Потенциал остаточного газа

В целях предотвращения эмиссии метана большую роль играет наличие защитного покрытия хранилищ остатков ферментирующей массы. 65 % всех установок, которые были рассмотрены в рамках данной программы измерения параметров биогаза, не оборудованы хранилищами для остатков ферментирующей массы с газонепроницаемым покрытием, вследствие чего большие объемы метана могут выделяться в атмосферу. Применяя это количество к одно и многоступенчатым установкам, выходит, что 84% одноступенчатых и 71 % многоступенчатых БГУ не имеют хранилищ для остатков ферментирующей массы с газонепроницаемым покрытием. Такое положение дел оборачивается также ущербом и в экономическом плане, так как биогаз не поступает на выработку электроэнергии.

Для расчета потенциала остаточного метана в ходе отбора бродильных проб было определено количество метана на одну тонну остатка брожения (материал, получаемый после завершения последней фазы) и представлено в сравнении с выходом метана на БГУ в виде относительного потенциала остаточного газа.

На изображениях представлены величины потенциала остаточного метана в нм³ в одной тонне остатка брожения при 37°С и 20-22°С с дифференциацией по одноступенчатым и многоступенчатым системам установок. Те установки,хранилища остатков ферментирующей массы которых имеют газонепроницаемое покрытие, отмечены особой маркировкой, так как на них остаточный газ используется для выработки электро и тепловой энергии.

При 37°С потенциал остаточного газа в рассматриваемых установках охватывает широкий диапазон от 1,7 до 21,7 нм³ СН₄/т_{остатка} (перебродившей массы). Конструктивно идентичные установки БГУ 51 и 52, а также БГУ 47 достигают максимальных значений потенциала остаточного газа при температуре 37 °С. Подобная картина складывается и при температурах ок. 20 °С. Диапазон значений представлен пределами от 0,2 до 7,1, причем на установках БГУ 47, 51 и 52 вновь отмечаются наивысшие значения потенциала остаточного газа.

Как это следует из диаграм, в связи с небольшим временем отстаивания на одноступенчатых установках отмечаются более высокие значения потенциала остаточного газа, чем на многоступенчатых установках. В таблице представлены средние, минимальные и максимальные значения потенциала остаточного газа с учетом разных температур. При температуре 37 °С потенциал остаточного газа на одноступенчатых установках составляет 9,5 нм³ СН₄/т_{остатка} (перебродившей массы), а на многоступенчатых установках 4,9 нм³ СН₄/т_{остатка} (перебродившей массы). На основе этих данных становится очевидным, что за счет увеличенного времени отстаивания показатели разложения субстрата на многоступенчатых установках выше, чем на одноступенчатых.

В связи с очень разными субстратными смесями, которые используются на установках, количество остаточного метана в таблице 3-5 указано по отношению к одной тонне оСВ. На изображении 3-45 приведено соотношение удельной доли потенциала остаточного газа и значения выхода метана на биогазовых установках. При расчете объемы остаточного газа на тонну материала, который остается после окончания технологического процесса на последней фазе, были рассмотрены по отношению к выходу метана (нм³ СН₄/т_{субстрата}), причем при этом была учтена потеря массы, определенная по количеству выработанного газа.

Данные по относительному потенциалу остаточного газа позволяют проводить сравнение эффективности биогазовых установок. Высокая величина относительного потенциала остаточного газа свидетельствует о плохом использовании субстрата. Гаражная биогазовая установка периодического действия БГУ 61, а также обе установки старого типа БГУ 11 и 12 имеют максимальные значения вплоть до 8,5 % от потенциального выхода СН4 на тонну субстрата при температуре брожения в диапазоне 20-22 °С. Здесь же вновь на общем фоне выделяются одноступенчатые установки, которые в связи с коротким временем отстаивания имеют, как правило, высокие значения потенциала остаточного газа.

Многоступенчатые установки в среднем достигают значение потенциала остаточного газа, которое меньше этого значения на одноступенчатых установках более чем в два раза.На изображении 3-46 показана связь между относительным потенциалом остаточного газа и временем гидравлического отстаивания. Диаграмма наглядно отражает зависимость между этими параметрами. Установки с величиной времени отстаивания свыше 100 дней имеют значительно более низкие величины потенциала остаточного газа, которые составляют менее 2,5 % от величины выхода СН4. Особенно явно выражена эта зависимость при эксплуатации гаражных установок периодического действия.

С одной стороны, высокие значения потенциала остаточного газа объясняются коротким временем отстаивания и, тем самым, недостаточным оборотом субстрата в установках на навозной жиже, а с другой стороны, за счет недостаточного разложения массы в одноступенчатых установках сухой ферментации с таким же коротким временем отстаивания и неоднородной перколяцией. С увеличением времени отстаивания происходит сильное уменьшение величины потенциала остаточного газа. Таким образом, величина времени отстаивания является однозначным критерием для определения эффективности использования субстрата.

Результаты определения потенциала остаточного газа показывают, что, прежде всего, в одноступенчатых системах и/или в системах с общим временем отстаивания менее 100 дней, хранилища остатков ферментирующей массы обязательно должны быть оборудованы газонепроницаемым покрытием, которое будет препятствовать выбросу метана в атмосферу и способствовать использованию имеющегося остаточного газа для выработки энергии.

Среди установок с высоким значением потенциала остаточного газа только установки сухой ферментации БГУ 47, 51 и 52 имеют хранилища остатков ферментирующей массы со смонтированным газонепроницаемым покрытием. Таким образом, благодаря газонепроницаемому покрытию хранилищ остатков ферментирующей массы использование остаточного газа в этих установках не только способствует снижению выбросов метана, но и приводит к получению большей выручки за выработку электроэнергии.