Мухин
В. М., Тютюнник Ю.,
Мукажанов Е.
Казахский
национальный аграрный университет
получениЕ биогаза по безотходной,
экологически чистой технологии
В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы
биологического разложения органических веществ в анаэробных (без доступа
воздуха) условиях под воздействием особой группы анаэробных бактерий. Эти
процессы сопровождаются минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и
калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота,
фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением
патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков,
специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов. Процесс образования
биогаза и удобрений осуществляется в специальных биореакторах-метантенках.
Для получения биогаза можно использовать растительные и
хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и т. п.
В последнее время все большее внимание привлекают нетрадиционные -
с технической точки зрения - источники энергии: солнечное излучение, морские
приливы и волны и многое другое. Некоторые из них - например ветер - находили
широкое применение и в прошлом, а сегодня переживают второе рождение. Одним из
«забытых» видов сырья является и биогаз, использовавшийся еще в Древнем Китае и
вновь «открытый» в наше время.
Биогаз - смесь газов. Его основные компоненты: метан (СН4)
- 55-70% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в очень
малых количествах другие газы, например - сероводород (H2S).
В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на
70%, производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг
неразложимого остатка.
Разработка установки, предназначеной для
безотходной, экологически чистой переработки органических отходов сельскохозяйственного
производства (навоза, помета, фекалий), имеющего КРС или других домашних
животных (свиньи, овцы, козы, лошади, пушные звери и т.д.) и птицу (куры, гуси,
утки, индюшки и т.д.) в газообразное топливо – биогаз, конвертируемый далее в
электрическую и тепловую энергию, экологически чистые жидкие или твердые
органические удобрения, лишенные нитратов и нитритов, семян сорняков,
патогенной микрофлоры, яиц гельминтов, специфических запахов
Оборудование для
производства биогаза и удобрений, поможет, снизит затраты на утилизацию органических отходов (коровий, овечий, птичий, свиной и др. навоз) и дополнительно позволит выпускать
высокоэффективное экологически чистое органическое удобрение. Установив оборудование, вы сможете забыть о покупке дорогостоящих
минеральных удобрений и полностью обеспечить потребности своего хозяйства в
подкормке сельхохозяйственных культур.
Оборудование вырабатывает источник энергии –
биогаз, который можно использовать для получения электроэнергии, для нагрева
воды в технологических целях и т.д.
Предлагаемая установка показана на рис.1. Ее ферментатор сделан в яме,
имеющей квадратное поперечное сечение размерами 2X2 и глубиной примерно 2,5 м.
Яма облицована железобетонными плитами толщиной 10-12 см, оштукатурена цементом
и покрыта для герметичности смолой. Канавка гидрозатвора глубиной около 50 см
также бетонная, колокол сварен из кровельного железа и может на четырех «ушках»
свободно скользить по четырем вертикальным направляющим, установленным на
бетонном резервуаре. Высота колокола примерно 3 м, из которых 0,5 м погружено в
канавку.
Рис.1- Схема установки для получения биогаза
1 -
яма ферментатора с сырьем, 2 - колокол, 3 - выпускной патрубок, 4 - трубопровод
(шланг) подачи биогаз.
В ночное время, когда биогаз не используется и накапливается под
колоколом, возникает опасность, что последний из-за избыточного давления
опрокинется. Резиновый резервуар служит дополнительной емкостью. Ферментатора
размером 2x2x1,5 м вполне достаточно для работы горелок, а при увеличении
полезного объема установки до 1 м3 можно получить количество
биогаза, достаточное и для обогрева жилища. Особенность этого варианта
установки - устройство колокола из прорезиненного полотна, применяемого для
изготовления надувных лодок. Ферментатор представляет собой металлический
резервуар. Колокол вводится в находящийся в ферментаторе навоз на глубину не
менее 30 см для обеспечения гидравлического заслона выходу биогаза в атмосферу.
В верхней части разбухающего резервуара предусмотрен кран, соединенный со
шлангом; по нему газ поступает к газовой плите с конфорками и колонке для
нагрева воды. Чтобы обеспечить оптимальные условия для работы ферментатора, навоз
смешивается с горячей водой.
Для обогрева ферментатора используется и эффект теплицы. Над
емкостью сооружается металлический каркас, который покрывают полиэтиленовой
пленкой: при неблагоприятных погодных условиях она сохраняет тепло и позволяет
заметно ускорить процесс разложения сырья.
Одной
из главных трудностей сельского хозяйства всегда была переработка органических
отходов. Решать эту проблему приходится как крупным сельскохозяйственным
комплексам, так и частным подсобным хозяйствам. Биотехнологиям сегодня в
отраслях, смежных с сельским хозяйством отводится немаловажное место. В основе
биотехнологий лежит способ использования биологических существ бактерий,
микроорганизмов, клеточных структур для выработки ценных продуктов.
Биотехнология тесно связана с генной инженерией, генетикой, микробиологией,
биохимией и многими другими биологическими дисциплинами. Разработки в области
переработки органических отходов показали, что из отходов можно получать
высокопроизводительные органические удобрения и газообразное горючее вещество –
биогаз.
Суть
процесса заключается в следующем. В биореакторах - специальных герметичных
агрегатах - происходит брожение, органические элементы подвергаются переработке
в анаэробных условиях, то есть без доступа кислорода, при высоких температурах.
Непрерывный технологический процесс обуславливает образование биогаза и жидких
органических удобрений. Биогаз, основными элементами которого являются
углекислый газ и метан, проходит в газгольдер. Полученные в биореакторах экологически безопасные органические удобрения
легко абсорбируются сельскохозяйственными культурами, они лишены возбудителей
болезней и семян сорняков. Органические удобрения содержат макро- и
микроэлементы, аминокислоты и фитогормоны, способствующие росту растений. На
газообразном горючем - биогазе могут эксплуатироваться газовые водонагреватели,
обогреватели воздуха, бытовые газовые приборы, газогенераторы. Жидкие
органические удобрения применяют на всех типах почв для цветов, декоративных
кустарников, овощных, плодово-ягодных, кормовых культур и т.д. Особенно
действенно применение жидких органических удобрений для подкормок овощных и
других сельскохозяйственных культур. Ученые-биотехнологи утверждают, что
органические удобрения, сброженные в биореакторах в сто раз продуктивнее
навоза.
Оптимальной технологией
переработки жидких органических отходов является технология с применением
биореакторов и биогазовых агрегатов. Эта технология доступна для свиноферм,
птицеферм, ферм крупного рогатого скота, частных фермерских хозяйств.