ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВДСТВА БИОГАЗА
Обострение экологических проблем, истощение запасов невозобновляемых энергоресурсов, рост цен на них, обусловили глобальный интерес к разработке и использованию технологии биоконверсии органических отходов для получения тепловой и других видов энергии.
Известно, что животные плохо усваивают энергию растительных кормов и более половины ее уходит в навоз, который прежде всего является ценнейшим видом органических удобрений. Вместе с тем, он может быть использован в качестве возобновляемого источника энергии. Концентрация животных на крупных фермах и комплексах обусловила увеличение объемов навоза и навозных стоков, которые должны утилизироваться, не загрязняя окружающую среду.
Одним из путей рациональной утилизации навоза и навозных стоков является их анаэробное сбраживание, которое обеспечивает обезвреживание навоза и сохранение его как важнейшего органического удобрения при одновременном получении биогаза.
Очистные сооружения, использующие анаэробное брожение для обработки органических отходов, известны с конца прошлого столетия. Первый такой опыт относится к 1895 г., когда в английском городе Экзе-тер был введен в эксплуатацию так называемый септиктенк для очистки коммунальных отходов. Помимо чисто санитарных задач, эта установка обеспечивала получение биогаза, который использовался для освещения улиц.
Анаэробный метод обработки отходов долгое время применялся для стабилизации осадков водоочистных станций и отходов животноводства. Однако с началом энергетического кризиса 1970-х годов этот метод 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 герметические емкости (рис. 8.1).
Технологический процесс обработки навоза осуществляется следующим образом. Из животноводческого копительную емкость 2, далее фекальным насосом 3 его загружают в метантенк 4 (емкость для анаэробного сбраживания навоза). Биогаз, образующийся в процессе брожения, поступает в газгольдер 5 и далее к потребителю. Для нагрева навоза до температуры брожения и поддержания теплового режима в метантенке установлен теплообменник б, через который протекает горячая вода, нагреваемая в котле 7. Сброженный навоз выгружают в навозохранилище 8.
В метантенке обеспечиваются все необходимые параметры процесса (температура, концентрация органических веществ, кислотность и др.). Метантенк имеет тепловую изоляцию, позволяющую обеспечивать и поддерживать на заданном уровне температурные режимы сбраживания, в нем также имеется устройство для постоянного перемешивания навоза. Поступление навоза в метантенк регулируется так, чтобы процесс сбраживания протекал равномерно.
Во время сбраживания в навозе развивается микрофлора, которая последовательно разрушает органические вещества до кислот, а последние под действием синтрофных и метанообразующих бактерий превращаются в газообразные продукты — метан и углекислоту. Степень разложения органического вещества при анаэробном сбраживании навоза составляет 25—45 %.
- Деградация органических веществ при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором углеродные связи постепенно разрушаются под действием различных групп микроорганизмов. Согласно современным воззрениям, анаэробное превращение практически любого сложного органического вещества в биогаз проходит через четыре последовательных стадии гидролиз сложных биополимерных молекул (белков, липидов, по лисахаридов и др.) на более простые мономеры: аминокислоты, углево ды, жирные кислоты и др.;
- ферментация (брожение) образовавшихся мономеров до еще бо лее простых веществ — низших кислот и спиртов, при этом образуются также углекислота и водород;
- ацетогенная стадия, на которой образуются непосредственные предшественники метана: ацетат, водород, углекислота;
- метаногенная стадия, которая ведет к конечному продукту расще пления сложных органических веществ — метану.
Первичные анаэробы разлагают органические вещества до предшественников метана: водорода и углекислоты, ацетата, метанола, метиламидов, формиата. Ввиду субстратной специфичности метаногенов их развитие без трофической связи с бактериями предыдущих стадий невозможно. В свою очередь, метановые бактерии, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют возможность и скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Центральным метаболитом, осуществляющим регуляторную функцию в метанообразующем сообществе, является водород. За счет поддержания низкого парциального давления водорода в системе становится возможным его межвидовой перенос, меняющий метаболизм первичных анаэробов в сторону образования непосредственных предшественников метана. Если водород из системы не удаляется, то образуются более восстановленные продукты — летучие жирные кисло ты и спирты. Метаболизм этих соединений осуществляется синтрофны-ми бактериями, для жизнедеятельности которых необходимо связывание образующегося водорода метановыми бактериями.
Физические свойства биогаза позволяют судить о возможностях его использования. Объемная теплота сгорания, температура воспламенения и предел воспламеняемости определяются в основном содержанием СН4, поскольку незначительное количество Н2 и H2S на этот показатель почти не оказывает влияния, зоо
Биогаз успешно применяется как топливо. Его можно сжигать в горелках отопительных установок, водогрейных котлов, газовых плит, использовать в холодильных установках абсорбционного типа, в инфракрасных излучателях, в автотракторных двигателях, в газовом цикле Отто (с искровым зажиганием) и газодизельном цикле (с впрыскиванием небольшой дозы запального дизельного топлива). Карбюраторные двигатели легко переводятся на газ: достаточно заменить карбюратор на смеситель.
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 при регулировании микроклимата в животноводческих помещениях и нагрева навоза до нужной температуры брожения в биогазовых реакторах.
Кроме того, метановое сбраживание навоза обеспечивает его дезодорацию, дегельминтизацию, уничтожение способности семян сорных растений к всхожести, перевод удобрительных веществ в легкоусвояемую растениями минеральную форму. При анаэробной обработке навоза фосфор и калий практически полностью сохраняются в сброженной массе. Потери азота, которые при других методах обработки навоза составляют до 30 %, в процессе метаноге-неза не превышают 5 %. При этом значительная часть азота, присутствующего в свежем навозе в форме органических соединений, в сброженном— содержится в аммиачной форме, которая быстро усваивается растениями.
Экономическими критериями невозможно оценить тот факт, что анаэробная переработка навоза животных находится в полном согласии со все более строгими требованиями к соблюдению принципов охраны окружающей среды. Навоз после анаэробной обработки является дезодорированным, биологически стабилизрованным, не привлекает насекомых.
После анаэробной обработки в навозе значительно уменьшается содержание пахнущих веществ При анаэробной обработке наличие поливирусов снижается на 98,5 %, индекс Э. коли — от 108 до 105—104 и зародышей паразитов на 90—100%.
Экологические требования к природоиспользованию приобретают особое значение в условиях хозрасчета, когда требуется возмещение использованных природных ресурсов законодательными актами. При высоких ценах на энергию перспективной становится малоэнергоемкая анаэробная биологическая очистка с положительным выходом энергии в виде
Дата добавления: 2015-09-03 | Просмотры: 817 | Нарушение авторских прав
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
|