Тандем - 2, шлакоблочные станки, бетоносмесители


Производство оборудования и технологии
Рубрики

Підтримка анаеробні умови у реакторі

Життєдіяльність метаноутворюючих бактерій можлива тільки за відсутності кисню в реакторі біогазової установки, тому потріб­но стежити за герметичністю реактора і відсутністю доступу в реа­ктор кисню.

Температурні межі процесу зброджування. Підтримка опти­мальної температури є одним з найважливіших факторів процесу зброджування. У природних умовах освіта біогазу відбувається при температурах від 0 до 97 °С [201-209], але з урахуванням оптиміза — ції процесу переробки органічних відходів для отримання біогазу і біодобрив виділяють три температурні режими:

V псіхофільний температурний режим визначається температурами до 20…25 °С,

г — мезофільних температурний режим визначається температурами від 25 до 40 °С,

V термофільний температурний режим визначається температурами понад 40 °С.

Мінімальна середня температура. Ступінь бактеріологічного виробництва метану збільшується зі збільшенням температури. Але, так як кількість вільного аміаку теж збільшується із зростан­ням температури, процес зброджування може сповільнитися. У се­редньому біогазові установки без підігріву реактора демонструють задовільну продуктивність тільки при середньорічній температурі близько 20 °С або вище або коли середня денна температура сягає щонайменше 18 °С. При середніх температурах в 20…28 °С вироб­ництво газу непропорційно збільшується. Якщо ж температура біо­маси менше 15 °С, вихід газу буде такий низький, що біогазова установка без теплоізоляції і підігріву перестає бути економічно вигідною [201-209].

Оптимальна температура. Відомості щодо оптимального тем­пературного режиму різні для різних видів сировини, але на підста­ві емпіричних даних установок ОФ «Флюид», що працюють в Кир­гизстані на змішаному гною ВРХ, свиней і птахів, оптимальною температурою для мезофільного температурного режиму є 34…З7 °С, а для термофільного 52…54 °С. Псіхофільний температурний режим дотримується в установках без підігріву, в яких відсутній контроль за температурою. Найбільш інтенсивне виділення біогазу в псіхофільном режимі відбувається при 23 °С.

Зміни температури. Процес біометанаціі дуже чутливий до змін температури. Ступінь цієї чутливості у свою чергу залежить від температурних рамок, в яких відбувається переробка сировини. При процесі ферментації можуть бути припустимі зміни темпера­тури в межах:

г — псіхофільний температурний режим: ± 2 °С за годину;

г — мезофільних температурний режим: ± 1 °С на годину;

‘г термофільний температурний режим: ± 0,5 °С на годину.

Термофільний або мезофільний режим? До переваг термофі­льного процесу зброджування відносяться: підвищена швидкість розкладання сировини і, отже, більш високий вихід біогазу, а також практично повне знищення хвороботворних бактерій, що містяться в сировині.

Недоліками термофільного розкладання є: велика кількість енергії, необхідний для підігрів сировини в реакторі, чутливість процесу зброджування до мінімальних змін температури і кілька більш низька якість отримуваних біодобрив.

При мезофільному режимі зброджування зберігається високий амінокислотний склад біодобрив, але знезараження сировини не та­ке повне, як при термофільною режимі.

Живильні речовини. Для росту і життєдіяльності метанових бактерій необхідна наявність в сировині органічних і мінеральних поживних речовин. На додаток до вуглецю і водню створення біо­добрив вимагає достатньої кількість азоту, сірки, фосфору, калію, кальцію та магнію і деякої кількості мікроелементів — заліза, марга­нцю, молібдену, цинку, кобальту, селену, вольфраму, нікелю та ін­ших. Звичайне органічне сировина — гній тварин — містить достатню кількість вищезазначених елементів.

Час зброджування. Оптимальний час зброджування залежить від дози завантаження реактора і температури процесу зброджу­вання. Якщо час зброджування вибрано занадто коротким, то при вивантаженні збродженої біомаси бактерії з реактора вимиваються швидше, ніж можуть розмножуватися, і процес ферментації прак­тично припинено. Занадто тривалий витримування сировини в реа­кторі не відповідає завданням отримання найбільшої кількості біо­газу та біодобрив за певний проміжок часу.

Час обороту реактора. При визначенні оптимальної тривалості зброджування користуються терміном «час обороту реактора». Час обороту реактора — це той час, протягом якого свіже сировину, за­вантажене в реактор, переробляється, і його вивантажують з реак­тора.

Для систем з безперервним завантаженням середній час збро­джування визначається відношенням об’єму реактора до щоденного обсягу завантаження сировини. На практиці час обороту реактора вибирають в залежності від температури зброджування і складу си­ровини в наступних інтервалах:

‘к псіхофільний температурний режим: від ЗО до 40 і більше діб;

к мезофільний температурний режим: від 10 до 20 діб;

г — термофільний температурний режим: від 5 до 10 діб.

Добова доза завантаження сировини. Добова доза завантажен­ня сировини визначається часом обороту реактора і збільшується зі збільшенням температури в реакторі. Якщо час обороту реактора становить 10 діб, то добова частка завантаження буде складати 1/10 від загального обсягу завантаження сировини. Якщо час обороту реактора становить 20 діб, то добова частка завантаження буде складати 1/20 від загального обсягу завантаження сировини. Для установок, що працюють в режимі термофільною, частка заванта­ження може скласти до 1/5 від загального обсягу завантаження реа­ктора.

Час переробки сировини. Вибір часу зброджування залежить також і від типу сировини, що переробляється. Для наступних видів сировини, що переробляється в умовах мезофільного температур­ного режиму, час, за який виділяється найбільша частина біогазу, дорівнює приблизно:

— рідкий гній ВРХ: 10… 15 днів;

— рідкий свинячий гній: 9… 12 днів;

— рідкий курячий послід: 10… 15 днів;

— гній, змішаний з рослинними відходами: 40… 80 днів.

Кислотно-лужний баланс. Метаноутворюючи бактерії краще

всього пристосовані для існування у нейтральних або злегка луж­них умовах. У процесі метанового бродіння другий етап виробниц­тва біогазу є фазою активної дії кислотних бактерій. У цей час рі­вень pH знижується, то є середовище стає більш кислим.

Однак при нормальному ході процесу життєдіяльність різних груп бактерій в реакторі проходить однаково ефективно і кислоти переробляються метановим бактеріями. Оптимальне значення pH коливається в залежності від сировини від 6,5 до 8,5 [2].

Виміряти рівень кислотно-лужного балансу можна за допомо­гою лакмусовим папери. Значення кислотно-лужного балансу бу­дуть відповідати кольору, купують папери при її зануренні в збро­джується сировину.

Співвідношення вмісту вуглецю і азоту. Одним з найбільш важливих факторів, що впливають на метанове бродіння, є співвід-

ношення вуглецю та азоту в переробляти сировину. Якщо співвід­ношення C/N надмірно велике, то брак азоту буде служити чинни­ком, що обмежує процес метанового бродіння. Якщо ж це співвід­ношення занадто мало, то утворюється така велика кількість аміа­ку, що він стає токсичним для бактерій.

Мікроорганізми потребують як в азоті, так і в вуглеці для асиміляції в їх клітинну структуру. Різні експерименти показали: вихід біогазу найбільший при рівні співвідношення вуглецю та азо­ту від 10 до 20, де оптимум коливається в залежності від типу сиро­вини. Для досягнення високої продукції біогазу практикується змі­шування сировини для досягнення оптимального співвідношення C/N.

Таблиця 5.1 — Вміст азоту і співвідношення вмісту вуглецю та азоту для органічних речовин [2, 210]_______________________________________

Біоферментуємий матеріал

Азот, %

Співвідношення вуглецю і азоту, C/N

Гній тварин

Крупна рогата худоба

1,7Д, 8

16,6…25

Курячий

3,7… 6,3

7,3… 9,65

Кінський

2,3

25

Свинячий

3,8

6,2… 12,5

Овечий

3,8

33

Відходи господарства

Фекалії

6…7,1

6…10

Кухонні відходи

1,9

28,60

Шкірки картоплі

1,5

25

Капуста

3,6

12,5

Помідори

3,3

12,5

Рослинні сухі відходи

Кукурудзяні качани

1,2

56,6

Солома зернових

1,0

49,9

Пшенична солома

0,5

100…150

Кукурудзяна солома

0,8

50

Вівсяна солома

ІД

50

Соя

1,3

33

Люцерна

2,8

16,6…17

Буряковий жом

г

о

со

r

о

140…150

Інше

Трава

4

12

Тирса

ОД

200… 500

Опале листя

1,0

50

Вибір вологості сировини. Безперешкодний обмін речовин в сировині є передумовою для високої активності бактерій. Це мож­ливо тільки в тому випадку, коли в’язкість сировини допускає віль­ний рух бактерій і газових бульбашок між рідиною і що містяться в ній твердими речовинами. У відходах сільськогосподарського ви­робництва є різні тверді частинки.

Тверді та сухі речовини в сировині. Тверді частки, наприклад, пісок, глина і інше обумовлюють утворення осаду. Більш легкі ма­теріали піднімаються на поверхню сировини і утворюють кірку. Це призводить до зменшення газоутворення. Тому рекомендується ре­тельно подрібнювати перед завантаженням у реактор рослинні за­лишки — солому, недоїдки та інше і прагнути до відсутності твердих речовин в сировині.

Вміст сухих речовин визначається вологістю гною. При воло­гості 70 % у сировині міститься ЗО % сухих речовин. Приблизні значення вологості гною і екскрементів (гній і сеча) для різних ви­дів тварин наводяться в таблиці 5.2.

Таблиця 5.2 — Кількість і вологість гною і екскрементів на одну тварину

[210]

Види

тварин

Середньодобове кількість гною, кг/доба

Вологість гною, %

Середньодобова

кількість

екскрементів,

г/доба

Вологість екскремен­тів, %

КРХ

36

65

55

86

Свині

4

65

86

Птах

0,16

75

0,16

75

Вологість сировини, який завантажується в реактор установки, повинна бути не менше 85 % у зимовий час і 92 % у літню пору ро­ку. Для досягнення правильної вологості сировини гній зазвичай розбавляють гарячою водою в кількості, що визначається за фор­мулою:

ОВ = Н-[(В2 — В1):(100 — В2)],

де Н — кількість завантажуваного гною,

В1 — первісна вологість гною,

В2 — необхідна вологість сировини,

ОВ — кількість води в літрах.

У таблиці 5.3 наводиться необхідну кількість води для розбав­лення 100 кг гною до 85 % і 92 % вологості.

Таблиця 5.3 — Кількість води для досягнення необхідної вологості на 100 кг гною [210]

Необхідна вологість, %

Кількість води при первинній вологості сировини, л

60%

65%

70%

75%

80%

85%

90%

85

166

133

100

67

33,5

92

400

337

275

213

150

87,5

25

Регулярне перемішування. Для ефективної роботи біогазової установки та підтримування стабільності процесу зброджування сировини всередині реактора необхідно періодичне перемішування. Головними цілями перемішування є:

> вивільнення виробленого біогазу;

‘г — перемішування свіжого субстрату і популяції бактерій (щеплення);

‘г запобігання формуванню кірки і осаду;

г — запобігання ділянок різної температури всередині реактора;

г — забезпечення рівномірного розподілу популяції бактерій;

‘к запобігання формування пустот і скупчень, що зменшують ефектив­ну площу реактора.

При виборі відповідного способу і методу перемішування по­трібно враховувати, що процес зброджування являє собою симбіоз між різними штамами бактерій, тобто бактерії одного виду можуть живити інший вигляд. Коли спільнота розбивається, процес ферме­нтації буде непродуктивним до того, як утворюється нове співтова­риство бактерій. Тому занадто часте або тривале і інтенсивне пере­мішування шкідливо. Рекомендується повільно перемішувати сиро­вину через кожні 4… 6 годин.

Інгібітори процесу. Органічна маса, яка зброджується, не по­винна містити речовин (антибіотики, розчинники і т. п.), які нега­тивно впливають на життєдіяльність мікроорганізмів. Не сприяють «роботі» мікроорганізмів і деякі неорганічні речовини, тому не мо­жна, наприклад, використовувати для розведення гною воду, що за­лишилася після прання білизни синтетичними миючими засобами.

Гній ВРХ — найбільш підходяще сировину для переробки в бі — огазових установках, так як метаноутворюючи бактерії вже міс­тяться в шлунку ВРХ. Однорідність гною ВРХ дозволяє рекомен­дувати його для використання в установках безперервного збро­джування.

Зазвичай свіжий гній змішують з водою і вибирають із нього неперетравлені солому для запобігання осаду і кірки. Сеча ВРХ значно збільшує кількість вироблюваного бі о газу дому рекоменду­ється будувати ферми з бетонною підлогою і прямим гідрозливом екскрементів в ємність для змішування сировини.

Свинячий гній. При вмісті свиней у загонах і стійлах без ви­мощеного покриття можна використовувати лише гній. Він пови­нен бути розведений водою для досягнення правильної консистен­ції для переробки. Це може привести до великих кількостей піску і дрібних камінців в реакторі, якщо не залишити розбавлене сирови­ну в ємності для змішування для того щоб пісок осел. Потрапляють в реактор пісок і земля скупчуються на дні реактора і повинні пері­одично вичищати. Так само, як і у випадку з гноєм ВРХ, рекомен­дується будувати ферми з бетонною підлогою і прямим зливом екс­крементів в ємність для змішування сировини, рисунок 5.13.

image114

Рисунок 5.13 — Утримання свиней на ВТК Запоріжсталь зі щілинною підлогою.

Овечий і козячий гній. Для овець і кіз, що містяться без ви­мощеного покриття, ситуація є схожою з описаною для свинячого гною. Тому що козяча ферма є практично єдиним місцем для збору

достатньої кількості гною, та й тільки за умови солом’яної підстил­ки, сировина для біогазової установки в основному являє собою суміш гною і соломи.

Більшість систем, переробних таку сировину, працює в режимі порціонної завантаження, при якому суміш гною, соломи і води за­вантажується без попередньої підготовки і залишається в реакторі на більш тривалий термін, ніж чистий гній.

Курячий послід. Для переробки курячого посліду рекоменду­ється кліткове утримання птахів або установка сідала над відповід­ною для збору посліду площею обмеженого розміру. У разі підло­гового утримання птахів частка піску, тирси, соломи в посліді буде занадто висока.

Потрібно враховувати можливі проблеми і проводити чистку реактора частіше, ніж при роботі з іншими видами сировини. Куря­чий послід добре поєднується з гноєм ВРХ і може перероблятися разом з ним. При використанні чистого пташиного посліду в якості сировини існує небезпека високої концентрації аміаку.

Фекалії. Якщо фекалії переробляються в біогазових установ­ках, туалети повинні бути влаштовані так, щоб фекалії змивалися малою кількістю води. Потрібно переконатися, що у туалет не по­трапляє вода з інших джерел, а кількість змивання води повинне бути обмежене 0,5… 1 літром води для запобігання надмірного роз­ведення сировини [210].

Вихід газу та утримання метану. Вихід газу зазвичай підрахо­вується в літрах або кубічних метрах на кілограм сухої речовини, що міститься в гною. У таблиці показані значення виходу біогазу на кілограм сухої речовини для різних видів сировини після 10.. .20 днів ферментації при мезофільной температурі.

Для визначення виходу біогазу зі свіжої сировини за допомо­гою таблиці спочатку потрібно визначити вологість свіжої сирови­ни. Для цього можна узяти кілограм свіжого гною, висушити його і зважити сухий залишок. Вологість гною у відсотках можна підра­хувати за формулою: (1 вага висушеного гною) х 100 %.

Таблиця 5.4 — Вихід біогазу та вміст у ньому метану при використанні різних типів сировини [210]

Тип сировини

Вихід газу, м7кг сухої речовини

Зміст метану, %

Гній тварин

Гній КРС

0,250… 0,340

65

Свинячий гній

0,340… 0,580

65…70

Пташиний послід

0,310… 0,620

60

Кінський гній

0,200… 0,300

56…60

Овечий гній

0,300… 0,620

70

Відходи господарства

Стічні води, фекалії

0,310… 0,740

70

Овочеві відходи

0,330… 0,500

50…70

Картоплиння

0,280… 0,490

60…75

Бурякове бадилля

0,400… 0,500

85

Рослинні сухі відходи

Пшенична солома

0,200… 0,300

50…60

Солома іржі

0,200… 0,300

59

Ячмінна солома

0,250… 0,300

59

Вівсяна солома

0,290… 0,310

59

Кукурудзяна солома

0,380… 0,460

59

Льон

0,360

59

Коноплі

0,360

59

Буряковий жом

0,165

Листя соняшнику

0,300

59

Конюшина

0,430… 0,490

Інше

Трава

0,280… 0,630

70

Листя дерев

0,210… 0,290

58

Підрахувати, яка кількість свіжого гною з певною вологістю буде відповідати 1 кг сухої речовини, можна наступним чином: від 100 віднімаємо значення вологості гною у відсотках, а потім ділимо 100 на це значення: 100:(100 % — вологість у %).

Приклад 1. Якщо ви визначили, що вологість використовува­ного як сировини гною ВРХ дорівнює 85 %, то 1 кілограм сухої ре­човини буде відповідати 100:(100-85)=близько 6,6 кілограма свіжо­го гною. Значить, з 6,6 кілограма свіжого гною ми отримуємо 0,250…0,320 м3 біогазу, азі кілограма свіжого гною ВРХ можна отримати в 6,6 рази менше: 0,037.. .0,048 м3 біогазу.

Приклад 2. Ви визначили вологість свинячого гною — 80 %, значить, 1 кілограм сухої речовини буде дорівнює 5 кілограмам свіжого свинячого гною. З таблиці ми знаємо, що 1 кілограм сухої речовини (або 5 кг свіжого свинячого гною) виділяє 0,340…0,580

з

м біогазу. Значить, 1 кілограм свіжого свинячого гною виділяє 0,068… 0,116 м3 біогазу.

Приблизні значення. Якщо відома вага добового свіжого гною, то добовий вихід біогазу буде приблизно такою:

1 тонна гною ВРХ — 40… 50 м3 біогазу;

з

1 тонна свинячого гною — 70… 80 м біогазу;

з

1 тонна пташиного посліду — 60…70 м біогазу. Потрібно па­м’ятати, що приблизні значення наводяться для готової сировини вологістю 85.. .92 %.

Вага біогазу. Питома вага біогазу становить 1,2 кг на 1 м, то­му при підрахунку кількості одержуваних добрив необхідно вичи­тати його з кількості сировини, що переробляється [210].

Для середньодобової завантаження 55 кг сировини і денному вихід біогазу 2,2.. .2,7 м на голову ВРХ маса сировини зменшиться на 4…5 % в процесі переробки його в біогазовоїустановки.

Проблема корок. Якщо спостерігається високий обсяг газу, але він недостатньо горючий, це часто означає, що на поверхні си­ровини в реакторі утворилася піна або кірка. Якщо тиск газу зовсім низька, це теж може означати, що утворилася кірка, що блокує га­зову трубу. Необхідно видаляти кірку з поверхні сировини в реак­торі.

Видалення кірки. Особливістю кірки, яка утворюється на по­верхні сировини в реакторі біогазової установки, є те, що вона не ламка, але тягуча і може стати дуже твердої протягом короткого періоду часу. Для її руйнування потрібно підтримувати її в зволо­женому стані. Тобто кірку можна полити зверху водою або опусти­ти в сировині.

Сортування сировини. Солома, трава, стебла трави і навіть просто Підсохлий гній спливають на поверхню сировини, а сухі й мінеральні речовини осідають на дні реактора і з часом можуть за­крити отвір для розвантажування, або зменшити робочу площу реа­ктора. При правильно підготовленому сировину з не дуже високим вмістом води такої проблеми не виникає.

Готова сировина. При використанні свіжого гною ВРХ не ви­никає проблеми кірки. Проблеми виникають у разі, коли в сировині присутні тверді і не розкладені органічні речовини. Перед будівни­цтвом установки необхідно перевірити корм для тварин та гній на можливість переробки в реакторі. Може виявитися необхідним ре­тельне подрібнення корму, і в такому випадку краще заздалегідь розрахувати додаткові витрати. Проблема змісту твердих часток в сировині набагато серйозніше для свинячого гною та пташиного посліду. Пісок, скльовує курми, і потрапляння пір’я у послід роб­лять його важким сировиною.

Оставить комментарий