Диссертация (1143334), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Подсчитано, что использование биогазовой технологии для переработки органики может не только устранить экологическую192опасность, но и ежегодно получать дополнительно 95 млн.т условного топлива(около 60 млрд.кубометров метана или, сжигая биогаз - 190 млрд.кВт-ч электроэнергии).Животноводческий потенциал Свердловской области составляет [102]: голов крупного рогатого скота – 107 тыс.ед.; голов свиней – 310 тыс. голов птицы – 12 250 000 шт.Крупнейшие хозяйства области:по КРС – колхоз «Россия» (Ирбит) – 4.661 головКолхоз «Урал»4 580 голов;по свиньям – Богдановичский комплекс – 50 000 голов;по птице: Свердловская птицефабрика – 2 700 000;Рефтинская птицефабрика – 1 712 000;Среднеуральская птицефабрика – 1 200 000 голов.За сутки одна Среднеуральская фабрика продуцирует более 110 т помета.Из 1 м3 навоза можно извлечь до 30 м 3 биогаза.
От 225 коров, например,в сутки образуется 450 кг сухого навоза (удобрения) и 150 м 3 биогаза. Удельный расход биогаза при производстве электроэнергии составляет 1,3-1,5 м3/кВт.×ч [103].Биогазовые установки, действуя как фабрики удобрений, вырабатывают ихабсолютно чистыми – без следов болезнетворной микрофлоры, нитратов, нитритови даже семян сорняков, которыми полон парной навоз [104].Эффективность технологии, как показывают эксперименты многих исследователей –1 т биоудобрений эквивалентна 60 т навоза (такое количество удобренийнеобходимо для обработки 1 Га сельскохозяйственных угодий). Для формирующегося в России рынка удобрений подобное соотношение крайне выгодно хозяйствам,т. к. позволило бы относительно быстро компенсировать 30 кратное снижение производства органических удобрений в стране (с 360 до 11 млн.т за 10 лет).1934.4.2.Особенности анаэробного сбраживания в БГУПолучение биогаза и биоудобрений из органических отходов основано насвойстве отходов выделять биогаз при разложении в анаэробных, т.
е. безкислородных условиях. Этот процесс называется метановым сбраживанием и происходит втри этапа в результате разложения органических веществ двумя основными группами микроорганизмов - кислотными и метановыми [105].Процесс производства биогаза может быть разделен на три стадии гидролиз,окисление и образование метана. В этом сложном комплексе превращений участвует множество микроорганизмов, главными из которых являются метанобразующие бактерии.В естественных условиях метанобразующие бактерии существуют при наличии анаэробных условий, например, под водой, в болотах. Они очень чувствительны к изменениям окружающей среды, поэтому от условий, которые создаютсядля жизнедеятельности метанобразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения.Поддержание анаэробных условий в БГУ-непростая задача.
Она практическине реализуема в условиях жилого дома, т.к. наличие моющих и дезинфицирующихсредств убивает метаногенные бактерии и прекращает продуцирование биогаза. Вто же время, в сельской местности при наличии животноводческих хозяйств и артезианской воды вполне реально обеспечение эффективных условий для функционирования БГУ.Жизнедеятельность метанобразующих бактерий возможна только при отсутствии кислорода в реакторе биогазовой установки, поэтому нужно следить за герметичностью реактора и отсутствием доступа в реактор кислорода.Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания.
Для условий Уральского региона с высоким уровнемГСОП (около 6000) поддержание температуры является основополагающим фактором для эффективности БГУ [106]. В природных условиях образование биогаза194происходит при температурах от 0°С до 97°С [107], но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобренийвыделяют три температурных режима: психрофильный с температурой до 20–25°С; мезофильный с температурой от 25°С до 40°С; термофильный с температурой свыше 40°С и до 56°С.Степень бактериологического производства метана увеличивается с увеличением температуры. Но, так как количество свободного аммиака тоже увеличиваетсяс ростом температуры, процесс сбраживания может замедлиться.
Биогазовые установки без подогрева реактора демонстрируют удовлетворительную производительность только при среднегодовой температуре около 20°С или выше или когда средняя дневная температура достигает по меньшей мере 18°С. При температурахв 20–28°С производство газа непропорционально увеличивается. Если же температура биомассы менее 15°С, выход газа будет так низок, что биогазовая установка безтеплоизоляции и подогрева перестает быть экономически выгодной.На основании эмпирических данных оптимальной температурой для мезофильного температурного режима является 34–37°С, а для термофильного –52–54°С. Психрофильный температурный режим соблюдается в установках без подогрева, в которых отсутствует контроль за температурой.
Наиболее интенсивноевыделение биогаза в психрофильном режиме происходит при 25°С.Недостатками термофильного разложения являются большое количествоэнергии, требуемое на подогрев сырья в реакторе, чувствительность процесса сбраживания к минимальным изменениям температуры и несколько более низкое качество получаемых биоудобрений.При мезофильном режиме сбраживания сохраняется высокий аминокислотный состав биоудобрений, но обеззараживание сырья не такое полное, как при термофильном режиме [108].Для систем с непрерывной загрузкой среднее время сбраживания определяется отношением объема реактора к ежедневному объему загружаемого сырья. На195практике время сбраживания сырья в реакторе выбирают в зависимости от температуры сбраживания и состава сырья в следующих интервалах: при психрофильном – от 30 до 40 и более суток; при мезофильном режиме – от 10 до 20 суток; при термофильном – от 5 до 10 суток.Выбор времени сбраживания зависит также и от типа перерабатываемого сырья.
Для следующих видов сырья перерабатываемого в условиях мезофильноготемпературного режима, время, за которое выделяется наибольшая часть биогаза,равно примерно: жидкий навоз КРС: 10-15 дней; жидкий свиной навоз: 9-12дней; жидкий куриный помет: 10-15дней; навоз, смешанный с растительными отходами: 40-80 дней.4.4.2.1. Выход биогаза из БГУ и содержание метанаВыход газа обычно подсчитывается в литрах или кубических метрах на килограмм сухого вещества, содержащегося в навозе. В таблице 38 показаны значения выхода биогаза на килограмм сухого вещества для разных видов сырья после10-20 дней ферментации при мезофильном режиме сбраживания [108].Для определения выхода биогаза из свежего сырья с помощью таблицы сначала нужно определить влажность свежего сырья.
Для этого используют кг свежегонавоза, высушивают его и взвешивают сухой остаток. Влажность навозав процентах можно подсчитать по формуле:(1 – ВВН) 100%(4.34)где ВВН – вес высушенного навоза, кг.Выход биогаза и содержание в нем метана при использовании разных типовсырья представлены в таблице 38:196Таблица 38.Выход биогаза и содержание метана в немТип сырья(Навоз животных)Навоз КРССвиной навозПтичий пометВыход газа(м3 на килограмм сухого вещества)0,250–0,3400,340–0,5800,310–0,620Содержание метана,(%)6565-7060Подсчитать, какое количество свежего навоза с определенной влажностьюбудет соответствовать 1 кг сухого вещества, можно следующим образом:от 100 отнимаем значение влажности навоза в процентах, а затем делим 100 на этозначение.Если известен вес суточного свежего навоза, то суточный выход биогаза будет примерно следующим: 1 тонна навоза КРС – 40-50 м3 биогаза; 1 тонна свиного навоза – 70–80 м3 биогаза; 1 тонна птичьего помета – 60–70 м3 биогаза.Необходимо помнить, что примерные значения приводятся для готового сырья влажностью 85 %–92 %.Объемный вес биогаза составляет 1,2 кг на 1 м 3.
Поэтому при подсчете количества получаемых удобрений необходимо вычитать его из количества перерабатываемого сырья. Для среднесуточной загрузки 55 кг сырья и дневном выходе биогаза 2,2–2,7 м3 на голову КРС масса сырья уменьшится на 4–5% в процессе переработки его в биогазовой установке.4.4.3. Иследовательская биогазовая установка БГУ-1,5 УрФУДля исследования эффективности включения малой БГУ в состав мКС ВИЭбыли проведены эксперименты на реальной биогазовой установке, изготовленнойпо договору с ВИЭСХ (г. Москва) при научным руководстве доктора техническихнаук, профессора Ковалева А. А.. БГУ-1,5 была установлена на полигоне ВИЭ вУрФУ (Екатеринбург) [109].
Первый пуск опытной биогазовой установки физическим объемом метантенка 1,5 куб.м был осуществлен в июле 2003 г.[110]. Исходное топливо – жидкий навоз КРС – доставлялся к биореактору из ЗАО «Тепличное»197(г. Екатеринбург) в контейнерах емкостью по 50 л каждый и очищался от посторонних включений, в основном, подстилочной соломы.Первый качественный результат – относительно низкое давление газов на выходе – заставил проанализировать всю технологию подготовки субстрата, в результатечего влажность субстрата была понижена с 98 до 93–95 %.
Для этого была осуществлена дополнительная загрузка 320 л исходного субстрата влажностью 55–60 %.Комплесные исследования БГУ-1,5 УрФУ на полигоне ВИЭ кафедры АСи ВИЭ проводились в июле 2005 г.[110].Первоначальная загрузка топливав БГУ-1,5 составила 80 л субстрата исходной влажностью 55–60 % и 1 м 3 воды.Установленный температурный уровень соответствовал мезофильному режиму метангенерации (35–37оС) и поддерживался системой автоматики блока вспомогательных устройств БГУ [111].Принципиальная схема БГУ-1,5 П УРФУ представлена на рис.
94.На 5-й день эксперимента в БГУ начался существенный рост газовыделения.При первом выпуске газовой смеси давление в начальный момент составляло0,2×102 мм вод. ст.Эксперимент показал, что в течение 1 часа после закрытия газового кранадавление восстанавливается и через 2,5 часа достигает 1,4 × 102 мм вод.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
