РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

4. Вироблена енергія може використовуватися для задоволення потреби в теплі при обігріві будинків і для підігріву води на побутові потреби. Додатковим аргументом вигоди є те, що виробництво електричної енергії заохочується підвищеним тарифом на підключення, і компоненти, що необхідні для розподілу тепла від термічної енергії, заохочуються відповідно до останніх директив по розвитку на 30%.

5. До того ж забезпечуються, зберігаються і частково формуються заново робочі місця в сільському господарстві. З концепцією гарного і функціонального менеджменту добрив, фермери можуть працювати ефективно, з економією часу. Новою економічною галуззю для сільського господарства могла б бути в майбутньому продаж добрив або пропозиції якісного менеджменту добрив. Тим самим фермери могли б перетворитися з виробників енергії у виробників добрив (додатковий імідж - місцеві добрива високої якості). На цій базі могло б вийти тісне співробітництво між сільськогосподарськими підприємствами і промисловістю.

6. З формуванням об'єднань по використанню гнойової рідоти витрати на утримання машин можуть бути знижені і може бути досягнуте ефективне використання машин. Завдяки комбінації теплової й електричної енергії здійснюється виробництво теплової й електричної енергії, що забезпечує безпосередньо користувачеві установкою гарантований доход.

7. У процесі ферментації знижується кількість патогенних утворень (насамперед кишкової палички і сальмонелли) і знижується здатність до проростання насіння у бур'янів. Наступною перевагою є економія промислових добрив і засобів по захисту рослин і захисту води. Біогазова гнойова рідота здатна ефективно заміщати мінеральні добрива і зберігати питну воду.

8. Ефективність гнойової рідоти зростає в результаті анаеробної обробки. Виділення запаху скорочується до 80%, тому що інтенсивно розкладаються сильно пахнуть речовини, такі як, наприклад, летучі жирні кислоти або феноли. В результаті гомогенізації зростає текучість. Тим самим досягається більш рівномірний і кращий розподіл при внесенні в грунт.

9. Одержання подвійної вигоди від консервації площ відбувається в результаті використання площ в енергетичних цілях і в результаті одержання премії за законсервовану площу. З'явилася можливість вирощувати на законсервованих площах енергетичні рослини (наприклад кукурудзу, рапс і т д.), удобрювати їх відповідно до існуючої сільськогосподарської практики й у підсумку подавати в установку на біогазі. В основному можливо, що кожне сільськогосподарське підприємство консервує 10% - 50% своєї сільськогосподарської корисної площі (СП), виділяє ці землі під установку на біогазі й одержує за це грошову компенсацію. Однак середнім виробникам (більш 17,46 га СП) настійно пропонується консервувати 10%.

Недоліки.

- Більш високий рівень рн відходів від фермертації;

- Більш висока летючість аміаку, і тому необхідно близьке до ґрунту внесення (буксирний шланг, буксирний наконечник),

- Складування біогазу у закритих ємностях.

27.5. Продуктування біогазу та органічних добрив в а гро виробництві.

Одним з можливих способів отримання енергії з біомаси є її анаеробне зброджування в біогазових установках. В якості вихідної сировини для зброджування можуть бути використані практично всі види органічних відходів. Перш за все це відходи сільського господарства тваринного (гній) і рослинного походження. Це можуть бути також відходи промисловості (цукрових, спиртових, молочних, пивоварних заводів), а так само станцій очищення комунальних стічних вод. Іншою можливістю ε використання природних процесів анаеробного зброджування, має місце на полігонах та звалищах твердих побутових відходів (ТПВ). Технологія метанового зброджування дозволяє отримувати крім джерела енергії у вигляді біогазу високоякісні добрива та білково-вітамінні кормові добавки і по суті є безвідходною. Тому в розвинених промислових країнах необхідність спорудження біогазових установок (БУ) визначається трьома факторами: одержанням джерела енергії, сільськогосподарських добрив та вирішенням екологічних проблем. Питома вага цих факторів розрізняється для різних країн і залежить від цін на енергоносії і добрива, а також екологічного законодавства країни і ступеня підтримки відновлюваних джерел енергії [15,80]. Біогазова установка працює за принципом анаеробного зброджування (без доступу кисню). Рідкі біовідходи, надходять по самосплавній системі гноєвидалення в приймальну ємність або перекачуються фекальними насосами по трубопроводу. У приймальній ємності (ємність гомогенізації) відбувається первинна підготовка сировини, біовідходи доводяться до певної консистенції вологості шляхом перемішування, також відбувається первинна ферментація екскрементів. Далі відбувається завантаження в реактори (біореактор, ферментатор). Біореактор - це повністю герметичний резервуар (ємність), оброблена антикислотним покриттям, і антикоррозіціонна з зовні. Також біореактори теплоізолюються, для кожної біогазової установки шар утеплення розраховується індивідуально. Це залежить від кліматичних умов регіону де буде будуватись біогазова установка. Зброджування тваринницьких стоків, відходів бійні, або барди відбувається саме в біореакторах виконаних за принципом герметичній ємності. Біореактори можуть бути виконані як з монолітного залізобетону, так і сталевих ємностей. Працює за принципом безперервного циклу тобто щодня надходить підготовлений субстрат в біореактори, і так само вивантажується з реактора перероблене (переброджена сировина) на виході біодобриво. Управління роботою всієї біогазової станції проводиться за командами від центрального програмного модуля в програмно- часовому режимі і по датчикам граничних значень. У біогазових установках застосований модульний принцип, що дає можливість установці функціонувати в комплексі, задіюючи всі реактори, а в випадку необхідності взаємно замінювати або виключати окремі реактори, що дає можливість регулювати технологічний процес, а в випадку аварійної ситуації проводити ремонт не зупиняючи повністю весь технологічний модуль. Застосовуючи модульний принцип при збільшенні потужності легко можна збільшити число біореакторів в модульний комплекс. У реакторі для ефективної роботи бактерій підтримується певна температура. В залежності від обраноготехнологічного процесу їх три: психофільний -температурний режим, підтримується робоча температура 20-25С; мезофіпьний - температурний режим, підтримується робоча температура 25-40С; термофільний - температурний режим, підтримується робоча температура понад 40С. Перемішування всередині реактора здійснюється декількома способами. Зануреними мішалками, в деяких випадках застосовуються пневматичні мішалки. Термін служби реактора більш 25-30 років. Після зброджування на виході отримують два продукти це - біогаз і мінералізовані азотні добрива. Термін служби реактора більш 25-30 років [15,71,80]. Відведення біогазу відбувається по трубопроводу, який оснащений пристроями автоматичного відведення конденсату та запобіжними пристроями, які захищають газгольдер від перевищення допустимого тиску. Пристрої працюють по датчикам граничних значень. Система автоматизована, також може працювати в мануальному (ручному) режимі. З газгольдера йде безперервна подача біогазу на когенераційну установку або систему очищення газа. Когенерація являє собою процес спільного вироблення електричної і теплової енергії в єдиному термодинамічній циклі, використовуючи один вид палива. Когенерація одночасно задовольняє вимогам по багатьом видам енергії і може використовуватися майже при будь-якому виробництві, переробці або у сфері комунальних послуг. Використання природного газу або біогазу, від когенеративного обладнання дає багато придбань - фінансова вигода, екологічність (найменший показник викиду С02), висока теплотворна здатність, поставка палива по трубах та ін. Вироблену енергію можна використовувати як для нагрівання, так і охолодження. В процесі роботи електростанції велика частина теплової енергії виводиться в атмосферу через охолоджувальні круговороти або через димові гази. Велику частину цієї енергії можна повернути і раціонально використовувати. Таким чином, можна збільшити ефективність електростанції на 30-30%, і ефективність когенерації до 80-90%. У когенеративного обладнання набагато більше переваг: - використання енергії найбільш ефективного палива; - зменшення кількості викидів; - істотне зменшення витрат на виробництво, що підвищує конкурентоспроможність підприємства; - можливість запропонувати споживачам найбільш дешеву енергію; - найменші втрати енергії в децентралізованій системі; - народження конкуренції у сфері виробництва енергії; - відносно короткий термін окупності обладнання.

Отриману в процесі когенерації енергію можна використовувати: - нагрівання води для опалення, і для отримання гарячої води для користування; - у виробництві пара; - у виробництві холоду; - в технологічних процесах, використовуючи тепло відхідних газів.

Отриману енергію можна використовувати: - для забезпечення процесу власного виробництва; - продавати ліцензованим підприємствам, що займаються розподілом або передачею електроенергії.

Когенерацію здійснюють, застосовуючи: - двигуни внутрішнього згоряння; • парові та газові турбіни; - елементи палива; - мікротурбіни.

Тригенерація - комбіноване виробництво електроенергії, теплоенергії й холоду. Холод можна отримати: - у холодильних машинах компресорного типу, для приводу використовують електромотор; - в холодильних машинах абсорбційного типу.

Тригенерація вигідна тим, що дає можливість досить ефективно використовувати теплоенергію не тільки взимку • для опалення, але і влітку - кондиціювання повітря в готелях, торгових центрах, лікарнях та ін. Тригенерацію застосовують так само в різних промислових галузях, де необхідна холодна вода (температура від 8 до 14 ° С), наприклад, на заводах переробки молока та пивоварнях. Видобуток такої води влітку - це досить трудомісткий процес. Використання тригенерації дає можливість устаткуванню з генерування теплоенергії працювати на протязі всього року, прискорюючи окупність інвестицій. Переваги тригенерації: - висока ефективність; - надійність; - низька собівартість виробленої енергії; • екологічність; - автономне енергопостачання [80].

Процес виділення вуглекислоти з біогазу відбувається в десорбері, С02 - (діоксид вуглецю) - безколірний газ із злегка кислуватим запахом, не токсичний. Є основним джерелом вуглецю для рослин. У рідкому стані зберігається в балонах під високим тиском 65-70 Атм., в твердому • являє собою так званий сухий лід. Використовується в теплицях, овочесховищах, харчовій промисловості (як консервант, або для газованої води і лимонаду), морозильних установках, вогнегасниках. Можливо використовувати вуглекислоту для культивування хлорели (білково-вітамінний концентрат) і додавати як біологічну вітамінну добавку до раціону тварин. Але як один з варіантів можна поставити дотискувальний компресор, заправляти балони і продавати як продукт тепличним господарствам, і підприємствам харчової промисловості. Перероблений субстрат після установки подається в сепаратор. Система механічного розділення, працює в програмно-часовому режимі і розділяє залишки бродіння після біореактора на тверді і рідкі біодобрива. Транспортування твердої фракції біодобрива проводиться навантажувачем, а транспортування рідкої фракції • за допомогою насоса і трубопроводу в лагуну для зберігання. Гній (ВРХ або свинячий) не є добривом. Основна частина гною постійно накопичується біля ферм у великих кількостях. Для того, щоб гній став добривом повинен пройти тривалий період часу (6-7месяцев). І чим довше він лежить, тим більше втрачається живильних речовин. Тому виникає потреба в їх ефективній переробці. Біогазова технологія дозволяє прискорено отримати за допомогою анаеробного зброджування натуральне біодобриво, що містить біологічно активні речовини і мікроелементи. Ось основні переваги біодобрив після біогазової установки в порівнянні із звичайним гноєм і мінеральними добривами: - максимальне збереження і накопичення азоту; - відсутність насіння бур'янів; відсутність патогенної мікрофлори; відсутність періоду зберігання; - стійкість до вимивання з грунту поживних елементів; • екологічний вплив на грунт. Біогазова установка є активною системою очищення, будь-які інші системи очищення споживають енергію, а не виробляють. Продукти будь-якої системи очищення потрібно ще продавати, а продукт біогазової установки потрібен самому підприємству. Оскільки процес відбувається без доступу повітря (анаеробні біореактори повністю герметичні), то запахи при переробці не поширюються. Біогазова установка дозволяє прибрати основну масу забруднюючих органічних речовин, тому після установки відходи не мають огидного специфічного запаху. Після звичайних систем очищення відходи так і залишаються відходами. Після біогазової установки - це високоякісні добрива. Для нових споруджуваних підприємств економія буде колосальною. Адже не доведеться протягувати газопровід, лінію електропередачі, встановлювати резервні дизельні генератори і будувати резервуари для відходів. За рахунок прискореного зброджування обсяг лагун можна зменшити вдвічі. Економія капітальних витрат складе 30-40% від вартості біогазової установки. Для переробки великої кількості відходів рослинного та тваринного походження, що утворюється в господарствах та особистих подвір'ях населення необхідно використовувати біогазові установки, процес переробки в яких відбувається від 7 до 20 днів. В процесі переробки в біогаз переходить до 40 -50% органічних речовин (по масі). Перебродивша маса перетворюється в екологічно чисте добриво, позбавлене патогенної мікрофлори, яєць гельмінтів, насіння бур'янів, нітритів і нітратів, специфічних фекальних запахів. Ці добрива містять мінералізований азот у вигляді солей амонію, мінеральні фосфор, калій та інші необхідні для рослини біогенні мікро і макроелементи, біологічно активні речовини, вітаміни, амінокислоти, гуміноподобні з'єднання, що структурують грунт. Середній вихід біогазу з 1 м.куб ємності біореактора становить 2,0 куб.м. Один куб.метр біогазу еквівалентний по теплотворної здатності 0,6 куб.м, природного газу, 0,7 літрам мазуту, 0,4 літрам гасу, 3,5 кг дров і становить 5,5 • 6,5 тис.ккал / куб.м. Біогазові установки - це одночасне вирішення не тільки проблем агрохімії та енергетики, але і поліпшення загальної екологічної обстановки та соціальних умов жителів села. Сировинний потенціал для біотехнологій включає в себе рослинний потенціал, сільськогосподарські та побутові відходи. Даний розрахунок обмежується визначенням сировинного потенціалу по навозу великої рогатої худоби, свиней та посліду птахів, як має переважну частку в загальному сировинному потенціалі і зручніше до переробки на місці. У добу від кожної голови ВРХ утворюється 4 кг сухих відходів або 40 кг відходів при вологості 90%. Від кожної голови свині - 1 кг сухої речовини або 10 кг відходів при вологості 90%. Від кожних 100 голів птахів утворюється 14 кг сухої речовини або 25 кг при вологості 56 -60%. У розрахунках потужності й кількості БУ покладено принцип мінімальних початкових витрат на їх спорудження з використанням допоміжного обладнання (приймач вихідної сировини, подрібнювач, насос-дозатор, відстійник, газгольдер, компресор) для декількох реакторів, що дозволить нарощувати потужність БУ поступовим

введенням в експлуатацію нових реакторів і обмежуватися максимальною ємністю реактора 50 куб.м.

Таблиця 27.28.