Биогаз из ТБО


 
Биогаз из ТБО

Животные плохо усваивают энергию растительных кормов, и более половины ее уходит в навоз, который является ценнейшим видом органических удобрений. Вместе с тем, он может быть использован в качестве источника энергии.

Концентрация животных на крупных фермах и комплексах обусловила увеличение объемов навоза и навозных стоков, которые должны утилизироваться, не загрязняя окружающую среду.

Рациональным способом утилизации навоза и навозных стоков является анаэробное сбраживание, которое обеспечивает обезвреживание навоза и сохранение его как важнейшего органического удобрения при одновременном получении биогаза.

Комплекс переработки и использования отходов
Комплекс переработки и использования отходов

Анаэробный метод обработки отходов

Анаэробный метод обработки отходов долгое время применялся для стабилизации осадков водоочистных станций и отходов животноводства.

Выход навоза и биогаза от сельскохозяйственных животных и птицы.

Показатели Молочные коровы Птица Свиньи

Выход навоза, кг/голова сутки

55,0

0,2

3,5

Выход биогаза, м3/голова сутки

1,62

0,02

0,32

Объем биогаза, м3/т сухого вещества навоза

300

600

500

С началом энергетического кризиса 1970-х гг. он привлек особое внимание в связи с идеей получения биогаза в основном из навоза сельскохозяйственных животных.

Анаэробное сбраживание навоза с получением биогаза осуществляется в специальных биогазовых установках, основными элементами которых являются герметичные емкости.

Процесс обработки анаэробным методом

Процесс обработки навоза осуществляется следующим образом. Из животноводческого помещения навоз поступает в накопительную емкость, далее фекальным насосом его загружают в метантенк.

Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер и далее к потребителю. Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке установлен теплообменник, через который протекает горячая вода. Сброженный навоз выгружают в навозохранилище.

Метантенк имеет тепловую изоляцию, позволяющую поддерживать на заданном уровне температурные режимы сбраживания, в нем также имеется устройство для перемешивания навоза. Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты – метан и диоксид углерода.

Степень разложения органического вещества при анаэробном сбраживании навоза составляет 25-45%.

Анаэробное превращение сложного органического вещества в биогаз проходит через четыре стадии:

  • гидролиз сложных биополимерных молекул (белков, липидов, полисахаридов) на более простые мономеры: аминокислоты, углеводы, жирные кислоты;
  • ферментация (брожение) образовавшихся мономеров до низших кислот и спиртов;
  • ацетогенная стадия, на которой образуются непосредственные предшественники метана: ацетат, водород, углекислота;
  • метаногенная стадия, которая ведет к конечному продукту расщепления сложных органических веществ – метану.

Метанообразующие бактерии предъявляют к условиям своего существования значительно более высокие требования, чем кислотообразующие – они нуждаются в анаэробной среде и требуют более длительного времени для воспроизводства.

Метановое сбраживание навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При этом питательные вещества – азот, фосфор и калий – практически не теряются. Навоз после анаэробной обработки не привлекает насекомых, в нем значительно уменьшается содержание пахнущих веществ. Биогаз успешно применяется как топливо.

Двухступенчатая биогазовая установка

Главным звеном биогазовой установки является реактор для сбраживания навоза. Конструкции метантенков отличаются гидравлическим режимом (проточные или периодического наполнения) и способами загрузки (непрерывный или периодический). При непрерывной (проточной) схеме навоз загружают через определенные промежутки времени (до 10 раз в сутки), удаляя такое же количество сброженной массы. Такая схема позволяет получить максимальный выход биогаза. При периодической схеме метантенки (обычно два) загружают по очереди. При этом свежий навоз смешивают с остатками сброженного навоза. Газ начинает образовываться по истечении 5-10 суток и при достижении максимального количества постепенно снижается до минимума.

Двухступенчатая биогазовая установка
Двухступенчатая биогазовая установка

В анаэробных навозохранилищах предусматривается применение синтетических покрытий для сбора биогаза, поддержание температуры и рН, перемешивание, рециркуляция навоза.

Проточные метантенки применяются для получения биогаза из жидкого или полужидкого навоза влажностью 91-95%. Для анаэробной обработки навозных стоков, ила и осадков очистных сооружений такие реакторы неэффективны. Такие отходы содержат незначительное количество органических веществ (менее 2%), из которых образуется активная анаэробная биомасса, и в метантенках происходит постоянное ее вытеснение.

Поэтому для обработки таких стоков применяются реакторы, использующих принцип удержания биомассы – биофильтры.

В биофильтрах создают плавающие или фиксированные насадки, производят рециркуляцию биомассы или делают несколько секций. Навозные стоки обтекают поверхность загрузочного материала, покрытого пленкой, образуемой микроорганизмами, которые разлагают присутствующие в стоках органические вещества с образованием биогаза. Для сбраживания полужидкого навоза влажностью < 90% наибольшее распространение получили установки с рециркуляцией жидкой фракции сброженного навоза после его разделения. Жидкая фракция возвращается в реакторы для поддержания в них нужного гидравлического режима, что обеспечивает возможность обработки высококонцентрированного навоза, к которому относится как подстилочный, так и полужидкий навоз.

Подавляющая часть биогазовых установок, действующая в западноевропейских странах, работает в мезофильном режиме, т.е. сбраживание осуществляется при 30-37 0С. В Японии, Германии и Швейцарии намечается тенденция к использованию психрофильных процессов брожения, протекающих при температурах окружающей среды. Использование термофильных процессов для сбраживания навоза при 50-55 0С редко встречается в практике упомянутых стран.

Схема биогазовой установки
Схема биогазовой установки

В России производятся установки, в которых навоз обрабатывается при температурах – 35 0С (Истра), 40 0С (КОБОС) и 55 0С (БФ–500).

Необходимо отметить, что российский показатель внесения удобрений в почву (50-60 кг на Га в год) отличается от показателей стран с наиболее развитым сельским хозяйством (например, Нидерландов – 600 кг/Га в год) на  порядок. Это один из факторов, обуславливающих низкую конкурентоспособность российской сельскохозяйственной продукции.

Биогазовая энергетика

Биогазовая энергетика – источник дешевых, экологически чистых органических удобрений, сопоставимых по органической ценности с комплексными удобрениями. Потенциал производства таких удобрений в России составляет 600 млн. т. в год. Значение этого фактора будет возрастать по мере роста тарифов на газ и связанного с этим удорожанием минеральных удобрений (в первую очередь азотных).

Устройство биогазовой установки. Биофильтр БФ-500 предназначен для анаэробной очистки жидкого свиного навоза после его предварительного разделения на фракции с получением биогаза.

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий