Вопросы технологии производства биогаза

Получение биогаза – это своеобразный биологи­ческий вариант гелиоэнергетики.

В соответствии с расчетами, в среднем 1 тонна навоза или другой биомассы, подвергаемой метановому сбраживанию, дает около 500 м³ биогаза, что эквива­лентно 350 л бензина. иногда дают отдельные цифры выхода биогаза из навоза (200–300 м³) и растительной биомассы (300–630 м³). В целом выход биогаза из разного сырья сильно колеблется (табл. 1).

Здесь принято понятие о так называемой живот­ной единице, эквивалентной ежедневному производству биогаза около 1,5 м³. Такое количество может произвести: 1 взрослая корова, 5 телят, 6 свиней, 250 кур.

Производство биогаза – один из лучших способов борьбы с глобальным потеплением, поскольку происходит захват метана в изолированных от атмосферы емкостях. известно, что метан вызывает парниковый эффект в 21 раз сильнее, чем углекислый газ, и сохраняется в атмос­фере до 12 лет.

Таблица 1. Влияние вида исходного сырья на выход биогаза

Метановое брожение происходит в температурном диапазоне от 0 до 70 °с (оптимально – 25–60 °C). Поэтому в странах с жарким климатом (тропики, суб­тропики) создавать специальные установки не требуется, а надо лишь накапливать навоз в ямах под колпаком, осуществлять газоотвод, сбор и накопление биогаза в соответствующих емкостях. Такой подход широко реали­зуется в индии, индокитае, на юге Китая. среднесуточ­ная выработка биогаза на таких примитивных установках составляет 0,15–0,3 м³ на 1 м³ биореактора.

Общая схема производства биогаза довольно про­ста (рис. 1). Вначале сырье смешивается и измельчается до получения полужидкой гомогенной массы в приемном танке. Далее масса нагревается до 70 °C не менее 1 часа с целью уничтожения бактерий. После охлаждения сырье перекачивается в автоклав (биореактор-метан­танк, ферментатор), где оно подвергается анаэробному брожению при температуре 38 °C. Процесс получения биогаза длится обычно около 1 месяца. существуют 2 режима брожения: мезофильный – 25–38 °с – опти­мум 37 °C (работают мезофильные бактерии) и термо­фильный – 45–60 °C – оптимум 56 °с (работают тер­мофильные бактерии).

Для интенсификации брожения добавляют катализаторы (глюкозу и целлюлозу). Ре­комендуется перемешивание субстрата в ферментаторе с целью предупреждения образования в верхней части слоя всплывающего вещества и корки (это улучшает технологический процесс и соответственно снижает энергозатраты). Биогаз под собственным давлением (не более 0,5 атм.) через газовый штуцер и конденсатор (для удаления влаги) подается в газгольдер, откуда используется либо для сжигания в бытовых приборах, либо для производства электрической и тепловой энер­гии вкогенерационной энергоустановке.

Полностью ав­тономный, энергонезависимый биореактор потребляет 10–25% вырабатываемого газа для своих нужд. Это требуется для осуществления термостатирования и пе­ремешивания. сброженная масса через штуцер удаления эвакуируется и накапливается в бункере-отстойнике. Твердый остаток является хорошим обеззараженным удобрением (обычно содержание азота – 3,5 кг/тон­ну, фосфора – 0,8 кг/тонну, калия – 1,4 кг/тонну). При оптимальном сбраживании остаток биоудобрениясоставляет 30% от массы исходного сырья, а остальные 70% органических веществ разлагаются.

Теплотворная способность биогаза 22–24 тыс. кДж/м³, или 5500 ккал/м³. один кубометр биогаза равен 0,6 м³ природного газа, 0,7 л мазута, 0,4 л бензина, 3,5 кг дров.

Исходное сырье для получения биогаза имеет 3 главных источника:

• органические отходы животноводства и птицеводс­тва;
• твердый остаток сточных вод на полях орошения;
• илос и биомасса сельскохозяйственных культур. Биогаз можно получать на свалках, из сточных вод, кукурузного силоса, навозной жижи, зерновых и т.д. Большая часть его применяется для получения электроэнергии и обогрева и лишь незначительная часть используется в качестве транспортного горючего.

В зависимости от целевого назначения биогазовой установки варьирует объем ферментатора – от 1 до 5000 м³.

В северной америке наиболее популярны ферментаторы объемом 50–130 м³, которые могут обеспечить для се­мьи из 3–7 человек создание биосистемы с замкнутым циклом, включающую в себя выработку биогаза для бы­товых нужд, местную канализацию, фабрику удобрений.

Биогазовые заводы имеют инфраструктуру в соответствии с объемом производства. Типичный вид биогазового предприятия представлен на рисунке 2. специфически выглядят крупные заводы по переработке отходов полей орошения (рис. 3).

Экономическая эффективность биогазовых ус­тановок особенно велика при переработке большого непрерывного потока отходов. Неубыточны и малые предприятия при адекватном техническом решении. Конечно, неоценим вклад биогазовых технологий в со­хранение экологического равновесия.