Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Загальновизнано, що скинута у метантенку маса являє собою легкозасвоюване рослинами і позбавлене збудників хвороб і насін­ня бур’янів рідке висококонцентроване органічне добриво, що міс — гить макро — та мікроелементи, амінокислоти і фітогормони, що стимулюють ріст рослин. Це добриво застосовується на ґрунтах всіх типів для овочевих, плодово-ягідних, кормових культур, газо­нів, квітників, декоративних чагарників і т. п. Особливо ефективним є застосування зброджених добрив для кореневих і поливальних пі- дкормок, овочевих та інших сільськогосподарських культур (при

3.. 4 — разовій підкормці, але не частіше 1 разу на десять днів) [3, 7,

21]

Науково-дослідні та дослідницько-конструкторські роботи по створенню біогазових установок в нашій країні почали проводитися ще в 50-і роки минулого століття, але перші систематичні дослі­дження біогазу з органічних стоків почав італійський натураліст Аллесандро Вольта (рисунок 1.19) який, серед іншого, займався та­кож дослідженнями електричного струму і на честь прізвища якого названо одиницю вимірювання електричної напруги "Вольт". Воль­та вдалося вловити у 1770 р. болотний газ у відкладеннях озер на півночі Італії, після чого він зайнявся проведенням дослідів зі спа­люванням цього газу. Англійський фізик Фарадей експериментував також з болотним газом і ідентифікував його як вуглеводень. Тіль­ки у 1821 р. досліднику’ Авогадро вдалося встановити хімічну фор­мулу метану (СН4). Відомий французький бактеріолог Пастер у 1884 р. проводив випробування з біогазом. який він виділяв з твер­дого гною. Він вперше запропонував використовувати гній з пари­зьких стаєнь для виробництва газу на освітлення вулиць.

Рисунок 1.19 — Фото натураліста Аллееандро Вольта

Дуже потужніш імпульс розвитку технології задав процес від­криття анаеробного гниття, після того, як наприкінці 19 століття було встановлено, що таким чином можна очищати стічні води. У 1897 р. в лікарні для хворих на проказу м. Бомбей (Індія) побудува­ли першу установку7, г аз якої використовували для освітлення, а у 1907 р. для живлення двигу на на виробництво електроенергії.

У Німеччині інженер з очисних споруд Імхофф з 1906 р. на території регіону Рур почав систематичне будівництво анаеробних, двоярусних установок з очищенням стічних вод, що отримали на­зву "емшерський колодязь" (рисунок 1.20).

(Назва Емшер спочатку мала річка, утворена внаслідок меліо­ративних робіт на емшерських копальнях, але потім під час інтен­сивного індустріального розвитку перетворилася на стічний канал, обслуговуючий велику частину регіону). На сьогоднішній день ко­жна очисна споруда має анаеробні етапи (Рисунок 1.3), вироблений каналізаційний газ від яких використовується для опалення ферме­нтаторів або на вироблення тепла і елекгрики.

Рисунок 1.20 — Принцип роботи "Емшерського колодязя"

До початку Другої світової війни використання каналізацій­них газів отримало швидке поширення. Були розроблені плаваючі дзвоноподібні газгольдери, потужні мішалки та системи опалення для прискорення процесу гниття. Продаж очисного газу для підп­риємств мав великий попит. У цей період істотног о поширення на­були експерименти з очищення газу від води, двооксиду вуглецю і сірководню, з метою його розфасовки в залізні балони та викорис­тання як палива для транспортних засобів.

Перед Другой’ сніговою війною та протягом війни в Німеччи­ні, у зв’язку із збільшеним попитом на "газове паливо”, намагалися збільшити виробництво каналізаційного газу шляхом додавання твердих органічних відходів, тобто застосовували метод, званий сьогодні коферментацісю. У 1940 р. у м. Штутгарт вперше успішно вдалося підмісити відсепарований жир.

За ініціативою Імхоффа в м. Халле (рисунок 1.21) проводили­ся експерименти на комунальній установці з відходами лакричного кореня, канигою, лігніном, відходами рослин і зерна.

зз

Рисунок 1.21 — Комунальна біогазова установка (анаеробний етап очи­сної споруди)

Було встановлено, що лігнін виробляє 19 л газу з кілограма сухої маси, каннга давала 158 л/кг. а лакричний корінь навіть 365 л/кг, для останнього, проте період бродіння становив 45 днів. Ду же докладні досліди з коферментації проводив доктор Франц Попель під час війни в Амельсфоорт (Нідерланди). Вже тоді додавали ор­ганічні залишки домашнього господарства для експериментів. За цей період до нашого часу були розроблені біогазові установки з безперервним режимом зброджування різної продуктивності і різ­ного конструктивного виконання.

У технічному відношенні виробництво біогазу і органічних добрив [7, 11, 27] вирішується двома способами: класичним (рис. 1.22), де гній зі сховиша безпосередньо подається в біогазовий реактор і методом індиректної утилізації гною, рис. 1.23, у якому він спочатку використовується як живильне середовище для виро­щування спеціально селекціонованих рослин (хлорела, водний гіа­цинт), а потім із залишками рослин надходить в метантенк.

За способом здійснення процесу можна виділити непереривні (проточні) системи, в яких субстрат завантажують у реакторі без­перервно або через короткі відрізки часу, системи полуциклічної дії зі змінним наповненням і вивантаженням декількох метантенків, системи періодичної дії із заповненням субстрату до вивантаження. По конструкції метантенки можуть бути горизонтальними і верти­кальними. У горизонтальному метантенку відходи переміщуються в поздовжньому напрямку. Похиле розташування поздовжньої осі резервуара полегшує стікання переробленого гною у напрямку до вивантажувального отвору. У біогазових установках застосовують метантенки яйцеподібної, циліндричної, кубічної форми.

Метантанки невеликих обсягів (до 30м) зі склопластику еко­номічно більш ефективно виготовляти яйцеподібної бо циліндрич­ної форми з конусною верхньою і нижньою частиною.

Рисунок 1.22 — Класичний метод отримання біогазу

Рисунок 1.23 — Метод індиректної утилізації гною

За способом завантаження метантенки діляться на установки з нижнім, верхнім і бічним підведенням переробленої маси. У біога­зових установках вихідну масу підігрівають до заданої температури або в робочому просторі метантенка або у пристрої, що живить йо­го.

Підведення теплоти може здійснюватися через теплообмінні нагрівальні агрегати або при безпосередній подачі гарячої води, па­ри або гарячих газів під тиском у субстрат, за цих умов відбуваєть­ся у процесі зброджування. Всі аналогічні лінії конструктивно мало чим відрізняються один від одного. Вони складаються з герметич­ної ємності в середині якої монтуються різного роду теплообмінні пристрої, котельні, газгольдери (рис 1.22) це називається камерою зброджування. У всіх вітчизняних проектах ця схема була прийнята за основу, але нерідко використовувалася за кордоном, в країнах, де дослідження у галузі переробки відходів метановим зброджуванням вийшли на промислову реалізацію [37-41]. Перше місце у світі з використання біогазу, забезпечуючи ЗО % національних потреб електроенергії, яким користується 3,8 % населення країни, іцо є найвагомішим показником у країні, займає Китай.

В КНР вводиться 0,5 млн. біогазових установок загальною ва­ртістю 25 млн. доларів щорічно. Середня ємність біореакторів ста­новить 6… 12 м3, а вихід біогазу — 0,15 м на добу на їм3 ємності [3]. Китайські установки побудовані з доступних місцевих матеріалів, мають низьку вартість тому окупаються протягом року.

Ще у 30-х роках минулого століття була прийнята перша у світі програма по розвитку біогазових технологій — це відбувалося в Індії, яка зараз займає 2-ге місце в світі за обсягом виробництва бі­огазу. На кінець 1987 року у сільських районах було побудовано понад 1 млн. метантенків, при цьому добове виробництво біогазу становило від 2,0 до 3,5 млн. м3 [50]. У Ізраїлі з 1974 року виробни­цтвом біогазу займається «Асоціація кібуції індустрії» [74,75]. У процесі досліджень вдалось підвищити вихід біогазу до 4 . 6,5 м3 на добу на кожен кубомезр об’єму біореактору.

У Африці проявляється зростаючий інтерес до використання біогазових установок. У Кенії такі установки використовуються з 1954 року. В Таїланді, Індонезії, Бангладеші, Малазії, Сінгапурі, Австрії, Алжирі, Камеруні, Верхньої Вольті, Заїрі, Замбії, Ефіопії, Раунді, Сінегалі, Танзанії — проводяться активні експерименти з ви­користанням різноманітних переваг біогазової технології. Відмінна риса метантенків те що вони розташовані під землею і в них відсу­тні перемішуючі і підігріваючи пристрої, але це стосовно метантен­ків працюючих у країнах Азії, Африки та Океанії. Метантенки пра­цюють безперервно.

У 1947 році технічний університет міста Дармштадт (Німеч­чина) розробив біогазові установку для невеликих сільськогоспо­дарських підприємств з горизонтальним ферментатором (тип «бро — дильний канал») і отримав назву «система Дармштадт». Більше 40 років тому за цим принципом Ройш побудував у Хоенштайне (фе­деральна земля Вюртемберг) в 1959 році за 6000 німецьких марок (3000 евро) установку, яка здобула широку популярність (рис. 1.24). В Мюнхені та в Берліні розроблені інші відомі типи устано­вок ( працюючих на твердому гної").

Рисунок 1.24 — Біогазова установка Ройш вигляд в розрізі, м. Берн. пох (за кресленнями Маурер [29J).

Перша велика сільськогосподарська біогазові установка за­працювала у 1950 році в Аллерхопі недалеко від Целлє (федеральна земля Нижня Саксонія) за системою Шмідта-Еггерглюса. Побудо­вано близько 20-ти установок за принципом послідовних резервуа­рів компанією Шмідта-Еггерглюса ( Рис 1.25).

Близько 10-ти біогазових установок працюють з успіхом у Японії с початку 1980 року [50]. У безперервному режимі успішно працюють установки з виробництва біогазу у 8-ми млн. господарс­твах. Основним недоліком систем є наявність складного механічно­го устаткування і значних енерговитрат для приведення в дію змі­шувачів великої довжини, розташованих у горизонтальному напря­мку — за цією схемою працюють всі системи.

У рамках програми г використано сонячної енергії проводить­ся дослідницька робота з біоконверсії енергії, поставкою біогазових установок в Англії займається декілька фірм і компаній. Усього

працюють 52 біоенергетичні установки: 15 біогазових установок використовується для сільськогосподарських відходів, 7 — промис­лові відходи, 21 — стічні води, 9 — працюють на поховання міського сміття [8, 42-47]. Рисунок 1 25 — Схема заводу з виробницгеа біогумусу і газу. Система Шмі дта-Егтерглюса.

Для очищення рідкого гною худоби (22 тис. голів свиней) анг­лійська фірма «Evers and Associates, ltd» створила у французькій Бретані систему’ «ANOX» (рисунок 1.26), яка тільки впроваджена у Великобританії. Також в Англії розроблені і інші системи. Найбі­льший комплекс з переробки стічних вод Лондона, який виробляє на рік 92 млн. м3 газу. Молочна ферма на 320 корів може сама за­безпечити себе теплом, світлом і енергією [31]. При цьому капіта­ловкладення окупилися за 3,5 роки. Кількість біоенергетичного па­лива в Англії оцінюється у 22,3 млн. м3 на рік.

Одним з найбільш «Привілейованих напрямів науково — технічного прогресу» Франція розглядає біотехнологію. Вже у 1979 році в країні діяли установки по обробці відходів перегінних заво­дів на 7-ми тваринницьких та сільськогосподарських підприємст­вах, в тому числі, одна з них переробляла кролячій гній. Перспек­тивним вважається дослідницький метантенк на 2,5 т рідкого гною вологістю 93 % і на 1 т соломи вологістю 12 % [13]. Всього у Франції було побудовано 120 установок з виробництва біогазу з гною тварин. Термін окупності установок складає 5… 10 років. Для стилізування частини щорічно утворених відходів тваринництва у кількості до 400 млн. тон у ближчі роки передбачається побудувати ще 25 установок. Для внутрішніх споживачів і за кордон установки газифікації біомаси поставляє функціонуюча національна компанія «BIOMAGAZ». Створений координаційний центр CREME для централізованого збору і переробки інформації з механізації та хі — міко-біологічного перетворення органічних відходів.

Рисунок 1.26 — Біогазова система «ANOX»

Модельний вид будівництва метантенків обсягом 323 м3 за­стосовуюсь у Данії. Тут діє 15 біогазових установок (БГУ) систем Ясперса для переробки свинячого і коров’ячого гною. Режим збро­джування мезофільний — 35.. .37 °С [57].

Як показали дослідження, на 24 фермах в Нідерландах експлу­атується біогазові установки. На фермах з мінімальною кількістю тварин (менше 1000 корів і 1500 свиней) рентабельними при пере­робці виявилися БГУ, які використовують сонячні колектори, що

дозволяє скоротити споживання біогазу для технологічних потреб з

2,5 до 6.. .7 % [3]. Близько 1,2 мпн. м3 на рік свинячого гною у дво — хступінчатих біореакторах фірми МВВ (Німеччина) переробляють на першій ступені БГУ промислового масштабу. За рахунок вве­дення попередній обробці збродженої маси у затримувані досяга­ється інтенсифікація процесу на установках фірми « Біосистем» [48-54]. Розвиток біоенергетики прийняв у Нідерландах індустріа­льний характер.

Більше 10 великих біогазових заводів і 109 установок експлуа­тується на даний час у США, де використовують найкрупніший ме — тантенк на 11 тис. м3 [38]. Пересувний j азоенергетичний блок (ри­сунок 1.27) дозволяє на 50 % скоротити витрати на тваринницькій фермі. За рахунок теплової енергії збільшується вихід чистої нетто — енергїї. Великомасштабні біогазові енергосистеми промислового типу випробовуються у штаті Міссурі (СІЛА), а також здійснюєть­ся комплексна утилізація біогазу і збродженого субстрату.

Рисунок 1.27 — Пересувний біореактор

Використанням біогазу може служити система подачі 125 тис. м3/год біогазу в мережу газопостачання Нью-Йорка і постачання газу у м. Чикаго. У замкненому циклі з рециркуляцією сировини, води і побічних продуктів переробляється гній у кількості 45 тис. м3 біогазу отримують щодоби. У Чикаго цієї кількості газу вистачає для опалення 35000 житлових будинків. Через газопровід здійсню­ється газопостачання до міста. Перед тим, як потрапити у міську газову мережу біогаз очищають від вуглекислого газу, сірководню

40

та інших домішок. На 99,8 % паливний газ складається з метану з тепловою здатністю 9330 ккал/м 3. Також завод виробляє кормові добавки, при вмісгі 12 % протеїну продається по 12 доларів за 1 то­ну і азотовмісні органічні компоста.

З 1973 року експлуатується одна з найбільших у світі біоенер­гетична установка у місті Тржебонь у Чехословаччині, у який тем­пература зброджування дорівнює 38…40 °С. На рис 1.28 наведено загальний вигляд та принципова технологічна схема (рисунок 1.29) переробки рідкого гною.

Рисунок 1.28 — Загальний вигляд біоустановки

У СРСР перша біоенері етична установка була введена в екс­плуатацію у 1958 році (м. Тбілісі). Розрахована вона на утилізацію гною від 10 корів, складається з біогенератора газгольдера, котель­ні, насосів для подачі гною з ферм та вологосховища. При темпе­ратурі 32-34 градуса за 1 м3 корисного обсягу біогенератора можна отримати за рік до 8 тон збродженого гною і до 1 м3 на добу паль­ного газу, що складається приблизно на 65% з метану і на 35 з вуг­лекислого газу, з тепловою здатністю у середньому 5500 ккал/м3 процес зброджування протікає у мезофільному режимі біогенерато — ру на блочно-модульного комплекту обладнання (рисунок 1.30).

Більш потужна біоенергетична установка, розрахована на ne­

реробку органічних одходів на 1000 корів була побудована у експе­риментальному господарстві Запоріжської філії ВІЕСХ, що є ана­логічною за технологією. Дві бетонні камери ємністю по 100м3 складаюсь біогенератор. В сховищах ємністю 250 м’ зберігали збро — джений гній. Механізоване транспортування відходів. Установка по збродженю екскрементів для ферм на 200 голів ВРХ побудована у експериментальному господарстві білоруського інституту тварин­ництва.

автоматичного управління; 8 — водонагріваючий котел; 9 — енергоустановка; 10 — гідро затвор; 11 — аварійний скид біогазу; 12 — газгольдер; 13 — зворот­ний клапан, 14 блок очищення біогазу; 15 — компресори біогазу.

Рисунок 1.30 — Технологічна схема блочно-модульного комплекту об­ладнання

Багатоступенева технологія переробки гною в анаеробних умовах була запропонована Свердловським політехнічним інститу­том. Двоступенчаті метантенки використовуються для обеззара­ження і зниження вмісту органічних речовин і вихідній масі. Пер­ший ступінь метантанків працює у мезофільному, а друга — у термо­фільному режимі. На фермі ВРХ колгоспу ім. Дзержинського Лю — берецького району Московської області у 1972 році була змонтова­на експериментальна технологічна лінія обробки гною з викорис­танням біоенергетичних установок, де нагрів вихідного гною здійс­нюється зануреними горілками. У 1978 році була введена в експлу­атацію стадія очищення гнойових стоків свинокомплексу та стічних вод м. Таліиа Свердловської області [32].

Одержані при анаеробній обробці гною в метантенках добри­ва, нажаль, не повністю відповідають зазначеним вимогам (таблиця 1.4) [42, 55-57]. Для отримання високоякісних органічних добрив з гною, у яких немає хвороботворних мікроорганізмів та знешкодже­ні всі насіння бур’янів, була зроблена спроба удосконалення метан — тенків.

Одним з ефективних методів обробки органічних відходів сільськогосподарського виробництва є анаеробна обробка в біога — зових установках. Загальним недоліком відомих біогазових устано­вок з безперервним режимом зброджування є процес руху кожної частинки маси, що зброджується разом з бульбашками, утворюєть­ся по всьому об’єму метантенка біогазу від початку його надхо­дження в мстантенк до вивантаження нічим не регулюється, при цьому час перебування частинки в реакторі встановлюється в зале­жності від мезофільного або від термофільного режимів, без ураху­вання швидкості руху газорідинної маси по висоті метантенка.

Проскакування незбродженої і не обеззараженої маси разом з масою готового добрива, вивантаженого з метантенка, практично завжди відбувається у таких установках. У нижній частині метан — тенку відбувається флотаційний вплив бульбашок біогазу, що утво­рюються по всьому об’єму метантенка, на рідкий гній, який флотує бульбашки до місця вивантаження за малий проміжок часу, і за який він не може розкластися і обеззаразитися. Девіталізація насін­ня бур’янів знижується і в результаті цього виникає можливість по­вторного зараження збродженої маси залишилися необробленими гельмінтами в періоди її зберігання.

Таблиця 1.4 — Характерне гики вихідного і зброджуваного гною Показники Одиниці вимірю­вання Вихідний гній Зброджува­ ний гній Вміст сухої речовини у Вихідному гної % 16,2 п, з Вміст: загального азоту калію фосфору г/л 4,6 4,4 г/л г/л 0,5 0,7 0,44 0,65 pH один. 7,3 7,1 Наявність гельмінтів шт/л 74 3 Мікробне число млн. кл/мл 107 105 Виживання хвороботворних мікроорганізмів шт./мл 40.. .500 20.. .100 Титр ентерококів шт./мл 10 5 10 3 Сальмонела Відсутні Відсутні Наявність насіння бур’я- нистих шт./л 1000 120 рослин Нітрати мг/л 8,3 2,1 Вологїсгь гною В дослідах % 88,7 91,5 Зольність, від АОВ* % 22,6 21,0 Органічна речовина, від АОВ % 77,0 53,8 Загальні органічні кислоти мг/л 2430 215 Летючі кислоти мг/л 670 97 Вміст клітковини у від сухої речовини % 19,0 18,7

Вміст лігніну у від сухої речовини	%	11,0	10,9
Нітрити	мг/л	немає	немає

* АОВ — абсолютна кількість органічної речовини

Для виробництва добрив з рідкого гною ВРХ вологістю

89..

.92 % найбільш поширеними є біогазові установки з реакто­рами повного змішування в метантенках, які забезпечують недоста­тньо повне обеззараження від гельмінтів та знешкодження від на­сіння бур’янів гною, які надходять (до 95 %) [19]. Якщо вмонтувати в метантенк направляючі конуси (рисунок 1.31), які утримують ін — флюенц, який поступає від швидкого флотування до місця виван­таження, то можна усунути ці недоліки [70].

Гній з ферми подається в нижню частину метантенка і далі по похилих поверхнях рухається вгору, відповідно до представленої

45

схеми. Маса обеззаражується і рухається до місця вивантаження по мірі руху. Можливість збільшення часу перебування частинок в ме — тантенку і отримання органічних добрив потрібної якості дають пе­ревагу метантенкам з напрямними конусами, застосованими у на­ведений на рису ноку 1.31 схемі.

Комментарии запрещены.