РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу

Таблиця 27.7.

Технічні дані Kent Skaanning, Tinghoejvej 13,6893 Hemmet, Данія

Скіннеруп (Skinnerup) БГУ фермерського типу.

Має сховище газу обсягом у 465 м3, що дозволяє фермерам виробляти електроенергію в потрібний час. Мала ємність об'ємом 65 мз була встановлена в процесі першого запуску. Пізніше була додана ємність 400 м3. Використовує відходи рибного господарства (300-500 літрів) і гній (12-13 м3) які змішуються в спеціальному контейнері, а потім 6 разів на день закачуються в реактор (200 мз), де йде бродіння (12 днів). Одночасно з цим, відповідну кількість збродженої маси видаляється з реактора. Щоденне виробництво від 300 м3 (тільки гній) до 970 мз (спільно з відходами переробки риби). Газ спалюється в генераторі, а електроенергія продається в мережу. Виробництво електроенергії становить від 600 до 1870 кВт год / добу. Ферма повністю опалюється теплом, що утворюється при зброджуванні продуктів. Це дозволяє фермерам економити на купівлі 75 тисяч літрів мазуту на рік. Біогазова установка зазвичай накопичує біогаз вночі і виробляє електроенергію в період пікових навантажень (вранці та ввечері) [74,75].

Рис. 27.5. Біогазова установка фермерського типу Скіннеруп (Skinnerup).

Таблиця 27.8.

Розрахункове річне виробництво електроенергії 350 000 кВт год

Фермери, що будують біогазові установки, як правило, переслідують цим самим єдину мету: виробництво енергії. Для кожного підприємства перераховані переваги можугь мати своє значення, тому можна сперечатися про пріоритетність при складанні таких таблиць. Зменшення неприємного запаху при достатньому розкладанні субстрату є істотним аргументом для фермерів, чиї площі розташовані в густозаселених регіонах. Іноді будівництво біогазовоі установки взагалі стає початком збільшення розмірів ферми (збільшення кількості поголів'я худоби).

З екологічної точки зору, великий інтерес для еко - підприємств має можливість шляхом бродіння переробити азот на відповідну для зберігання речовину. Аргументом на користь будівництва біогазовоі установки може бути також створення робочого місця для майбутнього власника господарства. Для ферми, наприклад, може бути важливою можливість виведення своїх стічних вод в біогазову установку замість підключення дорогою каналізації.

27.3. Біотехнологічний процес метанового зброджування.

Біогаз - суміш газів. Його основні компоненти: метан (СН4) - 55-70 % і вуглекислий газ (С02) - 28-43 %, а також у дуже малих кількостях інші гази, наприклад - сірководень (H2S).

Сучасні уявлення про процес метанового зброджування базуються на результатах досліджень і вивчення біохімії і мікробіології процесу, а також вивчення природних анаеробних біоценозів (наприклад, рубця жуйних тварин) і штучних біоценозів (мікробіологічних реакторів - метантенків) [14,75].

Найінгенсивніше Дослідження процесу метанового зброджування гнойової біомаси проводилося за кордоном наприкінці 80-х - на початку 90-х років [14,74,76], що було пов'язано з виникненням світової енергетичної кризи і пошуком альтернативних джерел енергії. Під впливом такої тенденції аналогічні дослідження проводилися і в колишньому Радянському Союзі [14,73,74], незважаючи на наявні в той час значні запаси більш дешевого природного газу. В теперішній час відновився інтерес до метанового зброджування гнойової біомаси як до альтернативного поновлюваного джерела енергії, технології отримання високоякісних органічних добрив для відновлення родючості грунтів і зниження антропогенного навантаження на навколишнє середовище [1,73,75].

Метаногенез (біологічний синтез метану) - один з найважливіших етапів ланцюга анаеробного розкладення органічних сполук. Цей процес відбуваєшся без От і як термінальні акцептори електронів виступають інші сполуки [14]:

Наведені сполуки використовуються мікроорганізмами як акцептори електронів. Анаеробне розкладання органічних речовин виконують прокаріоти. Більшість еукаріотів не беруть участь в цьому процесі. Характерним моментом анаеробного розкладу є поступове окислення вуглецовмістких сполук, яке поетапно проводять різноманітні групи мікроорганізмів, які утворюють складний комплекс мікробної спільноти. Між цими мікробним групами існують спеціалізовані взаємовідносини. В анаеробних умовах різноманітність шляхів метаболізму значно більша ніж в анаеробних, тому що окислення вуглецевовмістких сполук відбувається шляхом деградування і пов'язане з перенесенням водню на різні субстрати проміжного метаболізму чи на зовнішні акцептори електронів. На Рис. 27.6. наведено основні етапи анаеробного розкладання органічних субстратів комплексом мікроорганізмів [14,71,72]. Першу фазу (гідролітичну) проводять різні групи мікроорганізмів (факультативні і облігантні анаероби), проте в цій фазі енергія тільки витрачається. Утворення енергії відбувається в другій фазі (бродіння, ацетогенна), яка проводиться тією ж групою мікроорганізмів, що беруть участь в першій фазі, а також деякими іншими (лактобацили, стрептококи тощо), які не трансформують полімери, оскільки вони не мають екзоферментів для гідролізу полімерів. Звичайно, ці дві фази розглядають спільно, оскільки вони енергетично об'єднані.

У третій фазі (ацетогенній) утворюється переважно ацетат, у четвертій (меіаногенній) - метан (Рис.27.6.).

Рис. 27.6. Основні фази мікробної деградації складних органічних речовин до метану в анаеробних умовах.

Деякі продукти фази бродіння, минаючи ацетогенну фазу, безпосередньо трансформуються в СН4 Попередниками СН4 при цьому є СО2, Н2, СО, метиламін, метанол, ацетат, форміат. Інша частина продуктів бродіння (кислоти з числом вуглецевих атомів більше двох і спирти – більше одного) повинні пройти ще ацетогенну фазу (ацетогенез з утворенням Н2), в якій утворюється ацетат (попередник СН4) і одночасно Н2.

Цей процес проводиться представниками тільки в умовах низького парціального тиску. В зв'язку з цим ацетогенні мікроорганізми існують в синтрофній спільності з метаногенними чи сульфатредукувальними бактеріями. У цій спільноті існує міжвидовий перенос водню. Це фундаментальний принцип проходження анаеробної деструкції органічних сполук. Існує ще один проміжний етап, при якому ацетат утворюється з Н2 і С02. Це відбувається в таму випадку, коли в екосистемі наявна велика кількість Н2 і С02. Утворення С№ являє собою процес, який постачає енергію метаногенним бактеріям. Різноманітні субстрати забезпечують різні рівні отримання енергії [15,73].

Більшість метаногенних бактерій спроможні використовувати Н2 і С02 для утворення СН4, в той час, як лише п'ята частина описаних до цього часу видів використовує ацетат, метанол чи метиламін.