РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

Принципово всі органічні речовини можна хоча б частково розкласти як аеробним, так і анаеробним шляхом. Принциповим правилом є: тверді, зі складною структурою матеріали як деревина та солома краще підходять для аеробних умов - компостування, в той час як текучі, рідкі матеріали - гній, відходи продуктів харчування, жири і т.д. краще розкладаються в анаеробних умовах, тобто при бродінні. В цілому можна сказати, що для мокрого методу, краше щоб вміст сухої речовини було 5-15%. Якщо вміст сухого субстрату менше ніж 5 %, то процеси будуть також відбуватися, але буде необхідність "марного" додавання занадто великої кількості води, що суттєво впливатиме на рентабельність. 15 % вмісту сухої субстрату є верхньою межею, при якій субстрат ще можна перекачувати насосом, перемішувати або змішувати. Сухий метод розрахований на сипучі матеріали з вмістом сухої речовини понад 25 %. Вміст сухої речовини в придатному найкращим чином до компостуванню матеріалу складає від 40 до 60 %. Важливим як і раніше є співвідношення вуглецю і азоту (співвідношення С: N), яка повинна складати від 10: 1 до 40:

1. Відходи сільськогосподарського утримання тварин створюють добрі умови як для анаеробного, так і для аеробного бродіння, оскільки вони мають збалансований склад поживних речовин і великий буферний потенціал. При складанні раціону, важливо щоб завантаження ферментатора було як мінімум менше 4 кг, ще краще якщо менше 3 кг органічної СВ/мЗ, незалежно від виду субстрату або його суміші. При сільськогосподарському виробництві біогазу за останні роки відбулися великі зміни у видах використовуваних субстратів. Зараз на практиці рідко буває, щоб використовували виключно рідкий або твердий гній. Лише деякі великі підприємства в східній Німеччині обслуговують біогазові установки, що працюють виключно на рідкому гної. Більшість установок для своєї роботи використовують силос із цілих рослин, залишки зерна і силос із сіна, іноді працюють взагалі без гною. Крім великого виходу газу та великої ступені розкладання, енергетичні рослини завдяки підтримці з боку Законодавства про поновлюваних джерелах енергії ЄС придбали особливе значення. Все, що минулого викликало стільки витрат і питань з точки зору отримання дозволів, законодавства, техніки та експлуатації для коферментаціі, сьогодні не створює жодних проблем. Значення коферментаціі органічних відходів від комунальних господарств і агропромисловості істотно знижується. Високі вимоги до безпеки, техніці, документації та отриманні дозволів, а також не в останню чергу конкурентна боротьба за кількість субстрата, привела до зниження інтересу до субстратів і розробленим під них установкам. Будуючиєся або вже існуючі на сьогоднішній день коферментаційні устанановки мають високу спеціалізацію, добре оснащені технічно і відповідають найсучаснішим вимогам.

Таблиця 27.16.

Розрахунок одиниць поголов'я худоби та одиниць великої рогатої худоби (ВРХ)

Використання стоків для біогазової установки з одного боку цікаво для багатьох фермерів, адже так вони можуть заощаджувати на дорогому підключенні каналізації; але з іншого боку вміст сухої речовини в стоках як правило нижче 2 %, таким чином доводиться шукати інші субстрати з достатнім вмістом сухої речовини. У таких випадках доводиться також відмовитися від використання агресивних миючих і очищувальних хімічних засобів. Крім того, розмір біогазової установки повинен перебувати в розумному співвідношенні з кількістю води, що подається. За основу слід брати такий розрахунок: для десяти голів PC (14 м3 з 8% СВ) можна без проблем використовувати стоки після однієї людини. З точки зору законодавства про захист стічних вод слід вибирати тип установки з якомога кращим гігіснізуючим ефектом. Як правило використання стічних вод для біогазовоі установки дозволяють тоді, коли прокладання каналу буде обходитися незрівнянно дорожче, або коли взагалі не існує можливості підключення до каналу.

Таблиця 27.17.

Вихід суміші сеча-кал для різних видів тварин при 10% сухої речовини

Вихід суміші сечі-калу при 10% сухої речовини для різних видів тварин на одну одиницю

Таблиця 27.18

Коливання в складі і виході біогазу для різних видів рідкого і твердого гною при мезофільному температурному режимі, час бродіння 30-35 днів

Схильність субстратів до розшарування.

Суміш, шо складається з безлічі різних субстратів, залежно від виду субстратів, має дуже різні характеристики по розшаруванню. Це в свою чергу впливає на осідання та утворення плаваючою корки і має враховуватися при виборі мішалки (техніки та її потужності). Завжди діє правило, що чим густіше субстрат або суміш, тим менш вона схильна до розшарування. Гомогенна суміш з невеликим розміром складових частинок і високим вмістом СВ, якою наприклад є гній великої рогатої худоби перемішаний з рослинними косубстратами, має невелику схильність до розшарування. Підвищену схильність до розшарування має текучий рідкий гній свиней і рідкий курячий послід, картопляний сік і стічна вода в поєднанні з рослинними косубстратами, як наприклад, неподрібнена свіжа солома, скошена трава і т.п. Органічні добрива, одержувані в фермерському господарстві.

Рідкий гній являє собою суміш з посліду та сечі тварин, який лише трохи затримується на підлозі з отворами або гратчастій підлозі. З точки зору простоти обслуговування саме такий вид стійлового утримання отримав велике розповсюдження за останні 30 років в першу чергу при вмісті дійних корів, відгодівельного худоби, відгодівельних свиней та курей. Твердий гній: при вмісті племінних корів, телят, свиноматок, коней, овець і кіз чи на підприємствах, що ведуть діяльність за екологічних принципам, для стійлового утримання не використовують вищеназваних конструкцій підлоги, таким чином, утворюється кулькоподібний гній, який переважно компостують або безпосередньо відразу вивозять. Рідкий гній і твердий гній з робочої поверхні (шлам, що містить кал, сечу і воду з бетонованих поверхонь годівниць і канавок) особливо добре підходить для біогазових установок. Такий субстрат не можна компостувати без інших добавок через великий вміст води. їх компостують лише в окремих випадках в суміші з великою кількістю соломи та інших волокнистих матеріалів. Гній з клітини стійла являє собою суміш калу і сечі худоби, перемішаний із соломою. Утворюється на похилій поверхні, на яку зверху подають солому. Через рух тварин шар гною товщиною 30-70 см скачується вниз на непосилану поверхню.

Таблиця 27.19.

Контрольні дані щодо виходу газу з органічних добрив, одержуваних в селянському господарстві (місцеві добрива)

Вихід газу з органічних добрив, одержуваних в селянському господарстві (контрольні дані)

Суміш калу та сечі за допомогою фронтального навантажувача або шибера вивозиться з стійла. Залежно від кількості підстилки, яка становить 2-6 кг / голову худоби в день, консистенція такого гною коливається від густого до твердого стану. Такий гній без проблем можна компостувати лише при великій кількості змісту підстилки. Гній з невеликою кількістю підстилки можна переробляти в біогазових установках з хорошими мішалками. При великій кількості підстилки необхідно вживати заходів по розбавленню: змішування з водою, гноївкою або рідким гноєм в резервуарі попереднього утримання з ріжучим міксером. Солома ще до посипання стійла повинна бути подрібнена до 10 см. Це необхідно робити ще при зборі врожаю за допомогою спеціальної подрібнювальної техніки. Можливо також стаціонарне подрібнення на дворі ферми за допомогою млинів для соломи й підстилкових машин, але це завжди пов'язано з великим пилоутворенням. Твердий гній " утворюється " при традиційному способі утримання тварин у корівниках зі стійлами з підстилкою при використанні соломи в кількості від 2 до 12 кг на голову PC в день. Лише в корівниках зі стійлами з невеликою кількістю підстилкового соломи можна отримати твердий гній, котрий можна брати вилами, оскільки сеча тварин виводиться через спеціальні жолоби. Твердий гній легко компостувати. Під час зародження сільськогосподарської галузі виробництва біогазу в 50-х роках, використовувався виключно твердий гній, який розчиняли. Сьогодні навряд чи існують установки, що працюють на розрідженому твердому гної. Добре, якщо солома не розрізана, а розшаровується волокнами, оскільки метановим бактеріям потрібна максимальна площа поверхні для свого розвитку. Склад рідкого і твердого гною залежить в першу чергу від виду тварин, від мети їх змісту, від виду стійла і продуктивності, а також від годування, від втрат аміаку і води через випаровування, від використання підстилки, залишків корму, атмосферних опадів і використаної для очищення води. Кожен фермер, який планує будівництво біогазової установки, повинен провести якомога більш репрезентативний аналіз субстрату і дізнатися в першу чергу зміст органічного сухої речовини в ньому. Також варто звернути увагу на сезонні, що залежать від пори року, коливання в складі і кількості субстрату. Такі коливання помітні в першу чергу при вмісті великого рогатої худоби, якщо в літній час годувати тварин травою або якщо вони пасуться на вигонах.

Суха субстанція і органічна суха субстанція.

Існує велика різниця між рідким гноєм худоби та свиней, послідом курей, а також великі коливання в окремих параметрах. Але можна зробити і деякі узагальнення: гній свиней має низький, гній худоби має середній, а пташиний послід має високий відсоток вмісту сухої речовини. Важливе для виходу біогазу зміст органічної сухий субстанції (ОСС) в курячому посліді в середньому вище, ніж у гної худоби та свиней. Низький вміст ОСС виходить внаслідок попадання глини і піску в корм, а також пилу з бетонних поверхонь. Ці речовини мають схильність до утворення опадів у ферментаторі і резервуарі для зберігання.

Рівень pH.