Разработка технологической схемы переработки отходов птицеферм с получением биогаза

 

ВЫВОДЫ

 

Метановое брожение протекает при  средних (мезофильное) и высоких (термофильное) температурах. Наибольшая производительность достигается при термофильном метановом брожении. Особенность метанового консорциума позволяет сделать процесс брожения непрерывным. Для нормального протекания процесса анаэробного сбраживания необходимы оптимальные условия в реакторе: температура, анаэробные условия, достаточная концентрация питательных веществ, допустимый диапазон значений рН, отсутствие или низкая концентрация токсичных веществ.

Температура в значительной степени  влияет на анаэробное сбраживание органических материалов. Наилучшим образом сбраживание  происходит при температуре 30-40ºС (развитие мезофильной бактериальной флоры), а также при температуре 50-60ºС (развитие термофильной бактериальной флоры). Выбор мезофильного или термофильного режима работы основывается на анализе климатических условий. Если для обеспечения термофильных температур необходимы значительные затраты энергии, то более эффективной будет эксплуатация реакторов при мезофильных температурах.

При нормальной работе реактора получаемый биогаз содержит 60-70% метана, 30-40% двуокиси углерода, небольшое количество сероводорода, а также примеси водорода, аммиака и окислов азота. Наиболее эффективны реакторы, работающие в термофильном режиме при 43-52ºС. При продолжительности обработки навоза 3 дня выход биогаза на таких установках составляет 4,5 л на каждый литр полезного объема реактора. В исходную массу для интенсификации процесса анаэробного сбраживания навоза и выделения биогаза добавляются органические катализаторы, которые изменяют соотношение углерода и азота в сбраживаемой массе (оптимальное соотношение C/N=20/1-30/1). В качестве таких катализаторов используются глюкоза и целлюлоза.

Получение биогаза экономически оправдано  и является предпочтительным при  переработке постоянного потока отходов (стоки животноводческих ферм, скотобоен, растительных отходов и т. д.). Экономичность заключается в том, что нет нужды в предварительном сборе отходов, в организации и управлении их подачей; при этом известно, сколько и когда будет получено отходов. Получение биогаза, возможное в установках самых разных масштабов, особенно эффективно на агропромышленных комплексах, где существует возможность полного экологического цикла. Биогаз используют для освещения, отопления, приготовления пищи, для приведения в действие механизмов, транспорта, электрогенераторов.

Остаток, образующийся в процессе получения биогаза, содержит значительное количество питательных веществ  и может быть использован в  качестве удобрения. Состав остатка, полученного  при анаэробной переработке животноводческих отходов, зависит от химического состава исходного сырья, загружаемого в реактор. В условиях, благоприятных для анаэробного сбраживания, обычно разлагается около 70% органических веществ, а 30% содержится в остатке.

Биостанции также решают проблему очистки и утилизации, что зачастую составляет существенную часть расходов предприятия. Благодаря биогазовым установкам на ферме никогда не будет вони и жижи. Поскольку навоз сразу же идет в дело и его не приходится собирать, хозяйству требуется гораздо меньше лагун. Затраты на строительство навозных отстойников — вынужденная мера и выброшенные на ветер деньги. А сделав вложение в биогазовую установку, вы экономите средства и эффективно используете земельные площади. Причем строительство биогазовой установки актуально не только для новых животноводческих хозяйств, но и для уже существующих. Ведь обычно старые лагуны переполнены, а их ремонт выливается в круглую сумму. Более того, при использовании обычных отстойников, свалок и лагун фильтрат (жидкость, загрязненная органическими и неорганическими веществами) часто попадает в грунтовые воды, отчего болеют люди и животные, а санэпидемстанция выписывает предприятию огромные штрафы. Используя систему очистки, можно навсегда забыть об этих проблемах.

Производство биогаза не только гарантирует прибыль, но и улучшает экологию: позволяет предотвратить выброс метана в атмосферу. В процессе разложения навоза выделяется метан, способствующий образованию парникового эффекта в 21 раз больше, чем углекислый газ. Свою позитивную экологическую функцию исполняют и биоудобрения, они позволяют снизить применение химических аналогов, а также сократить нагрузку на грунтовые воды. Что немаловажно, наличие биогазовой установки позволяет уменьшить санитарную зону (расстояние от предприятия до жилой территории) с 500 до 150 м. Во многих случаях цена вопроса экологии часто сопоставима с самим существованием предприятия.

Мощность электростанции БГУ зависит  от масштабов сырьевой базы, выработки  биогаза, потребности предприятия  в электроэнергии и размера инвестиций. Она варьируется от 1 кВт (бытовые установки) до нескольких десятков МВт.

Таким образом, используя разработанную схему переработки помёта, мы получаем биогаз, который может потом использоваться как энергия для этой же птицефермы (при сжигании его после очистки) или направляться на транспортировку для сжигания в другом месте (менее применяемый метод). А также образуется кроме биогаза шлам, который содержит большое количество питательных веществ, и практически не содержит болезнетворных микроорганизмов, которые погибают после процесса метанового брожения за счёт температуры. Обезвоженный шлам может применяться как удобрение на полях.

 

 

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

 

1. http://eco-profi.info/
2. Шеина О.А., Сысоев В.А. Биохимия процесса производства биогаза как альтернативного источника энер-гии // Вестник ТГУ. – 2009. – Т.14, вып.1. – С. 73-76.
3. Корзникова М.В., Блохин А.Ю., Козлов Ю.П. Оценка степени конверсии органического вещества отходов животноводства и птицеводства в биогаз (на примере РФ) // Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фарма-ция. – 2008. - №2. – С.108-111.
4. Чурбанова И.Н. Микробиология. – М.: Высш. школа, 1987. – 239 с.
5. Richard T. The effect of lignin on biodegradability. – 2000. – http://www.bulkmsa.com/research/msm/page30.htm#2
6. Миндубаев А.З., Белостоцкий Д.Е., Минзанова С.Т., Миронов В.Ф., Алимова Ф.К., Миронова Л.Г., Коно-валов А.И. Метаногенез: биохимия, технология, применение //Ученые записки Казанского государствен-ного университета. Естественные науки. – 2010. – Т.152, кн.2. – С. 178-191.
7. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология: учебник для вузов. – М.: Дрофа, 2006. – 444 с.
8. Barker H.A. Biological formation of methane // Bacterial fermentations. – N.Y., 1956. – P. 1-95.
9. Хаммер М. Технология обработки природных и сточных вод / Перевод с англ. под ред. Т.А.Карюхиной. – М., 1979. – 400 с.
10. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. – М., 1980. – 200 с.
11. Zehnder A.I.B., Ingvorsen K., Marti T. Microbiology of methane bacteria: anaerobic digestion // Proc. 2nd Intern. symp. on anaerobic digestion, Travemünde, Sept. 6-11. – Amsterdam etc., 1981. – P. 45-67.
12. Daniels L. Biological methanogenesis: physiological and practical aspects // Trends Biotechnol. – 1984. – V.2, №4. – P. 91-98.
13. Дубровский В.С., Виестру У.Э. Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатне, 1988.
14. Добрынина О.М., Калинина Е.В. Технологические аспекты получения биогаза // Вестник Пермского госу-дарственного технического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности. – 2010. - №2. – С. 33-40.
15. Семененко И. В. Проектирование биогазовых установок- Сумы «МакДен», ИПП «Мрия-1» ЛТД. 1996.-347 с.
16. Байдукин Ю.А., Бойко А Я., Пяева ОД. Использование отходов сельского хозяйства для получения энергии. Всесоюзная    академия    сельскохозяйственных    наук.    1981,стр.22-24.
17. Биотехнология переработки органических отходов и экология / И.И. Гудилин, А.Ф. Кондратов, А.А. Чичин и др. — Новосибирск: Кн. изд-во, 1999. — 391 с
18. Дубровский  ВС,  Виестур У.Э.  Метановое сбраживание сельскохозяйственных отходов. Рига, Зинатне, 1988.
19. Шлегель Г. Общая микробиология. / Перевод. с нем. под ред. Е.Н.Кондратьевой. – М.: «Мир», 1987. – 567 с.
20. http://www.aditi.su/bio.htm

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ А

 

Колебания в составе и выходе биогаза для разных видов жидкого и твердого навоза

 

Субстрат	Навоз КРС		Свиной навоз	Куры
	жидкий	твердый	жидкий	помет
Сухое в-во, %	7-17	25-40	2,5-13	20-34
Орган. сухое в-во, % от сухого в-ва	44	86	52-84	70-8
кг орг. сухого в-ва/КРС/день	3,0	5,4	2,5-4,0	5,5-10
Уровень рН	6,2	8	6,5-7,6	7-8
Сырые волокна, % от сухого в-ва	12	24	17	12
Сырой жир, % от сухого в-ва	2	5,0	9	2
Сырой протеин, % от сухого в-ва	10	18	24	26
Не содержащие азота экстракты, % от сухого в-ва (углеводы)	20	43	32	27
Общее содержание азота, г/л	3,3	9,9	3,9-8,0	17
Выход газа л/кг орг. сухого в-ва (данные не относятся к норм. условиям)	176	520	220-637	327-722
Газопроизводительность, м3/КРС/день	0,56-1,5	1,5-2,9	0,60-1,25	3,5-4,0
Газопроизводительность в среднем	Ø 1,11	Ø 2,0	Ø 0,88	Ø 3,75