Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Рациональное использование отходов сельскохозяйственного производства — большая и важная проблема современности. Она связана, с одной стороны, с возможностью использования огром­ного энергетического потенциала биомассы для получения жидкого и газообразного топлива (биогаза), с другой — с необходимостью предотвратить загрязнение водоемов, заражение почвы болезне­творными бактериями и гельминтами, содержащимися в навозных стоках животноводческих ферм. Оба эти аспекта стали объектом исследований и экспериментов как в зарубежных странах, так и в Советском Союзе; с каждым годом растет число действующих биогазовых установок, в особенности в странах с теплым и жарким климатом. В книге обобщен опыт исследований и эксплуатации био­газовых установок за последние 20 лет в ФРГ и других странах. Авторы охватывают важнейшие проблемы, связанные с теорией метанового брожения, технологическими приемами получения био­газа и его использования. Определенный интерес представляет ме­тодика оценки экономичности биогазовых установок в условиях сельскохозяйственных предприятий с учетом комплексного исполь­зования биогаза для энергетических целей и удобрений в поле­водстве.

Иллюстраций 36, таблиц 35, список литературы—150 названий.

Рекомендована к изданию Всесоюзным научно-иссле­довательским институтом электрификации сельского хо­зяйства

Последняя треть XX века характеризуется невиданными темпами роста производительных сил в большинстве стран мира, что привело к резкому увеличению потреб­ления всех видов энергии, в особенности заключенной в ископаемом топливе — угле, нефти и природном газе. В результате этого в ряде стран стала ощущаться не­хватка традиционных видов топлива, главным образом такого универсального и удобного, как нефть. Энергети­ческий кризис, захвативший многие капиталистические государства, вызвал огромный рост цены на нефть, пре­вышающей в настоящее время 200 долл, за тонну. Соз­давшаяся ситуация усилила стремление поставить на службу человеку так называемые нетрадиционные ис­точники энергии — солнечную, ветровую, геотермаль­ную.

Хотя солнечная энергия представляет собой практи­чески неисчерпаемый источник и могла бы удовлетво­рить энергетические потребности всего населения земли на многие века, ее непосредственное применение связано с большими трудностями.

Другой путь — сегодня более перспективный — ис­пользовать солнечную энергию, запасенную в биомассе в результате фотосинтезной деятельности растений, для получения жидкого и газообразного топлива. Этому пути уделяется сейчас большое внимание как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах. Доля био­массы в энергопотреблении разных стран колеблется в широких пределах. Если в США, например, она еще совсем невелика (—■ 2,5%), то в некоторых развиваю­щихся странах биомасса служит основным источником энергии для отопления жилищ и приготовления пищи.

Наиболее распространенный способ получения энергии из биомассы — анаэробное (без доступа кислорода) сбраживание отходов сельскохозяйственного производ­ства. Получающиеся в результате этого процесса про­дукты— биогаз и перебродившая полужидкая масса — представляют собой большую ценность как газообразное топливо и органическое удобрение.»

Не менее важная сторона применения бпогазовых установок — предотвращение загрязнения воздушного и водного бассейнов, почвы и посевов благодаря утилизации и дезодорации навозных стоков крупных животноводче­ских ферм и комплексов, получению обеззараженных высокоэффективных органических удобрений.

Все это объясняет большой интерес, проявляемый советской наукой к проблемам метанового сбраживания навозных стоков и других органических отходов. В СССР научно-исследовательские и экспериментальные работы по этой теме велись в таких научных учрежде­ниях, как ГрузНИИМЭСХ, Институт физики АН Мол­давской ССР, в Запорожском филиале ВИЭСХа и др. Так, на острове Хортица учеными и специалистами За­порожского филиала ВИЭСХа (ныне ЦНИПТИМЭЖ) еще в 1959 г. была сооружена биогазовая установка, рассчитанная на переработку навоза от 150 коров и 20 свиноматок с поросятами. Помимо самой установки, в которую входили бродильные камеры, газгольдер и хранилище для перебродившей массы (шлама), были построены насосная станция для перекачки шлама на поля и электростанция, работающая на биогазе. Десяти­летняя эксплуатация установки, включавшая в себя эк­сперименты по подбору наилучшего состава биомассы и оптимальных режимов брожения, необходимых для по­лучения биогаза, по обеззараживанию навоза, изучению удобрительных свойств получаемого шлама, дала поло­жительные результаты и послужила основой для разра­ботки ряда проектов биогазовых установок для ферм и комплексов с различным поголовьем скота.

Необходимость в развитии нетрадиционных источни­ков энергии, создании новых энергосберегающих техноло­гий, подчеркнутая в решениях XXVI съезда КПСС, проблема обеззараживания и утилизации огромных масс навозных стоков животноводческих ферм и комплексов, имеющая важнейшее природоохранное значение, требу­ют усиления внимания к современным способам перера —

боткп органических отходов. С этой точки зрения пред­лагаемая читателю книга западногерманских ученых, обобщающая опыт исследований и эксплуатации биогазо — вых установок в ФРГ и других западных странах за два последних десятилетия, может принести немалую пользу советским специалистам, работающим в данной облас­ти. Кроме основ теории метанового брожения, техноло­гических приемов получения биогаза и его использования в сельском хозяйстве, книга содержит экономический анализ производства биогаза и эксплуатации биогазовых установок. Хотя данные этого анализа относятся к усло­виям частных предприятий и, естественно, не могут не­посредственно быть использованы в нашей практике, методика расчетов и некоторые относительные показа­тели представляют определенный интерес, так как рен­табельность эксплуатации биогазовых установок — мно­госторонняя проблема, имеющая определяющее значение при решении вопроса о сооружении таких установок в условиях конкретных регионов нашей страны.

В списке литературы по тематике книги приводится 150 названий работ авторов из ФРГ и других западных стран за период, оканчивающийся 1977 г. Читателям, интересующимся этой проблемой, рекомендуем обра­титься к следующим статьям советских ученых и специ­алистов, опубликованным в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства»: П. Н. Листов, Л. Г. Прищеп и П. А. Кучер «Эффективное использова­ние навоза в сельском хозяйстве» — № 1 за 1976 г., с. 21; А. Н. Хитров «Сельскохозяйственная биомасса как ис­точник энергии» — № 4 за 1980 г., с. 57; И. Г. Васильева «Энергетический потенциал отходов сельскохозяйствен­ного производства» — № 7 за 1981 г., с. 57. Кроме того, в последнем из перечисленных номеров журнала приво­дится аннотированный список зарубежной литературы по биогазу и биогазовым установкам, опубликованной в

1979.. . 1980 гг.

М. И. Серебряный

Уже в 1947 г. в ФРГ началась интенсивная исследова­тельская работа в области метанового сбраживания ор­ганических отходов сельскохозяйственного производства. Используя фундаментальные труды немецких и зару­бежных ученых по микробиологии метанового брожения, целенаправленные лабораторные исследования и опыт эксплуатации многочисленных экспериментальных уста­новок разных систем, построенных за короткий срок, уда­лось получить необходимые сведения о протекании про­цесса, условиях его эффективности и, исходя из этого, важные данные для определения параметров и констру­ирования биогазовых установок. Кураториум по технике и строительству в сельском хозяйстве ФРГ (KTBL) активно поддерживал все эти начинания и обеспечивал необходимую базу для научной работы. Однако благо­приятная конъюнктура отпускных цен на энергию в кон­це 50-х годов привела не только к прекращению актив­ных исследований и практических разработок в рас­сматриваемой области, но и к «замораживанию» почти всех биогазовых установок. Лишь одна установка из действовавших в тот период еще находится в эксплуата­ции.

Новые стимулы к решению упомянутой проблемы появились в течение последних четырех лет в связи с развитием мировой экономики в сферах энергетики, сырья и охраны окружающей среды. В открытой дискус­сии о возможностях получения энергии из источников, которые до сих пор совсем не использовались или ис­пользовались лишь в незначительной мере, биогазу ста­ло придаваться большое значение. Значимость его уве­личилась еще и потому, что на основе данных о годовом объеме сельскохозяйственных органических отходов бы-

ли сделаны весьма оптимистические прогнозы о количе­стве энергии, которое можно получить из этих отходов, превращая их в биогаз. Однако при этом недостаточно учитывали то обстоятельство, что эти отходы различа­ются между собой не только по виду, составу и состоя­нию, чем оказывают очень сильное влияние на выход газа, но и (в особенности отходы растениеводства) то, что они поступают в различное время из разных мест и большей частью с неодинаковыми качественными и ко­личественными характеристиками.

На затраты труда и денежных средств, которые не­обходимы, чтобы превратить органические отходы в суб­страт для получения газа биологическим способом, об­ращали так же мало внимания, как и на повышенные затраты, связанные с иссяканием содержащегося в этих отходах энергетического потенциала.

Промежуточный баланс, подведенный на совещании Кураториума 10 марта 1974 г., вновь указал на узкие границы, в пределах которых и в наши дни возможно экономичное использование биогазового метода в сель­ском хозяйстве ФРГ. Наше исследование дополняет и подкрепляет полученные к тому времени выводы. С уче­том уровня научных данных, имевшихся в немецкой и зарубежной специальной литературе, в первой части книги даны рекомендации по технологии упомянутого метода, в особенности в отношении факторов и взаимо­связей, характеризующих процесс получения газа, и по определяемым ими предпосылкам для выработки био­газа из растительных остатков и отходов сельскохозяйст­венного производства. Во второй части приведены дан­ные о возможностях использования биогаза в сельском хозяйстве и связанные с этим технические и экономиче­ские вопросы производства. Материалы публикуемого обзора должны облегчить оценку биогазового метода в его различных вариантах как средства для утилизации растительных отходов, благоприятного с точки зрения защиты окружающей среды, а также как источника энергии, позволяющего экономить затраты энергоноси­телей, которые поступают в сельскохозяйственное про­изводство извне.

Исследование представляет собой результат совмест­ной работы Научно-исследовательского института по сельскохозяйственным машинам Федерального центра сельскохозяйственных исследований, Брауншвейг-Фёль —

кенроде (в технологической области, ч. I) п KTBL, Дармштадт (в производственно-технической и экономиче­ской областях, ч. II). Авторы приносят большую благо­дарность г-ну д-ру Титьену из Научно-исследователь­ского института растениеводства и семеноводства Феде­рального центра сельскохозяйственных исследований и г-ну д-ру Лоллю из Института водоснабжения, утили­зации сточных вод и землеустройства Технического университета Дармштадт за критический разбор рукопи­си и многочисленные ценные указания.

Упомянутые или рассмотренные в данной работе литературные источники представляют собой лишь часть немецких и зарубежных публикаций на эту тему. Однако от исчерпывающего указателя литературы по биогазовой технологии мы отказались, поскольку он должен вскоре быть выпущен документационным центром «Сельскохо­зяйственная техника».

Председатель рабочей комиссии KTBL «Сельскохозяйственная техника и защита окружающей среды» проф. д-р-инж. В. Баадер Апрель 1978 г.

ВВЕДЕНИЕ

К органическим остаткам и отходам сельскохозяй­ственного производства относятся главным образом эк­скременты животных и растительные материалы, в осо­бенности солома, а также свекольная и картофельная ботва и другие растительные остатки, если они не ис­пользуются непосредственно в качестве корма. Содер­жащиеся в этих органических материалах компоненты в большинстве случаев могут быть вновь использованы как растительные удобрения, что позволит таким обра­зом заменять минеральные удобрения, требующие боль­ших затрат энергии и средств. Благодаря относительно высокой теплоте сгорания (табл. 1) эти материалы об­ладают также энергетическим потенциалом, который может быть использован различными способами. Один из них — производство газа (биогаза) с высоким содер­жанием энергии путем анаэробного сбраживания.

Данные о ежегодном количестве экскрементов жи­вотных, получаемом в сельском хозяйстве ФРГ, приво-

Таблица 1. Теплота сгорания различных органических материалов и видов топлива Органические отходы Доля органической массы в общей массе сухого вещества, % Теплота сгорания Q,,, н МДж на 1 кг сухого вещества Отходы растительного происхождения Экскременты крупного 95…98 їв. .19 рогатого скота 77 18. .19 Экскременты свиней 80 18. .19 >, кур 77 14. .16

Вид топлива	Источник получения	Теплота сгорания Q^, МДж/ма
Биогаэ	Экскременты живот­ных с добавлением растительных остат-	20…25
	ков или без них
Генераторный газ	Дерево, солома	5…7
Пиролизный газ	Экскременты живот-	18…20
ных
Светильный газ		18…20
Природный газ		33…38
Метан		36
Пропан (газообразный) Дизельное топливо, ко­тельное топливо, бен-		93
ЗИН		41…45 МДж/кг
Пропан (сжиженный)		46
Каменный уголь		30…33
Дрова		14…19 .,

Таблица 2. Поголовье животных, выход и состав экскрементов (ФРГ, 1975 г.)

Вид ЖИВОТНЫХ	Поголовье*	Выход экскремен­тов** *** и мочи
млн.	МЛН. уел. гол. скота	кг в сутки па 1 уел. гол.	МІН. т за год
Крупный рогатый скот Свиньи Куры	14,493 19,805 88,705	10,014 2,205 0,365	45 37 — • 50	164,48 29,78 6.65
Продолжение
Вид животных	Процентное содержание во влажной массе ** ***
сухого вещества	органичес­ких ве­ществ	азота	фосфора <р*0Л
Крупный рогатый скот Свиньи Куры	11,0 8,5 22,0	9.0 6,5 17.0	0,5 0,8 1,3	0,2 0,4 1,0

* По [П6|. ** По [9J. *** Для дойных коров, откармливаемых свиней, кур-несушек.

Таблица 3. Производство важнейших видов продукции растениеводства и количество соответствующих им отходов в ФРГ за 1975 г., тыс. т [146] Продукт Выход Количество отходов всего в том числе скормлено соломы ботвы соломы ботвы Пшеница Рожь Ячмень Смешанное зерно Овес Кукуруза Картофель Сахарная свекла Кормовая свекла 7 014 2 125 6 971 1067 3 445 531 10 853 18 203 23 051 11 433 3 974 8 853 1440 5 030 797 4 341 13 652 6 224 3 830 8 990 4050

дятся в таблице 2, о количестве важнейших остатков и отходов растениеводства — в таблице 3,

Биологическое разложение преимущественно органи­ческих соединений, а также части легколетучих и резко­пахнущих веществ, содержащихся прежде всего в све­жих экскрементах животных, приводит к выделению га­зов и образованию запаха. Неорганические элементы в зависимости от их вида, состава, сроков и места поступ­ления могут вызвать неблагоприятные последствия, например снижение урожайности и качества продукции растениеводства или загрязнение вод. Кроме того, на­личие в отходах возбудителей болезней представляет собой потенциальную опасность для людей и животных.

Таким образом, подход к проблеме переработки от­ходов сельскохозяйственного производства должен бази­роваться прежде всего на требованиях защиты окружа­ющей среды, куда входят:

— устранение эмиссии неприятных запахов при получе­нии и хранении отходов;

— предотвращение контаминации продукции, зараже­ния людей и животных возбудителями болезней;

— предотвращение перегрузки почвы, воды и растений вредными веществами.

При этом применение анаэробных методов сулит до­полнительные преимущества с точки зрения производст­ва сельскохозяйственной продукции и экономии энергии,

так как при известных условиях позволяет экономить покупные удобрения благодаря использованию удобри­тельных свойств продуктов сбраживания, а также пер­вичную энергию путем реализации энергетического по­тенциала растительных отходов.

Те или иные цели процесса переработки отходов, оп­ределяемые требованиями охраны окружающей среды, могут быть достигнуты в результате использования как аэробного, так и анаэробного способа брожения. Реша­ющие факторы при выборе конкретного способа:

—■ первоначальные и эксплуатационные расходы;

— надежность в эксплуатации;

— требования к техническому обслуживанию и эксплу­атации;

— эффективность использования получаемой продук­ции.

Если исходный материал находится в жидком сос­тоянии, то анаэробный способ брожения предпочтитель­нее в смысле эксплуатационных расходов, поскольку потребность в энергии для отдельных этапов процесса (например, подогрева) может быть покрыта за счет по­лученного газа и при соответствующем ведении процесса возможно дополнительное снижение затрат благодаря полезному использованию избыточного количества газа. Еще одним преимуществом анаэробного сбраживания можно считать повышенное содержание азота в конеч­ном субстрате, что важно для питания растений (при аэробном сбраживании потери азота достигают 40%), Таким образом, для сельскохозяйственного произ­водства анаэробный способ представляет собой альтер­нативу аэробному, поскольку первый связан с относи­тельно малыми затратами энергии и небольшими поте­рями азота.

В каком объеме и с какими затратами можно полу­чить при этом из излишков газа дополнительную полез­ную энергию для сельскохозяйственного производства или даже для сторонних потребителей, зависит от большого числа технологических, производственно-технических и экономических факторов.

Комментарии запрещены.