Биогазовые установки и использование их в мире

Таблица 1- Оптимальные условия метанообразования

Показатель	Оптимальные значения
рН	6,8 – 7,4
Температура, °С	33 – 37
Режим	Постоянное перемешивание Анаэробиоз
Содержание летучих кислот (по СН3СООН)	50-500 мг/л
Общая щелочность (по СаСО3)	1500-500 мг/л

До сих пор нет единого мнения о наиболее экономичном температурном режиме анаэробного сбраживания. Максимальная температура процесса зависит от мезофильности или термофильности микроорганизмов (30-40 °С или 50-60 °С). Низкий рН подавляет рост метаногенных бактерий и снижает выход биогаза. Против закисления используют известь. Экономическая эффективность зависит от конкретных условий региона и хозяйства, где планируется их использование.

В результате метанового брожения образуется биогаз, состав которого следующий:

- метан 55-70%;

- углекислый газ 27-44%;

- водород 1%;

- сероводород 3%.

Биогаз успешно применяется как топливо. Его можно сжигать в горелках отопительных установок, водогрейных котлов, газовых плит, использовать в холодильных установках абсорбционного типа, в автотракторных двигателях.

При производстве электроэнергии из биогаза в электрический ток преобразуется всего 30% его энергоресурса, остальная часть – отбросная теплота. Ее можно использовать при нагревании воды для бытовых нужд и содержания скота, отопления жилых помещений и теплиц, подогрева воздуха для сушилок, а также нагрева навоза до нужной температуры брожения в биогазовых реакторах.

Помимо биогаза, получается высоко эффективное органическое удобрение. Метановое сбраживание навоза увеличивает популяцию микроорганизмов, обладающих целлюлозолитической, кислотообразующей, аммонифицирующей и азотфиксирующей активностью; увеличивается микрофлора, разрушающая гуминовые кислоты и фульвокислоты. После анаэробной обработки в навозе значительно уменьшается содержание пахнущих веществ (таблица 2):

Таблица 2 – Содержание пахнущих веществ

Соединения	Нативный навоз, %	Сброженный навоз, %
Фенол
Крезол
Скатол
Масляная кислота

Кроме того, происходит усиленная минерализация азотных и фосфорных соединений, которые становятся легкоусвояемыми. Уничтожаются яйца гельминтов, патогенная микрофлора, уменьшается концентрация солей тяжелых металлов.

Главным звеном биогазовой установки является реактор для сбраживания навоза. В зависимости от типа реактора существуют различные виды биогазовых установок.

Реакторы первого поколения – традиционные метантенки. Иногда имеют две или более секций для разделения стадий сбраживания. Работают по двум схемам:

- при непрерывной навоз загружают через определенные промежутки времени (до 10 раз в сутки), удаляя такое же количество сброженной массы;

- при периодической схеме метантенки (их обычно два) загружают по очереди. При этом свежий навоз смешивают с остатками сброженного навоза. Сброженный навоз выгружают и снова загружают свежий.

Метантенки считаются наиболее приемлемыми для получения биогаза из жидкого или полужидкого навоза влажностью 91-96%.

Для обработки навозных стоков, избыточного активного ила, фугата и осадков очистных сооружений применяются конструкции реакторов, использующих принцип удержания биомассы – биофильтры. Биомасса в анаэробных биофильтрах удерживается в виде флоккул и гранул, расположенных в пустотах загрузочного материала (пластмассовые изделия, гравий, щебень, шлак), а также в виде биопленки, прикрепленной к его поверхности. Опыт применения подобных устройств незначителен.

Контактный реактор состоит из непрерывного загружаемого резервуара с перемешивающим устройством и наружного устройства для отделения биомассы (отстойника). Бактерии, находящиеся в реакторе в виде флоккул, поддерживаются во взвешенном состоянии за счет перемешивания. Смесь разделяется в отстойнике, удержанная биомасса возвращается в реактор, где вновь смешивается с поступающим субстратом.

В реакторах с рециркуляцией жидкости жидкая фракция возвращается для поддержания нужного гидравлического режима, что обеспечивает возможность обработки высококонцентрированного навоза.

Очистные сооружения, использующие анаэробное брожение для обработки органических отходов, известны очень давно. Первый опыт относится к 1895 году, когда в английском городе Экзетер был введен в эксплуатацию септиктенк для очистки коммунальных отходов. Помимо чисто санитарных задач, эта установка обеспечивала получение биогаза, который использовался для освещения улиц.

В настоящее время интерес к использованию биомассы в качестве источника энергии возрастает. Многие страны используют опыт биоконверсии органических удобрений, применяя более выгодные технологические линии в экономическом аспекте. В США из всего объема ежегодно образующегося на животноводческих фермах навоза перерабатывается в биогаз.

В Германии в последние годы возобновились интенсивные разработки метода анаэробного метанового сбраживания жидкого навоза.

В Великобритании доля биогаза потенциально составляет до 3,2% от общего количества потребляемого в стране природного газа.

В сельском хозяйстве Японии ежегодно перерабатывается навозная масса для получения биогаза в объеме 1,7 млрд.м³ или 1 млн.т. нефти.

Большое значение производству биогаза придают в Швейцарии, Венгрии, Франции, Финляндии и т.д.

Россия располагает значительными потенциальными возмоджностями производства биогаза из навоза сельскохозяйственных животных. В нашей стране используются установки «Истра», «КОБОС», «БФ-500», «БГУ».

Имеющийся опыт по внедрению процесса метаногенеза в сельскохозяйственную практику показывает, что первое место пока занимает его экологический аспект, затем следует эффект от получения высококачественных удобрений и только третье место занимает недооцениваемая энергетическая составляющая процесса.

Дата добавления: 2013-12-12