TextBook Для першої оцінки суміші субстратів має сенс провести розрахунок. З його допомогою своєчасно можна визначити можливу затримку процесу розвитку через занадто великої концентрації азоту. Для оптимальної життєдіяльності бактерій також є необхідність у невеликій кількості важких металів і мікроелементів. Водночас важкі метали можуть мати стримуючий або навіть токсичний вплив. Наскільки нечіткої є межа їх дії нам показує таблиця 27.10. Нікель, кобальт, молібден, вольфрам і залізо є особливо необхідними бактеріям для утворення ензимів. Мінімальні вимоги до суміші поживних речовин для оптимального життєзабезпечення бактерій показано в таблиці 27.10. З цього випливає, що процес утворення біогазу може відбуватися з широким спектром поживних речовин з низькою або високою їх концентрацією . Цей факт підтверджує також досвід з практики, що через певний період часу бактерії звикають навіть до несприятливих умов життєдіяльність
Таблиця 27.10.
Розрахунок співвідношення поживних речовин у сумішах субстратів
| Вміст поживних речовин [гр /кг ТВ] | С | N | Р2О5 | |
| Гній ВРХ(ГС) | 40 | 3,2 | 1,6 | Співвідношення C:N:P = 25/2/1 |
| Силосна кукурудза (СК) | 96 | 3,9 | 0,7 | Співвідношення C:N:P = 137/5,6/1 |
Розрахунки співвідношення С: N: Р суміші на прикладі 1 відсотка гною худоби і 0,7 відсотка силосної кукурудзи.
Вміст корисних речовин у суміші = (СК X відсоток СК) + (ГС х відсоток ГС) (відсоток ГС + відсоток СК)
З прикладу слід С = (96 х 0,7) + (40 х 1) / (1 +0,7) = (67,2 + 40) / 1,7 = 63 С Аналогічно розраховуються також зміст N і P20S.
Багато мікроелементів утворюють разом з сіркою стійкі сульфіди і тому може виникнути їх нестача. Нестачу заліза як і для рослин можна дізнатися з того, що субстрат стає світліше. Точний аналіз на брак мікроелементів варто робити тільки тоді, коли всі інші фактори (затримки через аміаку, сірки, надлишкова кислотність, нестача субстрату, техніка) вже перевірені і виключені як негативно впливаючі на процес чинники.
Таблиця 27.11
Уповільнючий і токсичний вплив важких металів на біогазовий процес
| Уповільнює дію мг/л | Токсична дія мг/л | Необхідна концентрація мг/л | Припустима концентрація^ мг/л | |
| Медь (Си) | 40-250 | 170-300 | ||
| Кадмий (Cd) | 150-600 | 20-600 | 0,12 | |
| Цинк (Zn) | 150-600 | 250-600 | 32 | |
| Никель (Ni) | 10-300 | 30-1000 | 0,006-0,5 | 4 |
| Свинец (Pb) | 300-340 | 340 | 0,02-200 | 12 |
| Хром III (Cr) | 120-300 | 270-500 | 0,005-50 | 8 |
| Хром VI (Cr) | 100-110 | 200-420 | ||
| Кобальт (Ко) | 0,003-0,06 | |||
| Молибден (Mb) | 0,005-0,05 | |||
| Селен (Se) | 0,008 | |||
| Марганец (Μn) | 0,005-50 | 0,08 | ||
| Ртуть (Hg) | ||||
| Железо (Fe 2+) | 1-10 |
Мінімальні фізико-хімічні вимоги до метаногенезу
| Серезовишні фактори | |
| Рівень pH | 6,5-8,0 |
| Виіст солі (провідність) | 2,5-25 mS/см |
| Температура | 8-55"С |
| Елементи | Концентрація |
| 'Кисень | < 1 ppm |
| Водень | 6 Ра |
| Загальне вуглець | 0,2-50 гр/л ХПК |
| Натрій | 45-200 ppm |
| Калій | 75-250 ppm |
| Магній | 10-40 ppm |
| Сірка | 50-100 ppm |
| Залізо | 10-200 ppm |
| Нікель | 0,5-30 ppm |
| Кобальт | 0,5-20 ppm |
| Молібден, вольфрам, селен | 0,1-0,35 ppm |
| Цинк | 0-3 ppm |
| Хімічні сполуки | |
| Фосфат | 50-150 ppm |
| Співвідношення кількості | 2000:15:5:3 |
| C:N:P:S | (процес в цілому) |
Принциповим є, що чим менше субстрат, тим краще. Чим більше площа взаємодії для бактерій і чим більше волокнистий субстрат, тим легше і швидше бактеріям розкладати субстрат. Крім того, його простіше перемішувати, змішувати і підігрівати без утворювання плаваючою кірки або осаду. Подрібнена сировина має вплив на кількість виробленого газу через тривалість періоду бродіння. Чим коротше період бродіння, тим краще повинен бути подрібнений матеріал. При досить тривалому періоді бродіння кількість виробленого газу знову збільшиться. При використанні подрібненого зерна цього вже вдалося досягти через 15 днів.
Вплив вихідного матеріалу иа вихід газу.
Склад вихідного матеріалу.
Серед залишків і відходів сільськогосподарського виробництва найбільш багаті необхідними для метанового бродіння поживними речовинами екскременти тварин. Однак вони дуже різняться між собою як за наявністю окремих компонентів так і за хімічним складом залежно від того, про який вид тварин йде мова і який корм ці тварини споживають (таблиця 27.13.). Крім того, відходи тваринництва залежно від способу утримання тварин можуть включати в себе самі різні кількості води, підстилкового матеріалу і залишків корму. Якщо це піддається зброджуванню, вихідний субстрат містить, крім стійлового гною, інші рослинні залишки, слід звертати особливу увагу на їх склад. При цьому перш за все потрібно враховувати характерне для певних умов високий вміст лігніну, який практично не розкладається мікробами і, отже, не бере участі у процесі газоутворення. З цієї причини вихід газу з екскрементів жуйних тварин, які потребують кормів з високим вмістом сирої клітковини, значно менше, ніж з екскрементів курей і свиней. Хоча шляхом механічного, хімічного або теплового впливу лігніну комплекси можна зробити доступними для біохімічного розкладання, пов'язані з цим витрати роблять
згадані методи неприйнятними для сільськогосподарського виробництва [15,72].
Таблиця 27.13.
Склад екскрементів тварин (% до сухої речовини)
| Компонент | КРС | Дойні корови | Свині | Кури |
| Органічна маса | 77...85 | 77...85 | 77…84 | 76...77 |
| Азот | 2,3...4,0 | 2,3...4,0 | 2,3...4,0 | 2,3...4,0 |
| Фосфор | 0,4...1,1 | 0,2...0,7 | 1,9...2,5 | 1,6...2,7 |
| Калій | 1,0...2,0 | 2,4 | 1,4...3,1 | 1,0...2,9 |
| Кальцій | 0,6...1,4 | 2,3...4,9 | 5,6...11,6 | |
| Магній | 0,5...0,6 | 0,9...1,1 | ||
| C/N | 9...15 | 9...15 | 9...15 | 9...15 |
| Сира клітчатка | 27,6...50,3 | 19,6...21,4 | 13,6...17,3 | |
| Сирий жир | 2,3...4,3 | 3,5...4,0 | 2,2...4,9 | |
| Сирий протеїн | 9,3...20,7 | 16,4...21,5 | 20,6...42,1 | |
| Лігин | 16...30 | 16...30 | 9.6...14,3 |
Для зброджування рослинних матеріалів з високим вмістом здатних до розкладання сполук вуглецю необхідно додавання багатих азотом речовин, наприклад курячого посліду або свинячого гною, щоб отримати співвідношення С / N в межах, необхідних для безперешкодного протікання процесу бродіння.
Розміри твердих частинок.
Активного обміну речовин і високої швидкості біохімічних обмінних процесів можна досягти, якщо підтримувати і безперервно оновлювати максимально можливу величину граничних поверхонь між твердою і рідкою фазами. Тому тверді матеріали, особливо рослинного походження, повинні бути попередньо підготовлені за допомогою ріжучих або плющильних пристроїв, щоб у результаті ефективного механічного впливу на шматки стебел і соломи отримати частинки можливо меншого розміру. Частка зважених в рідині твердих частинок значною мірою залежить від технічних засббів, що використовуються для одержання ретельного перемішування, гідравлічного транспортування субстрату та відділення газу. Сучасний рівень розвитку техніки дозволяє переробляти в сільськогосподарських біогазових установках субстрати з вмістом твердих речовин до 12%, якщо довжина частинок окремих волокнистих і стеблевідних твердих компонентів не перевищує 30 мм. В принципі органічні речовини можна зброджувати і в твердій фазі, якщо мати достатньо вологе середовище. Однак зброджування твердих речовин практично не отримало промислового значення, оскільки в твердій фазі не можна забезпечити перерозподіл і взаємне перемішування бактерій і субстрату, а також задовільний відвід газу. Тверді речовини, щільність яких істотно вище, ніж рідини, обумовлюють утворення осаду (седиментацію) або плаваючою кірки, чому сприяє флотація. Виникаючі у зв'язку з цим механіко-гідравлічні проблеми і погіршення процесу газоутворення можуть призвести до того, що для усунення подібних порушень будуть потрібні більш високі витрати технічних засобів і енергії.
Сторінки
В нашій електронній бібліотеці ви можете безкоштовно і без реєстрації прочитати «Альтернативні джерела енергії» автора В.П.Чучуй на телефоні, Android, iPhone, iPads. Зараз ви знаходитесь в розділі „РОЗДІЛ 27. Технології продуктування біогазу“ на сторінці 7. Приємного читання.