _бгу- теплова енергія, необхідна для підігріву гною до температури бродіння, МДж; Q_{г річн} - річна кількість гною, яка виходить з ферми, кг; - різниця температури зброджування і температури вихідного гною (t _{збр -}- t _гною), °С; С - питома теплоємність рідкого гною(4,19 ).

_бгу=4,19_*12066,9_*20=1011206,2 МДж

t _збр залежить від режиму роботи БГУ, а t° вихідного гною складає у теплий період року (245 діб) в середньому +20°С; в холодний - +10°С (120 діб).

Цей показник визначається спочатку окремо для теплого і холодного періоду року за формулами:

_{бгу тепл.період}=С_*(Q_{г доб.*}245)_*

_{бгу тепл.період}=4,19_*(26,06_*245)_*20=535037,86 МДж

_{бгу хол.період}=С_*(Q_{г доб.*}120)_*

_{бгу хол.період}=4,19_*(26,06_*120)_*20=262059,36 МДж

_{бгу річн.}= _{бгу тепл.період}+ _{бгу хол.період}

_{бгу річн.}=535037,86+262059,36=797097,22

Визначення кількості біогазу, необхідного для підігріву біомаси.

Q_бр=

де: Q_бр- кількість необхідного для підігріву біомаси біогазу, м³ ; g - чиста теплотворна здатність біогазу (g=22 ).

Q_бр= =45963,92 м³

Частка біогазу, необхідного для підігріву гною.

_н=

де: Q_бг - необхідна кількість біогазу для підігріву біомаси, м³; V_г.річн.- річний вихід біогазу, м³.

_н= =0,068

Максимально-теоретичний коефіцієнт виходу товарного біогазу.

К_тб=1- _н

де К_тб- коефіцієнт виходу товарного біогазу

К_тб=1-0,068=0,9

Визначення виходу товарного біогазу:

V_тг= V_{г.річн.*}К_тб

V_тг=675072,26_*0,9=607565,03

Визначення коефіцієнта ефективності БГУ

Коефіцієнт ефективності характеризує енергетичний і техніко-технологічний рівень БГУ.

К_еф.=

де Q_{бгу повн.}- повна теплова енергія, яка виробляється БГ'У, МДж; Визначається таким чином: V_{г. річн *} 22 МДж; Е_Бгу - теплова енергія, не обхід-

на для підігріву гною до температури бродіння, МДж.

К_еф.= =2,49

Визначення рентабельності біогазового виробництва.

Ренгабельність біогазового виробництва визначається значною мірою конструктивними характеристиками БГУ, а також оптимізацією параметрів технологічного процесу з урахуванням конкретних природно-кліматичиих. і технолого-економічних передумов виробництва біогазу безпосередньо у господарстві (на фермі або тваринницькому підприємстві).

Рентабельність визначається за технологічними і економічними показниками.

До технологічних показників відносяться: V_г - обсяг газогенерації (річний та добовий) та вихід біогазу на 1 гол., 1 кг сухої та органічної речовини, 1 кг гнойової біомаси і 1 м³ корисної площі реактора.