Биогазовые установки. Производство биогаза. Производство биогаза из отходов


Биогазовые установки. Производство биогаза

Биогазовые установки. Производство биогаза

 

Комплектные установки из нержавеющей стали для производства биогаза. 

Биогазовые установки – это комплексное решение утилизации отходов пищевой промышленности, агропромышленного комплекса, производство тепловой, электрической энергии, и удобрений. Производство метана в установке для производства биогаза, является – реализацией биологического процесса.

Немецкая компания разрабатывает и производит комплектные установки  для производства биогаза и продает их во всем мире. Построены, запущены и успешно работают более 300 заводов по производству биогаза в Германии, Франции, Нидерландах, Греции, Великобритании, Швеции, Испании, Люксембурге, Чехии, Литве, США, Японии и на Кипре. Предлагаемые установки – это не экспериментальное, а работающее, проверенное и надежное немецкое оборудование, сертифицированное по ISO и изготовленное в комплекте на собственном заводе.

Мы продемонстрируем Вам, каким образом Вы сможете, осмысленно и экономично использовать биоэнергию. 

Биогаз - это газ, состоящий примерно из 60% метана (СН4) и 40% углекислого газа. Синонимами для биогаза являются канализационный газ, шахтный газ и болотный газ, газ-метан. Если в качестве примера рассмотреть навоз, то, если на предприятии образуется 1 т такого «биоотхода» в день, то это означает, что из него может быть получено 50 м3 газа или 100 кВт электроэнергии, или замещено 35 л дизельного топлива . Срок окупаемости оборудования для переработки навоза находится в пределах 2-3 лет, а для некоторых других видов сырья еще ниже и достигает 1,5 года.    Кроме прямых денежных выгод, постройка биогазовой установки имеет косвенные выгоды. Она, например, обходится дешевле, чем протяжка газопровода, линии электропередач, резервных дизель генераторов и создание лагун. В таблице представлен выход газа для различных видов сырья.

ИСТОЧНИКИ  СЫРЬЯ 

Тип сырья

 Выход газа м3 на тонну сырья 

Навоз коровий

38-52

Навоз свиной

52-88

Помет птичий

47-94

Отходы бойни

250-500

Жир

1300

Барда послеспиртовая

50-100

Зерно

400-500

Силос

200-400

Трава

300-500

Свекольный жом

30-40

Глицерин технический

400-600

Дробина пивная

40-60

Важная область применения установок по производству биогаза – это крупные агропромышленные комплексы, фермы КРС, птицефабрики, рыбные заводы, хлебобулочные комбинатам, предприятия пищевой промышленности, мясокомбинаты, спиртовые заводы, пивоваренные заводы, молочные заводы, растениеводческие предприятия, сахарные заводы, крахмалопаточные заводы, предприятиям по производству дрожжей, и не только в качестве альтернатив­ного источника энергии, но и как эффективного метода утилизации навоза (помета) и производства дешевого удобрения, как для собственных нужд, так и для продажи на рынке. Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из органических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения, что обеспечивает самую активную систему очистки. В качестве сырья может использоваться навоз КРС, навоз свиней, птичий помет, отходы бойни (кровь, жир, кишки, кости), отходы растений, силос, прогнившее зерно, канализационные стоки, жиры, биомусор, отходы пищевой промышленности, садовые отходы, солодовый осадок, выжимка, спиртовая барда, свекольный жом, технический глицерин (от производства биодизеля). Большинство видов сырья можно смешивать друг с другом. Переработка отходов - это в первую очередь система очистки, которая сама себя окупает и приносит прибыль. На выходе установки из отходов образуется одновременно и в больших количествах: биогаз, электричество, тепло и удобрения.

Все перечисленное выше производится по нулевой себестоимости. Ведь навоз бесплатен, а сама установка на себя потребляет всего 10-15% энергии. Для работы мощной установки достаточно одного человека два ча­са в день. Биогазовые установки полностью автоматизированы и соответс­твенно затраты на оплату труда минимальны. 

Технология и принцип работы биогазовой установки

Биогазовая установка производит биогаз и биоудобрения из биологических отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности путем бескислородного брожения. Биогаз является продуктом жизнедеятельности полезных метанобразующих бактерий. Микроорганизмы метаболизируют углерод из органических субстратов в бескислородных условиях (анаэробно). Этот процесс, называемый гниением или бескислородным брожением, следует за цепью питания.

Состав типовой биогазовой установки:

  1. Участок хранения биотходов
  2. Система загрузки биомассы
  3. Реактор 
  4. Реактор дображивания
  5. Субстратер
  6. Система отопления
  7. Силовая установка 
  8. Система автоматики и контроля 
  9. Система газопроводов

 Биоотходы могут доставляться грузовиками или же перекачиваться на биогазовую установку насосами. Сначала коферменты высыпаются (перемалываются), гомогенизируются и перемешиваются с навозом (пометом). Гомогенизация чаще всего выполняется при температуре 70о С в течение одного часа при размере максимальной частицы 1 см. Гомогенизация с навозом производится в перемешивающем резервуаре с мощными мешалками.  

Реактор является газонепроницаемым, полностью герметичным резервуаром. Это конструкция теплоизолируется, потому что внутри резервуара должна быть фиксированная для микроорганизмов температура. Внутри реактора находится миксер, предназначенный для полного перемешивания содержимого реактора. Создаются условия для отсутствия плавающих слоев и/или осадка. 

Микроорганизмы должны быть обеспечены всеми необходимыми питательными веществами. Свежее сырьё должно подаваться в реактор небольшими порциями несколько раз в день. Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора (в зависимости от субстратов) 20- 40 дней. На протяжении этого времени органические вещества внутри биомассы метаболизируются (преобразовываются) микроорганизмами. На выходе установки образуется два продукта: биогаз и субстрат (компостированный и жидкий). 

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа газгольдере, в котором выравниваются давление и состав газа. Из газгольдера идет непрерывная подача газа в газовый двигатель генератор. Здесь уже производится тепло и электричество.  При необходимости биогаз дочищается до природного газа (95% метана) после такой очистки, полученный газ - аналог природного газа (90-95 % метана Ch5). Отличие только в его происхождении. 

Биогазовые установки работают 24 часа в сутки, 7 дней в неделю, круглый год. Такой режим работы является еще одним их преимуществом. Всей системой управляет система автоматики. Для управления достаточно всего один человек два часа в день. 

Этот сотрудник ведет контроль с помощью обыкновенного компьютера, а также работает на тракторе для подачи биомассы. После 2-х недельного обучения на установке может работать человек без особых навыков, т.е. со средним или средним специальным образованием.  

ВЫГОДЫ

  • Биогаз.
  • Собственная биоэнергетическая станция.
  • Правильная утилизацию органических отходов. Отходы в доходы!
  • Биоудобрения. При использовании удобрений, полу­ченных на биогазовых установках, уро­жайность может быть повышена на 30-­50%. Обычный навоз, барду или другие отходы нельзя эффективно использовать в качестве удобрения 3-5 лет. При исполь­зовании же биогазовой установки биоот­ходы перебраживают и, переброженная масса тут же может использоваться как высокоэффективное биоудобрение. Переброженная масса - это готовые экологически чистые жидкие и твердые биоудобрения, лишенные нитри­тов, семян сорняков, патогенной микро­флоры, яиц гельминтов, специфических запахов. При использовании таких сба­лансированных биоудобрений урожай­ность значительно повышается.  
  • Электроэнергия. Установив био­газовую установку, предприятие бу­дете иметь свою, по сути, бесплатную электроэнергию, а значит, существен­ное снижение себестоимости продук­ции, что в свою очередь позволит пос­леднему получить дополнительные конкурентные преимущества. 
  • Тепло. Тепло от охлаждения генератора или от сжигания биогаза можно ис­пользовать для обогрева предпри­ятия, теплиц, технологических целей, полу­чения пара, сушки семян, сушки дров, получения кипяченой воды для содер­жания скота. Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. Проект окупается за счет уменьшения себестоимости производимой предприятием продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений.  
  • Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства. Уменьшение энергетической зависимости, умень­шение выбросов парниковых газов, уменьшение загрязнения окружа­ющей среды отходами сельскохозяйс­твенного производства, отсутствие на предприятии неприятного запаха.

Строительство биогазовой установки актуально не только для вновь создаваемых ферм, но и для старых. Ведь часто старые лагуны переполнены, и их ремонт требует значи­тельных средств. Если некоторые отходы можно просто хранить в отстойниках, то на утилизацию некоторых (например, на отходы бойни) необходимо затрачивать энергию и средства. Требования к площадке. Установка может располагаться на месте отстойников, лагун или старой свалки. Средние размеры площадки под установку 40х70 м.  

Цена биогазовой установки

Каждое предприятие индивидуально, поэтому в каждом случае финансовые затраты будут рассчитываться специалистами.  

Пример проекта

Мы приводим пример средних затрат и доходов при установке биогазового оборудования. Калькуляция затрат и доходов на примере биогазовой установки для спиртового завода. Стоимость установки 1280 тыс. евро. Все услуги и работы включены. Производительность по зерновой барде 100 т в сутки. 

Влажность сепарированной барды 70%. Средний срок окупаемости проекта 2-3 года. А при полном использовании возможностей установки окупаемость может быть 1,5-1,8 года.  Использование возможностей – это добавление коферментов, использование тепла в теплицах, продажа полностью всех производимых удобрений. 

Затраты на энергоносители – одна из основных статей издержек, которая существенно влияет на себестоимость продукции. Очистные сооружения потребляют около 50% энергии, а при постройке биогазовой установки происходит экономия этих 50%.  Предприятие получает газ, электроэнергию, тепло, удобрения и обеспечивает замкнутый цикл производства. 

Проект окупается за счет уменьшения себестоимости продукции, поскольку снижаются затраты на покупку газа, электроэнергии, горячей воды и удобрений. Дополнительная прибыль может быть направлена на погашение кредита и на развитие производства.

Затраты:

Евро.

Обслуживание реактора

32 000

Амортизационные расходы

27 800

Обслуживание электрогенератора

4 000

Электроэнергия (для случая, если производится только газ)

6 500

Оплата труда (с запасом берем 2 человека низкой квалификации)

7 000

Всего затрат за год

77 300

Доходы: 1. Продажа/использование газа (или электроэнергии как производной от газа) 2. Продажа/использование удобрений 3. Продажа квот СО2

Евро.

 

Ед. изм.

Выход в час.

Выход за год.

Стоимость евро.

Общая сумма евро

Биогаз

м3

575

5 037 000

0,08

402 960

Гумус

тонн

0,616

5 400

80

432 000

Жидкие биоудобрения

м3

3,221

28 200

4

113 000

Квоты СО2

тонн

 

22 000

8

176 000

Общая прибыль

1 123 960

Чистая прибыль

1 046 660 

Источник – Проспект компании «Биоэнергосила»

Материал подготовлен Шиловой Е.П.

mcx-consult.ru

Технология получения биогаза

Биогаз это один из ярких примеров того, как из отходов можно получить золото. Побочные продукты хозяйственной деятельности, после переработки превращаются в экологически чистое газообразное топливо. Данный цикл утилизации отходов позволяет построить замкнутое производство, на основе фермерского предприятия или городского очистительного сооружения.

Как получить биогаз

Для того чтобы получить биогаз, понадобиться специальное устройство: биогазовая установка. Она представляет собой комплекс инженерных сооружений, который состоит из агрегатов и емкостей, предназначенных для хранения и подготовки сырья, непосредственно самого производства биогаза, а также его сбора и очистки, выделения таких побочных продуктов переработки как сухая часть, которая используется для получения высококачественных минеральных удобрений и воды. Для получения электроэнергии биогазовая установка может быть совмещена с мини газотурбинным или другим типом генератора. Для получения не только электро, но и дополнительно тепловой энергии, биогазовый завод комплектуется когенерационными установками.

Поучение биогаза происходит в специальных, корозионностойких цилиндрических герметичных цистернах, также их называют ферментерами. В таких емкостях протекает процесс брожения. Но до того как попасть в ферментер, сырье загружается в емкость приемник. Тут оно смешивается с водой до однородного состояния, с помощью специального насоса. Далее из емкости приемника в ферментеры вводится уже подготовленный сырьевой материал. Надо заметить, что процесс перемешивания при этом не останавливается и продолжается до тех пор, пока в емкости приемнике ничего не останется. После ее опустошения насос автоматически останавливается. И вот, процесс ферментации запущен, начинает выделяться биогаз, который по специальным трубам поступает в газгольдер, размещенный неподалеку.

Биореактор располагается в отдельно стоящем быстровозводимом здании, это вынужденная необходимость обусловлена требованиями норм безопасности и тем, что производство биогаза нуждается в поддержании постоянной, относительно высокой температуры в 30 – 50 С°. Технология получения биогаза требует периодического перемешивания смеси ферментируемых веществ. Это препятствует их расслоению и остановке процесса брожения. Также не помешает измельчить крупные куски в сырье, приготовленном для ферментации. Большие комки замедляют скорость выделения метана тормозя тем самым техпроцесс. Работа профессиональных биогазовых установок, которые мы предлагаем, регулируется автоматикой, и уход даже за несколькими станциями средних размеров, не требует штата более чем в два чеовека.

Сырье, из которого получают биогаз

Сырьем для производства биогаза могут служить как органическая составляющая твердых бытовых отходов, так и сточные воды, а также жидкие и твердые отходы сельскохозяйственного производства.

Качество сырья зависит от множества факторов, начиная с его влажности, заканчивая объемом получаемого биогаза на единицу ферментируемого вещества. Так, к примеру, разные типы, к примеру, навоза, имеют разный выход биогаза на килограмм вещества с не одинаковым содержанием в нем метана. Самый большой выход биогаза и самый высокий процент в нем метана имеет свекольная ботва, именно поэтому получение топлива на свекольно-сахарных заводах наиболее эффективно.

В зависимости от типа ферментируемого сырья меняется и вариант исполнения установки для получения биогаза. Так, если используется сухое или твердое сырье, его механически загружают в шнековый транспортер, который поставляет продукт брожения в реактор. Если в качестве продукта для ферментации используются стоковые воды или навоз, то сырье может попадать в емкости самотеком, откуда с помощью насосов, по мере надобности, перекачивается в биореактор. Иногда сырье требует дополнительной очистки и гидролиза, в таком случае система получения биогаза будет включать в себя два соединенных вместе биореактора.

Получаемый биогаз может сжигаться для обогрева промышленных теплиц, фермерских хозяйств и т.д.

Биогазовая установка, заказанная у нас, и оборудованная дополнительными модулями делает процесс получения метана из биогаза практически полностью безотходным. Специальная система очистки может отделять от метана углекислый газ, который также является ценным промышленным продуктом. Сырье, оставшееся после ферментации, идет на производство экологически чистых минеральных удобрений, а если биогазовая установка связана с когенерационным устройством, кроме тепла, из метана можно добывать экологически чистое электричество.

www.rosbiogas.ru

Биогаз из бытовых отходов » Полезные самоделки

Навоз всегда считался ценным удобрением. Но это, так сказать, классический навоз, по преимуществу конский или коровий, да еще щедро сдобренный соломой из подстилки.

На современной свиноферме навоз совсем другой. Подстилки там и в помине нет - навоз смывают водой, количество стоков от этого увеличивается во много раз, а концентрация сухих веществ - тех, в которых и заключена удобрительная ценность навоза,- уменьшается до нескольких процентов.

Все это гигантское количество жижи приходится где-то хранить - хотя бы от осени до весны, в период, когда удобрения не вносят. Выдерживать навоз нужно еще и для того, чтобы обезвредить всегда присутствующих в нем патогенных микробов, яйца гельминтов и семена сорняков, которые после внесения в почву немедленно, пойдут в рост. В итоге, например, в латвийском совхозе "Огре", где и свиней-то всего 20 тысяч с небольшим, пришлось запроектировать навозохранилища объемом 80 тысяч кубометров - даже при трехэтажной высоте они заняли бы целый гектар, а стоили бы почти столько же, сколько сам свинокомплекс. К тому же очень трудно предотвратить просачивание такого жидкого навоза в землю, в подземные воды, в реки. Да и атмосферу он загрязняет зловонием... Обезвреживание навозных стоков, особенно со свинокомплексов, превратилось в серьезную проблему в масштабе всей страны.Одно из решений этой проблемы предложил Институт микробиологии им. А. Кирхен-щтейна АН Латвийской ССР. И не только предложил, но и внедряет в производство в том самом совхозе "Огре", о котором МЫ/ только что упомянули.ЗАМЕЧАТЕЛЬНОЕ СООБЩЕСТВО

Один микробиологический способ обезвреживания навоза, да и любых других органических остатков, известен давно - это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов-аэробов понемногу разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация - погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть.

 

 

Но качество удобрения при этом страдает: пропадает до 40 % содержащегося в нем азота и немало фосфора. Пропадает и энергия, потому что впустую рассеивается тепло, выделяющееся из недр кучи, - а в навозе, между прочим, заключена почти половина всей энергии, поступающей на ферму с кормами. Отходы же от свиноферм для компостирования просто не годятся: слишком они жидкие.Но возможен и другой путь переработки органического вещества - сбраживание без доступа воздуха, или анаэробная ферментация. Именно такой процесс происходит в природном биологическом реакторе, заключенном в брюхе каждой буренки, пасущейся на лугу. Там, в коровьем преджелудке, обитает целое сообщество микробов. Одни расщепляют клетчатку и другие сложные органические соединения, богатые энергией, и вырабатывают из них низкомолекулярные вещества, которые легко усваивает коровий организм. Эти соединения служат субстратом для других микробов, которые превращают их в газы - углекислоту и метан. Одна корова производит в сутки до 500 литров метана; из общей продукции метана на Земле почти четверть - 100-200 млн. тонн в год! - имеет такое "животное" происхождение.

Метанообразующие бактерии - во многом весьма замечательные создания. У них необычный состав клеточных стенок, совершенно своеобразный обмен веществ, свои, уникальные ферменты и коферменты, не встречающиеся у других живых существ. И биография у них особая - их считают продуктом особой ветви эволюции.

Примерно такое сообщество микроорганизмов и приспособили латвийские микробиологи для решения задачи - переработки отходов свиноферм. По сравнению с аэробным разложением при компостировании анаэробы работают медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт их деятельности - биогаз, в котором 60-70 % метана,- есть не что иное, как концентрат энергии: каждый кубометр его, сгорая, выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.

Во всех прочих отношениях анаэробная ферментация ничуть не хуже компостирования. А самое важное - что таким способом прекрасно перерабатывается жидкий навоз со свинофермы: пройдя через биореактор, эта зловонная жижа превращается в прекрасное удобрение.ЭКОЛОГИЯ ПЛЮС НЕМНОГО ТЕПЛАОпытная установка, производящая биогаз, вот уже четыре года работает на одной из свиноферм совхоза "Огре". Научные основы . технологии для нее разработали в Институте микробиологии им. А.Кирхенштейна, а проект сделали в совхозе. ("У вас есть свое КБ?" - спросил автор у зам. директора совхоза В.С.Дубровскиса. "Какое КБ?- ответил он.- Сам сидел и рисовал...") Рядом стоит еще один реактор, импортный, пущенный в прошлом году. В общем, как считают в совхозе, можно было обойтись и без импорта: зачем тратить валюту на то, что вполне можно делать своими силами?

Оба реактора, объемом по 75 кубометров каждый, перерабатывают все отходы с фермы на 2500 свиней, давая совхозу остро необходимое всякому хозяйству высококачественное удобрение и по 300-500 кубометров газа в сутки.

"Для нас дело не в биогазе,- говорит В. С. Дубровские.- Если бы речь шла только о нем, мы бы и браться не стали. Главное - то, что это единственная технология переработки и обеззараживания отходов свиноводства, которая себя окупает". Не газом окупает, а экологическим благополучием: иначе пришлось бы строить и навозохранилища, И очистные сооружения, тратить большие деньги и очень много энергии. Кроме того, совхоз получает хорошее удобрение: в нем нет, как в свежем навозе, семян сорняков, способных прорасти, а значит, меньше надо расходовать гербицидов. Опять-таки, экологическая выгода. Биогаз же - как бесплатное приложение: приятно, но не обязательно.

Именно поэтому не так просто подсчитать экономическую эффективность подобных разработок. Обычно считают как раз по биогазу: затраты такие-то, газа получено столько-то, соответствующее количество солярки стоит столько-то. Получается в общем тоже выгодно, но сроки окупаемости не рекордные...

Тут есть еще одна тонкость. Бактерии метанового брожения в отличие от аэробов при компостировании сами тепла не выделяют, а работают они только в тепле. Для одних, термофильных, нужно поддерживать температуру около 55 °С, для других, мезо-фильных - около 37 °С. Вопрос о том, какой вариант лучше, еще не решен, и даже в Институте микробиологии существуют разные мнения. Возглавляющий это направление исследований академик АН Латвийской ССР М. Е. Бекер считает, что термофильный процесс эффективнее, а лаборатория биотехнических систем, которой руководит кандидат технических наук А. А. Упит, стоит за мезофильный. Но так или иначе, в нашем климате реактор большую часть года приходится подогревать. И если в жаркой Индии и Китае, где биогазовые установки насчитывают миллионами, такой проблемы не возникает, то в совхозе "Огре" на это уходит в среднем около половины биогаза, полученного за год. Это, естественно, ухудшает показатели экономической эффективности, если считать только по сэкономленному топливу. Но даже в таких условиях остающегося биогаза хватает, чтобы обеспечить треть энергетических потребностей фермы: тут и отопление, и горячая вода.

Конечно, картина получилась бы совершенно иная, если бы к энергетическому эффекту прибавить еще эффект экологический, переведя его в рубли. Но как это сделать, пока еще, кажется, не знает никто.

Во всяком случае, можно сказать одно: работников совхоза "Огре" результаты первого опыта вполне устраивают, и они намерены расширять дело. В этом году начнется строительство биогазовой установки для большого совхозного свинокомплекса - уже не на 2500, а на 20 000 голов. Ожидается, что эта установка, даже если считать только по газу, окупится за 5-6 лет. И гигантские навозохранилища, о которых говорилось в начале статьи, строить не придется.

ОТ ТПФ ДО СЕМЕЙНОГО БИОРЕАКТОРА

Переработка отходов животноводства - лишь одно из многих направлений исследований, которые ведутся в Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна. Еще много интересного и поучительного увидел автор и в его лабораториях, и в хозяйствах - совхозе "Огре" и колхозе "Узвара", где опробуются институтские разработки. И обо всем собирался написать.

В первую очередь - о создаваемых здесь биотехнологических методах производства кормов. В том числе о прошедшей уже производственную проверку несложной, доступной любому хозяйству технологии получения кормового белка из травяного сока с минимальными затратами энергии. И об усовершенствовании процессов силосования и сенажирования, которое позволяет не просто консервировать корма, но и обогащать их питательными веществами. И об исследованиях по биоконверсии соломы и других богатых целлюлозой отходов. В общем, о всех направлениях, входящих в научно-техническую программу "Трансформация продуктов фотосинтеза" (сокращенно - "ТПФ"), которую вот уже больше десяти лет разрабатывает институт в сотрудничестве с многими научными учреждениями. Генеральная линия программы ТПФ - внедрение в агропромышленный комплекс не просто отдельных биотехнологических процессов, но целых биотехнических систем, что позволит в максимальной степени использовать растительное сырье, резко снизить затраты энергии в сельскохозяйственном производстве, сделать его экологически чистым и безотходным...Но автор успел рассказать лишь об одной части этой программы, а отведенное ему место уже на исходе. Так что придется оставить все это до следующего случая.

Однако, заканчивая разговор о биогазе, нельзя не упомянуть хотя бы вкратце еще об одной идее, над которой работают в Институте микробиологии им. А. Кирхенштейна. Это концепция интегрированной системы переработки отходов и энергоснабжения жилого комплекса, а проще говоря, создания экологически замкнутого хозяйства, которое не будет загрязнять окружающую среду никакими отходами и к которому не нужно будет подводить ни электричества, ни газа: всю необходимую энергию дадут ему солнечный коллектор, тепловые насосы и, конечно же, биореактор, где будут перерабатываться канализационные стоки и отходы. До воплощения этой идеи в жизнь, правда, еще далеко, но архитектор М. Я. Лиепа уже подготовила несколько вариантов эскизного проекта такого экологического домика - получилось красиво...

А один из центральных элементов этой системы - "биореактор для семейной фермы", как его неофициально называют в институте,- уже сейчас может построить для себя каждый желающий. По просьбе редакции авторы идеи - сотрудники лаборатории биотехнических систем - рассказывают ниже о том, как это сделать.Как построить биореакторБиогазовая установка может быть создана в любом хозяйстве из местных, доступных материалов силами специалистов самого хозяйства.

Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30- 55 °С (оптимально 40 °С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание навоза, не менее 12 суток. Для анаэробной ферментации можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.

При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30-40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения - жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты - целлюлоза и лигнин - сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения - щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10-15 %.

Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м3; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.).Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м3, или 5500 ккал/м3.

ОБОРУДОВАНИЕ

Основное оборудование биогазовой установки - герметически закрытая емкость с теплообменником (теплоноситель - вода, нагретая до 50-60 °С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа.

Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, использования подстилочного материала, теплоснабжения, создать один типовой биореактор невозможно. Конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.Для небольшой установки наиболее простое решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. Схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 м3 показана на рисунке. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция - направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На схеме перегородки показаны условно; их число и размещение зависят От свойств навоза - от текучести, количества подстилки.

Биореактор из железобетона требует меньше металла, но более трудоемок в изготовлении. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве бесподстилочного навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток - минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).

Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4-8 % - два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м3 будет давать в сутки 100 м3 биогаза.

Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 м3 биогаза, от 10 свиней - 1-3 м3, от 10 овец - 1 - 1,2 м3, от 10 кроликов - 0,4-0,6 м3. Тонна соломы дает 300 м' биогаза, тонна коммунально-бытовых отходов - 130 м:). (Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м3 в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома.)Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагреватель-ные аппараты АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Можно также использовать для подогрева субстрата ночную электроэнергию. Аккумулятором тепла в этом случае служит сам биореактор.Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пено-полиуриетана и пр.Давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм вод. ст.), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.

При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.

Примерные затраты материалов и средств (при использовании топливной цистерны объемом 50 м3)Техническая документация, согласование 50 р.Оборудование и материалы:цистерна 1000 р.насосы, фекальный или "навозный", для подачи . 3-5 м3 в сутки, 2 шт.(один - резервный) 200 р.трубопроводы диаметром 80-100 мм 100 р.изоляционный материал - 1000 р.водонагреватели АГВ-80 или АГВ-120, 2 шт. - 300 р.Строительные и монтажные работы - 1100 р.Итого 3750 р.

Непредвиденные расходы (20 %) 750 р.Общая стоимость 4500 р.Эксплуатационные расходы (в год):электроэнергия для работы насосов (2X5 кВт, 1 час в сутки, 1 коп. за 1 кВт-ч) ~ 40 р.профилактический осмотр и обслуживание (1 день в месяц) - ~150 р.Итого -190 р.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗА

Тепло, получаемое при сжигании биогаза, может быть использовано, кроме подогрева воды (отопление, горячее водоснабжение) и приготовления пищи, для отопления теплиц, а в летний период, когда биогаз в избытке, для сушки сена и других кормов или, при питании биогазом абсорбционного холодильника, для охлаждения сельскохозяйственной продукции, например молока. Можно также применять биогаз для выработки электроэнергии, но это менее выгодно.

Если несколько мелких ферм или индивидуальных хозяйств расположены поблизости друг от друга, целесообразно организовать централизованную переработку отходов и получаемый биогаз подавать на фермы или в хозяйства по трубопроводам.Есть еще одно направление использования биогаза - утилизация углекислого газа, содержащегося в нем в количестве около 34 %. Извлекая углекислый газ путем отмывки (в отличие от метана он растворяется в воде), можно подавать его в теплицы, где он служит "воздушным удобрением", увеличивая продуктивность растений.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

Биореактор объемом 50 м'! дает в сутки 100 м' биогаза, из которых на долю "товарного" газа, приходится в среднем около 70 м* (остальное идет на подогрев реактора), что составляет 25 тыс. м в год - количество, эквивалентное 16,75 т жидкого топлива общей стоимостью 1105 р.

Если капитальные вложения в строительство установки - 4500 р.- распределить на 15-летний срок ее эксплуатации и учесть эксплуатационные расходы (190 р. в год) и расходы на ремонт (1 % от стоимости оборудования - 26 р. в год), то экономия от замены биогазом жидкого топлива составит около 590 р. в год.

При таком подсчете не учитывается предотвращение загрязнения окружающей среды, а также увеличение урожайности в результате применения получаемого высококачественного удобрения.ДОКУМЕНТАЦИЯ И СОГЛАСОВАНИЕ

Эскизную документацию на строительство биореактора специалисты хозяйства (инженер-механик, строитель, энергетик, электрик) могут подготовить за несколько дней. В документацию должны входить: технологическая схема, план размещения биореактора и теплогенератора, потоки энергии и продуктов, трубопроводы, схема подключения насоса и осветительной арматуры, калькуляция - смета расходов. На генплане хозяйства нужно показать основные трубопроводы, подъездные пути, громоотвод. Документацию необходимо согласовать с газовой инспекцией и пожарной охраной.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

При эксплуатации биореактора необходимо соблюдать все действующие нормы и правила работы с установками для сжигания природного газа. Биогаз имеет более узкий предел взрываемости, чем природный газ,- от 6 до 12 % (вместо5-15 %). В документации следует предусмотреть вентиляцию, которая, согласно СН. 433-79, должна обеспечивать в помещении объемом до 300 м( восьмикратный обмен воздуха в час.

КОНСУЛЬТАЦИИ

Консультацию по составлению технической документации, строительству, пуску и эксплуатации биогазовой установки, а также по другим вопросам, здесь недостаточно полно освещенным, можно получить по адресу: 226067 Рига 67, Клейсты, ул. Кирхенштейна, 1, Институт микробиологии им. А. Кирхенштейна АН Латвийской ССР, лаборатория биотехнических систем; тел. 42-81-04.Кандидат технических наук А. А. Упит, А. В. Карклин

www.freeseller.ru

Мусорный полигон как источник получения биогаза из бытовых отходов: реалии и перспективы

Близ восточных пригородов Мехико, мексиканской столицы и одного из самых густонаселенных в мире мегаполисов, расположилась вторая по масштабам после большого тихоокеанского мусорного пятна свалка Бордо Понтенье (исп. El Bordo Poniente) – полигон, вмещающий в себя более 70 млн тонн бытовых отходов, 17-метровая яма с общей площадью около тысячи гектаров земли.

Обильные осадки в сезоны дождей, которые могут длится по нескольку месяцев, влажный и теплый субтропический климат, с высокой среднегодовой температурой воздуха – все это приводит к быстрому превращению мусора в зловонную субстанцию, причем помимо тошнотворного запаха, распространяющегося далеко за пределы свалки, она является также и частым источником пожаров.

Через 26 лет в ноябре 2010 года ее закрыли, и проблема утилизации мусора вышла на новый уровень. Так, доставляемые ранее на ее твердые бытовые отходы (ТБО) в количестве 12,5 тысяч тон ежедневно, удалось сократить за счет программы раздельного сбора мусора и его предварительной переработки. В 2011 году в результате тендера на разработку системы по добыче биогаза право на утилизацию отходов выиграла компания BMLMX Power Company S.A. de CV, которая затем построила биогазовую электростанцию, инвестировав в проект около 2 млрд долларов. Ожидается, что ежегодно добыча свалочного газа позволит уменьшать выбросы углекислого газа на 19,8 млн тонн.

Как добывают биогаз из мусорных отходов

Двуокись углерода и метан, которые являются неизменными спутниками мусорных полигонов, образуются благодаря химическому разложению бытовых отходов. Согласно проведенным исследованиям выяснилось, что уже через несколько лет на свалке формируется достаточный объем биогаза, который позволяет начать коммерчески выгодную добычу. В то же время, если позволить ему свободно поступать в атмосферу – газ способствует увеличению парникового эффекта.

В Европе работа мусорных полигонов регулируется на законодательном уровне, причем требования к сортировке отходов, сокращению отправки на свалку материалов органического происхождения и технологий утилизации ТБО постоянно ужесточаются. Набольшее распространение получили установки, которые в первую очередь улавливают свободно выделяемый метан, а затем просто сжигают его в газовых факелах или преобразуют его в электроэнергию.

В Украине компании, в задачи которых входит утилизация газов свалок ТБО, сжигают газ в факеле, как того и требуют государственные нормы, регулирующие выбросы метана в атмосферу. Проведенные исследования Институтом газа НАН Украины показали, что украинские мусорные полигоны могут быть эффективным источниками газа, состав которого включает до 70% биометана, который может служить дополнительным сырьем для производства горючего топлива, тепла и электричества.

Украинские реалии

На сегодняшний день в Украине существуют тысячи мусорных полигонов, их общая площадь сопоставима с небольшим европейским государством, например, Данией. Каждый год в стране образуется более 12 млн тон ТБО, более 92% которых вывозится на свалки. По заявлениям экологических экспертов, с которыми соглашаются чиновники из минэкологии, Украине, как никогда, сегодня требуется комплексный подход к переработке мусора. По различным оценкам количество перерабатываемых или используемых как вторичное сырье бытовых отходов находится лишь на уровне 5 – 7%, в то время как за рубежом, это доля находится в пределах 70 – 80%. В данный момент только 2 из четырех мусороперерабатывающих завода работают, а раздельный сбор отходов практикуется только в каждом седьмом украинском городе.

Читайте также: Как производят газ и электроэнергию из мусора на одном из крупнейших в мире полигонов бытовых отходов

Казалось бы, такие перспективы добычи «мусорного» биогаза должны привлечь представителей бизнеса, однако инвесторы не торопятся вкладываться в утилизацию мусора. «Сумма инвестиций в 1 МВт мощности электростанции составляет 2 млн долл. Срок окупаемости до 6 лет», - отмечает Станислав Кругляков, управляющий директор ООО «ЛНК».              

Предприятие «ЛНК» с 2009 года занимается дегазацей полигонов твердых бытовых отходов (ПТБО). В ее компетенцию входит разработка, строительство и эксплуатация проектов по производству электроэнергии с применением полученного биогаза ПТБО в качестве топлива. Она является единственной украинской компанией в отрасли с установленной мощностью генерации свыше 6,0 МВт.

Для более эффективной работы необходимо создавать подходящие условия. Так, многие полигоны создавались еще 25 – 30 лет назад - они практически во всем не соответствуют современным нормам, принятым в мировой практике. Часто в них не предусмотрена изоляция или подстилка дна, а коммуникации для сбора и транспортировки газа прокладывались уже после заполнения полигона. Кроме того, работы по утилизации отходов и дегазации приходилось зачастую вести на действующих мусорных свалках.

Согласно документу, опубликованному ООО «ЛНК», по состоянию на конец 2014 года, производство всеми биогазовыми электростанциями предприятия электроэнергии составило 26,5 млн кВт*ч, чего достаточно для обеспечения 13,9 домохозяйств в течении года. Кроме того, благодаря работе электростанций ООО «ЛНК» было предотвращено выброс в атмосферу парниковых газов свыше 16,2 млн кубических метров биогаза, что эквивалентно 105,3 тысяч тонн двуокиси углерода.

Зарубежный опыт

Согласно данным международной организации Global Methane Initiative, общий объем антропогенных выбросов метана во всем мире к 2020 году вырастет на 15% процентов в сравнении с показателем десятилетней давности и составит 7904 млн тонн СО2 экв. Стоит отметить, что около десяти процентов всех метановых выбросов в атмосферу приходится на мусорные полигоны, основной объем которых может быть не просто утилизирован, а применен к качестве топлива для электростанций на основе генераторов ДВС.

Для сравнения: потенциал биогаза ПТБО в США составляет около 13 млрд. м3/год, в странах ЕС - около 9 млрд. м3/год. Украина, потенциал которой оценивается 1,5 млрд м3 в год, в этом отношении находится на начальной стадии, используя его всего лишь на несколько процентов. Отмечается, что помимо привлечения инвестиций эта отрасль сможет стать дополнительным источником новых рабочих мест.

Источник: elektrovesti.net

Понравилась статья? Поделитесь ею и будет вам счастье!

Loading...

ecotechnica.com.ua

Биогаз из отходов

Столярова Екатерина Юрьевна,Студент магистратуры кафедры «Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях» Казанского Государственного Энергетического Университета, г. Казань[email protected]

Котляр Мирослава Николаевна,Кандидат технических наук, доцент кафедры Технология воды и топлива на тепловых и атомных электрических станциях» Казанского Государственного Энергетического Университета, г. Казань[email protected]

Биогаз из отходов

Аннотация. В данной статье рассматривается глобальная проблема исчерпания природных ресурсов на территории Российской Федерации, при настоящих темпах экспорта и потребления, а также загрязнения окружающей среды продуктами сгорания органического топлива. Аргументируется идея замены традиционных источников энергии биогазом. В статье подвергается рассмотрению тема утилизации органических бытовых отходов. Дается сравнение объемов выработанного биогаза в зависимости от состава исходного сырья. На основании результатов работы показано, чтоколичество биогаза, которое может быть выделено из различных сельскохозяйственных отходов, при анаэробных условияхпереработки, зависит от количества и состава субстрата, условий протекания процесса, бактериального состава в установке и прочих условиях. Установлено,что выделение биогаза начинается в среднем на 3 5 день. Это зависит, в первую очередь, от соотношения белков, жиров и углеводов, содержащихся в каждом отдельном составляющем субстрата, а также от «стартового толчка», в качестве которого выступает температурапроведения процесса. Ключевые слова: биогаз, биотопливо, метан, анаэробная ферментация, биогазоустановка, биоэнергетический субстрат.

Во второй половине XXго столетия человечество столкнулось с двумя глобальными проблемами –загрязнение окружающей среды продуктами сгорания органического топлива и исчерпаемость природных ресурсов[1].Для России проблема исчерпаемости природных ресурсов сегодня актуальна не настолько, как, например, дляевропейских стран, однако при нынешних масштабах добычи и экспорта полезных ископаемых нефти Россиихватит на 25 лет, газа –на 70 [2].Необходимо искать альтернативу традиционным источникам энергии. Наиболее известный способ получения энергии из биомассы –анаэробное сбраживание, тоесть сбраживание без доступа кислорода [3].Данный способ универсален, поскольку позволяет утилизировать практически все виды отходов–навоз, птичий помёт, зерновая и меласная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходырыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов —соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля —технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков—жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки —мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов —очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпаи др.Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей [12]. В результате переработки таких отходов в анаэробных условиях решается еще одна актуальная на сегодняшний день проблема –внесение органических удобрений в сельскохозяйственные угодья. А именно, отреагировавший субстрат после получения биогаза можно без какойлибо предварительной отработки вносить на поля. Таким образом, снимается вопрос складирования экскрементов сельскохозяйственных животных, животных, падших от болезней, решается проблема загрязнения почвы смертельно опасными вирусами и бактериями. Анаэробная ферментация –процесс многоступенчатый, эффективно протекающий в условиях влажной (примерно 50 %) среды при температуре от 35 до 40 °С. На первом этапе происходит процесс гидролиза. Сложные соединения исходного материала (например, углеводы, белки, жиры) расщепляются на более простые органические соединения (например, аминокислоты, жирные кислоты, сахар). Для этогогидролитические бактерии, принимающие участие в процессе, выделяют энзимы, которые обеспечивают биохимическое разложение материала(рис. 1) [4].Далее происходит преобразование полученной субстанции с помощью анаэробных микроорганизмов (бактерий) в уксусную и муравьиную кислоты. Послепроисходит процесс расщепления бактериями кислоты с образованием метана и воды. Одновременно диоксид углерода восстанавливает чистый водород до метана [5].Биогаз –это своего рода продукт жизнедеятельности тех самых анаэробных микроорганизмов.

Рис. 1.схематическое представлениепроцесса анаэробного разложения

Известно несколько десятков микроорганизмов, которые разлагают сложные органические вещества на простые жирные кислоты, и свыше десятка, перерабатывающих эти кислоты в метан и CO2. Биогаз, получаемый в результате анаэробного разложения органических веществ, состоит из метана (до 70 %), диоксида углерода (29 %), а также из незначительного количества кислорода и сероводорода. Эта смесь не является высококалорийным топливом. Теплота сгорания биогаза, содержащего 60 % метана, составляет примерно 5342 ккал/м3. (Приблизительная теплота сгорания чистого метана –8900 ккал/м3.) Калорийность биогаза напрямую зависит от содержания в нем метана: чем больше метана в смеси, тем выше теплота сгорания продукта [11].Для оптимизации процесса получения биогаза необходимо обеспечить особые условия: поддержка анаэробных условия, соблюдение температурного режима и поддержание значения рН. Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. В природныхусловиях образование биогаза происходит при температурах от 0°С до 97°С, но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобрений выделяют три температурных режима: •психофильный температурный режим определяется температурами 20 25°С; •мезофильный температурный режим определяется температурами 2540°С; •термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°С. Степень бактериологического производства метана увеличивается с увеличением температуры. Постоянный нагрев желателен, а периодическое перемешивание является неотъемлемой частью процесса газообразования. Перемешивание делает субстрат более однородным, тем самым процесс не затормаживается, а продолжается до тех пор, пока вся питательная для бактерий среда не будет исчерпана. Но так как в установке, рассмотренной в данной работе, условия протекания процесса приближены к фермерским, то режим образования биогаза –психофильный и мезофильный. Метанопродуцирующие бактерии лучше всего приспособлены для существования в нейтральных или слегка щелочных условиях. В процессе метанового брожения второй этап производства биогаза является фазой активного действия кислотных бактерий. В это время уровень рН снижается, то есть среда становится более кислой.

Однако при нормальном ходе процесса жизнедеятельность разных групп бактерий в реакторе проходит одинаково эффективно и кислоты перерабатываются метановыми бактериями. Оптимальное значение pH колеблется в зависимости от сырья от 6,5 да 8,5. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на метановое брожение (выделение биогаза), является соотношение углерода и азота в перерабатываемом сырье. Если соотношение C/N чрезмерно велико, то недостаток азота будет служить фактором, ограничивающим процесс метанового брожения. Если же это соотношение слишком мало, то образуется такое большое количество аммиака, что он становится токсичным для бактерий. Микроорганизмы нуждаются как в азоте, так и в углероде для ассимиляции в их клеточную структуру. Различные эксперименты показали: выход биогаза наибольший при уровне соотношения углерода и азота от 10 до 20, где оптимум колеблется в зависимости от типа сырья. Для достижения высокой продукции биогаза практикуется смешивание сырья для достижения оптимального соотношения C/N[13].Для эффективной работы биогазовой установки и поддерживания стабильности процесса сбраживания сырья внутри реактора необходимо периодическое перемешивание. Главными целями перемешивания являются:

•высвобождение произведенного биогаза; •перемешивание свежего субстрата и популяции бактерий (прививка): •предотвращение формирования корки и осадка; •предотвращение участков разной температуры внутри реактора; •обеспечение равномерного распределения популяции бактерий: •предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную площадь реактора.

При выборе подходящего способа и метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой симбиоз между различными штаммами бактерий, то есть бактерии одного вида могут питать другой вид. Когда сообщество разбивается, процесс ферментации будет непродуктивным до того, как образуется новое сообщество бактерий. Поэтому слишком частое или продолжительное и интенсивное перемешивание вредно. Рекомендуется медленно перемешивать сырье через каждые 46 часов. Однако в условиях фермерского хозяйства довольно сложно осуществить перемешивание, не нарушая анаэробных условия. Поэтому перемешивание в данной работе минимально.

Порядок исследованияБиогазоустановка представляет собой стеклянные сосуды, погруженные на 6070% в воду, в каждый из которых в определенных соотношениях помещен биоэнергетический субстрат, состав которого указан в таблицах 15(рис.2).

Рис.2.Биогазовая установка

Таблица 1Состав биоэнергетического субстрата №1

Состав биоэнергетического субстрата, г12345Навоз КРС–35Мел –10Органика –55Вода 50Навоз КРС–50Органика –35Опилки –15Вода 50Навоз КРС–50Органика –40Мел –10Вода 50Навоз КРС–35Органика –40Опилки –15Мел –10Вода 50Навоз КРС–100Вода 50

Таблица 2

Состав биоэнергетического субстрата №2

Состав биоэнергетического субстрата, г12345Навоз КРС–250Вода 50Навоз КРС–200Мел –50Вода 50Навоз КРС–200Солома –50Вода 50Навоз КРС–200Солома –15Органика15Вода 50Навоз КРС–200Органика50Вода 50

Таблица 3

Состав биоэнергетического субстрата №3

Состав биоэнергетического субстрата, г123Навоз КРС–250Вода 50Навоз КРС–250Вода 50Навоз КРС–250Вода 50

Таблица 4

Состав биоэнергетического субстрата №4

Состав биоэнергетического субстрата, г12345Навоз КРС–50Вода 50Навоз куриный –50Вода 50Навоз КРС–25Навоз куриный 25Вода 50Навоз куриный –25Мел 25Вода 50Навоз КРС–25Навоз куриный25Мел 5Вода 50

Таблица 5Состав биоэнергетического субстрата №5

Состав биоэнергетического субстрата, г12345Навоз конский –50Вода 50Навоз конский–50Мел 25Вода 50Навоз конский–50Органика(апельсиновые корки –3, сухие листья –2) 5Вода 50Навоз конский–50Органика (апельсиновые корки –5, сухие листья –5) 10Вода 50Навоз конский –50Органика (апельсиновые корки) 10Мел 2Вода 50

Важно, что в первых трех субстратах в качестве органики были использованы очистки овощных культур (картофель, морковь, свекла), а в качестве мела (то есть вещества, способствующего нейтрализации избыточных кислот), скорлупа сырых куриных яиц. Навоз крупного рогатого скота и конскийбыл взят с подстилкой из соломы, поскольку в реальных условиях фабрик, заводов и сельскохозяйственных угодий навоза в чистом виде практически не существует.

Во избежание нарушения протекания реакции разложения биомассы в анаэробных условиях, все сосуды изолированы полимерными пробками.К каждому сосуду подсоединены патрубки отвода биогаза в виде трубок с иглой. Игла проникает в пробку сосуда. Обратная сторона системы помещается в перевернутый цилиндр, до упора заполненный водой. Предварительно для достоверности результата из системы выгоняется воздух, имеющийся в ней изначально, в систему заливается вода, при помощи шприца. Область, где осуществляется сцепление пробки и горловины сосуда, изолируется, в качестве изолятора был использован растопленный пчелиный воск. Каждый сосуд с биоэнергетическим субстратом также помещается в воду, которая в период запуска биогазоустановки должна иметь температуру 7080ºС [7, 8].По мере разложения биоэнергетического субстрата будет происходить выработка биогаза, который, в свою очередь, начнет вытеснять воду, заполняющую цилиндр, а количество выработанного биогаза можно отслеживать по соответствующим отметкам, нанесенным на цилиндр.Основываясь на результаты наблюдений, видно, что выделение биогаза начинается в среднем на 3 5 день. Это зависит, в первую очередь, от состава исходного субстрата, то есть от того соотношения белков, жиров и углеводов, которое содержится в каждом отдельном составляющем субстрата, а также от «стартового толчка», в качестве которого выступает температура воды, снаружи обволакивающая сосуды с исходным веществом. В результате исследований сделан вывод, что для создания наиболее полной картины выработки биогаза и отслеживания условий, которые в той или иной степени влияют на протекания процесса, необходимо менять соотношение субстрата. Результаты наблюдений отображены на диаграммах 37.Так как в литературных данных приведены противоречивые сведения об образовавшееся количестве биогаза, в зависимости от загрузки, анализ будет осуществлен, опираясь на личные результаты.

Рис.3. Динамика изменения выработки биогаза с загрузкой,

исходя из таблицы № 1

Анализ динамики выработки биогаза в установке №1

Глядя на диаграмму, видно, что с наибольшей интенсификацией процесс метаболизма протекал в установкес субстратом, состоящем из навоза КРС, органики, воды, с добавлением мелаиустановке с субстратом из навоза КРС, органики, воды, мела и опилок. Процесс выработки биогаза в данном случае носит равномерный характер, практически исключая погрешности и нарушения анаэробных условий. Результаты наблюдений субстрата, содержащего навоз КРС, органику, опилки, воду,показали, что данное соотношение веществ в субстрате, хотя и способствует 0501001502002501357911131517192123252729Vг, см3День от запуска биоустановкиРяд1Ряд2Ряд3Ряд4Ряд5выработке биогаза, но процесс в данном случае протекает бесперспективно. Газвырабатывается, но очень медленно. Это может быть связано с тем, что в исходном субстрате отсутствует мел, то есть вещество, которое бы нейтрализовало часть кислот, вырабатываемых бактериями в результате процессов метаболизма, сохраняя тем самым нейтральную pH среду.Наихудшие результаты показали субстраты с загрузкой из навоза КРС, органики, мела и воды (50, 40,10 и 50 г, соответственно)и загрузкой из навоза КРС и воды (эталонный состав). Однако,при сравнении субстратов из навоза КРС, органики, опилок,воды и субстрата из навоза КРС, органики, воды, в сочетании с мелом, видно, что процесс выработки биогаза запустился лишь на 16 день, но биогаз вырабатывался стабильно, без какихлибо перебоев, что свидетельствует о благоприятном результате. И, наконец, сосуд с эталонной загрузкой (навоз КРС и вода), показал о нецелесообразности использования чистого навоза в качестве топлива для получения биогаза.

Рис.4.Динамика изменения выработки биогаза с загрузкой,исходя из таблицы №2

Анализ динамики выработки биогаза в установке №2

В данном случае сосуды с субстратами были помещены в термостат, в котором поддерживалась постоянная температура 40оС. Также в процессе работы установки периодически производилось механическое помешивание. Однако недостатком данной установки являетсябольшое количество навозав субстрате. Это поспособствовало сильному торможению процесса. Однако в данном случае процесс выработки биогаза носит практически однородный характер –сосуды с похожим составом исходного субстрата получили схожие результаты.Наилучший результат показали субстраты со следующими составами: навоз КРС, мел, вода и навоз КРС, солома, вода.Биогаз вырабатывался равномерно, начиная уже со 2го дня. Однако в первом случае показательнесколько выходит вперед, так как в нем содержался нейтрализатор (мел). Субстрат из навоза КРС и воды, выступающий в качестве эталонного, также показал неплохие результат. Но смешениенавоза с органикой оказывается более продуктивным, а дляпостоянногоподогревасубстрата для получения должного выхода биогаза из «эталона», необходимо затрачивать большое количество электроэнергии, то это уже нецелесообразно.Субстрат, в состав которого входит навоз КРС, органика и вода (200, 50, 50, соответственно), дал постепенный, стабильный выход биогаза, что связано с 050100150200250135791113151719212325272931Vг, см3День от запуска устано

e-koncept.ru

Производство биогаза | Биогаз в России. Биогазовые установки. Компания Биокомплекс

Производство биогаза - технология, за которой будущее

Использование биогаза человечеством имеет давнюю историю. Более двух тысяч лет назад, по свидетельству Геродота, древнегерманские племена, живущие в заболоченных местностях, использовали выделяющийся болотный газ для своих нужд, подводя его к своим жилищам по кожаным трубам. Чтобы процесс выработки газа не прекращался, они периодически сбрасывали в болото шкуры убитых животных и бытовые отходы. Научная европейская мысль зафиксировала выделение горючего газа разлагающейся органикой в XVII веке, а появление первых биогазовых установок относится ко второй половине XIX века.

В настоящее время наибольшее количество биогаза производится в энергетически бедных странах, однако, исходя из очевидных выгод его получения и использования, популярность установок, перерабатывающих органику в горючий газ, растет и у нас. Несмотря на многочисленные препятствия, вызванные как недостатком финансовых средств, так и инерционностью мышления отдельных руководителей, биогазовые станции понемногу завоевывают популярность среди предпринимателей.

Что такое биогаз?

Биогаз образуется в результате разложения анаэробными бактериями органических соединений и является смесью метана и углекислого газа. В зависимости от используемого в процессе брожения сырья, процент метана в биогазе варьируется от 50 % (из навоза крупного рогатого скота) до 85 % (из жировых отходов).

В качестве сырья для производства биогаза используются пищевые отходы, кормовые остатки, навоз свиней, КРС и птицы, отходы предприятий пищевой промышленности, а также специально выращиваемые энергетические растения (рапс, подсолнечник, кукуруза, свекла и т. д.), их ботва и солома, опилки, силос и многое другое, вплоть до опавших листьев и другого органического мусора. Любые отходы растительного и животного происхождения можно использовать для получения биогаза. Применительно к использованию биогазовых установок для переработки отходов животноводческих ферм, можно утверждать, что содержание одной коровы обеспечит производство 2,5 куб. м биогаза в сутки, одного откормочного быка — 1,6 куб. м, свиньи — 0,3 куб. м, курицы или утки — 0,02 куб. м.

Как получают биогаз?

Для получения биогаза измельченные и увлажненные органические отходы закладывают в емкость, называемую реактором или анаэробной колонной, где они подвергаются процессу сбраживания метановыми анаэробными (живущими без доступа воздуха) бактериями. Жизнедеятельность метановых бактерий требует соблюдения определенных условий: в реакторе необходимо поддерживать комфортную для них температуру (40–70 градусов Цельсия) и периодически перемешивать питательную смесь, способствуя распределению бактерий по всему пространству реактора.

Чем мельче частицы органики, тем легче идет процесс брожения, поэтому перед закладкой в реактор любое органическое сырье необходимо измельчать до однородного состояния (гомогенизировать). Облегчает переработку и увеличивает выход газа использование энзимов, а также постоянное перемешивание массы с помощью различных средств, в том числе жидкостных либо ультразвуковых кавитаторов. Из одного килограмма сухого сырья на современной биогазовой станции можно получить 350–500 литров биогаза.

Как используют производство биогаза?

  1. Для обогрева помещений. Отопительный котел на биогазе позволит отапливать производственные помещения предприятия или фермы, а также близлежащие жилые дома. Некоторая часть газа (зимой — около 15 %) расходуется на поддержание оптимальной температуры для брожения массы в реакторе.
  2. Для производства электроэнергии. Газогенератор, смонтированный в комплексе биогазовой установки, даст возможность получать около 2 кВт электроэнергии из 1 куб. м биогаза.
  3. Для получения биогаза с целью использования его как топлива для автомобилей, а также для сжижения излишков и реализации другим потребителям.
  4. Для производства высококачественных органических удобрений. Твердый остаток, получаемый после окончания процесса брожения, является прекрасным удобрением, эффективным и лишенным неприятного запаха. Его использование повышает урожай сельскохозяйственных культур более чем вдвое.
  5. Для экологически чистой утилизации отходов. Фекалии животных и птицы, отходы предприятий пищевой промышленности, будучи захороненными на полигоне для отходов, загрязняют окружающую среду и издают неприятный запах. Процесс разложения, происходящий в биогазовых реакторах, нейтрализует токсины и делает оставшуюся массу безопасной для природной среды.

Преимущества биогазовых станций

Энергетическое: станция дает возможность организовать собственное отопление и освещение промышленного или сельскохозяйственного предприятия. Особенно важно это в удаленных районах, где прокладка электрических сетей и централизованного отопления экономически невыгодна — в этом случае биогазовая установка обеспечит предприятие и прилегающий жилой район светом и теплом.

Экономическое: использование биогаза дает возможность существенно снизить затраты на энергообеспечение и на утилизацию отходов.

Экологическое: нейтрализуется вред, наносимый сельскохозяйственными или промышленными отходами окружающей среде, снижаются выбросы метана в атмосферу. Сохраняется чистота грунтовых вод, которые нередко используются как источник питьевой воды в данной местности.

Географическое: станция может быть построена в любом, даже самом отдаленном и недоступном районе и в любой климатической зоне, основным условием ее строительства является доступность органического сырья для производства биогаза.

Инфраструктурное: строительство станции дает возможность для поддержания и развития энергетической и коммунальной инфраструктур.

Социальное: помимо производственных зданий, возможно снабжение теплом и электроэнергией социально-бытовых и культурных объектов: жилых зданий, детских учреждений, больниц, магазинов, домов отдыха, клубов и т. д.

biogaz-russia.ru

Самодельный биогаз из органических отходов

Биогаз из органических отходов образуется в результате «метанового сбраживания». Сам процесс метанового сбраживания должен проходить в анаэробных условиях, т. е. без доступа воздуха. Образующийся при таких условиях биогаз, состоит из 50—80 % метана, 20—50 % углекислого газа, незначительной части, около 1 % сероводорода, и еще присутствует немного таких газов, как азот, кислород, водород, аммиак, закись углерода и др.).

На заметку: при сгорании одного кубометра метана выделяется 20—25 МДж.

Для того, чтобы происходил процесс брожения (метановое сбраживание), необходимо наличие двух групп микроорганизмов. Одна группа этих микроорганизмов – кислотообразующие бактерии, благодаря которым происходит процесс брожения, – расщепляет сложную органику в более простые компоненты. В результате действия кислотообразующих бродильных микроорганизмов в бродильной смеси появляются первичные продукты брожения, такие как летучие жирные кислоты, водород, оксид углерода, низшие спирты, уксусная кислота, муравьиная кислоты и некоторые другие. Эти, менее сложные органические вещества, являются источником питания для второй группы бактерий, которые способствуют преобразованию органических кислот в метан, углекислый газ и пр.

Важным условием является наличие живых микроорганизмов. В этой статье братья Родионовы немного объяснили, почему гибнут микроорганизмы, и может не происходить выделение биогаза.

В обще-то, в процессе выработки биогаза принимает участие огромное количество микроорганизмов. В зависимости от исходного сырья, их может быть около тысячи. Но поскольку нас интересует биогаз, то в главными для нас являются метанообразующие бактерии.

Следует учитывать, что метанобразующие микроорганизмы размножаются медленно и более чувствительны к изменениям окружающей среды, по сравнению с кислотообразующими микроорганизмами-бродильщиками. Поэтому на первом этапе в сбраживаемой среде увеличивается концентрация летучих кислот, и этот этап образования называют кислотным. Затем скорость образования и скорость переработки выравниваются. И в дальнейшем разложение субстрата и образование газа идут одновременно. Ну и еще следует заметить, что от условий, которые создаются для жизнедеятельности метанообразующих бактерий, зависит скорость и интенсивность газовыделения.

Нужные нам микроорганизмы для производства самодельного биогаза в природе присутствуют в достаточном количестве. Например, в экскрементах животных. В навозе крупного рогатого скота есть полный комплект бактерий, необходимых для его (навоза) последующего сбраживания и получения горючего газа. Например, в рубце и в кишечнике жвачных животных постоянно идет процесс метанообразования, а это значит, что в сбраживаемую массу не нужно искать и добавлять дополнительные компоненты, чтобы запустить процесс брожения. Следует только создать подходящие условия для жизнедеятельности этих бактерий (ограничить контакт с воздухом, температурный режим..).

Нужные условия для газообразования достигаются в специальных бродильных камерах – биореакторах, где поддерживается строго анаэробная среда, нужный температурный режим, необходимый кислотный (рН) режим, давление и прочее.

Продолжение следует

Комментарии:

Газогенераторные автомобили в историиГлиняный газогенератор

sintezgaz.org.ua