Биогаз түзілу технологиясының басты кезеңдері

Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 61 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік педагогикалық университеті

Төлепберген Дания Асылханқызы

Оңтүстік өңірде өндірілетін биогаз технологиясымен микрофлорасының жергілікті штамдарын зерттеу

ДИПЛОМДЫҚ ЖҰМЫС

Мамандығы 5В011300 - «Биология»

Шымкент 2020

Қазақстан Республикасы Білім және ғылым министрлігі

Оңтүстік Қазақстан мемлекеттік педагогикалық университеті

« Қорғауға жіберілген »

Биология кафедра меңгерушісі

Н. М. Байсейтова

«»2020 жыл

Оңтүстік өңірде өндірілетін биогаз технологиясымен микрофлорасының жергілікті штамдарын зерттеу

Дипломдық жұмыс

Мамандығы 5В011300-«Биология»

Орындаған Д. А. Төлепберген, 113-16а тобы

Ғылыми жетекшісі

б. ғ. к., доцент Э. Б. Жаппарбергенова

Норма бақылаушы Ж. Әль-Фарабиқызы

Шымкент 2020

МАЗМҰНЫ

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: АНЫҚТАМАЛАР

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: КІРІСПЕ

: 7

: 1

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: БИОМЕТАНОГЕНДІ ӨНДІРІС НЕГІЗДЕРІ

: 10

: 1. 1

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биометаногенезді жүргізетін заманауи технологиялар

: 10

: 1. 2

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Метанның анаэробты биоконверсиясы

: 12

: 1. 3

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биометаногенез процесінің технологиялық кезеңдері

: 27

: 1. 4

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биогаз өндірісіне әсер ететін факторлар

: 40

: 1. 5

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биометаногенездің негізгі кезеңдері

: 45

: 2

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: БИОМЕТАНОГЕНДІ МИКРООРГАНИЗМДЕР АССОЦИАЦИЯСЫНЫҢ ЖЕРГІЛІКТІ ШТАМДАРЫ

: 51

: 2. 1

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биогазға арналған шикізаттар

: 51

: 2. 2

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биометаногенез процессін жергілікті шикізат негізінде алу технологиясының нәтижелері

: 54

: 2. 3

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Бактериологиялық бақылау әдістері. Қоректік орта даярлау

: 57

: 2. 4

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Биометаногенді микрофлораның культуральды белгілерін анықтау

: 62

: 2. 5

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Метаногенді микрофлораның жергілікті штамдарын бактериологиялық тәсілдер арқылы зерттеу

: 66

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Тұжырым

: 67

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Қорытынды

: 69

НОРМАТИВТІК СІЛТЕМЕЛЕР: Пайдаланған әдебиеттер тізімі

: 71

АНЫҚТАМАЛАР

Бұл магистрлік диссертацияда келесі терминдер сәйкес анықтамаларымен пайдаланылған:

Ашытқы саңырауқұлақтары - бір клеткалы қозғалмайтын және бактериялардан шамамен алғанда он еседен ірі микроорганизмдер.

Ферментер - организмдегі жүретін биологиялық реакцияларды тездетуші биологиялық катализаторлар.

Аэрация - микроорганизмді оттегімен культивирлеу.

Ашыту - микроорганизмдер және ферменттің көмегімен қоректік ортаның заттарын жаңа заттарға айналдыратын күрделі биохимиялық процесс.

Сахаромицеттер - бұларға мәдени ашытқы саңырауқұлақтар жатады. Олар бүршіктену және споралар түзу арқылы көбейеді.

Катализатор - химиялық реакцияны жылдамдата отырып, өзгеріске ұшырамайтын заттарды айтамыз.

Ферменттік активтілік -белгілі фермент бөлшегінің көмегімен нақты уақыт ішінде алынған субстрат шамасы.

Флавиндік дегидрогеназа - сутегі атомын бөліп алу жолымен субстратты тотықтырады.

Амилаза - спирт, сыра, шарап, нан, кондитер заттарын алуда қолданылады.

Пектиназа - шарапты түссіздендіруде, жеміс секторын түссіздендіруде қолданады.

Микробты протеза - сыра қайнатуда, қамырдың жетілуін тездетуде, ет сапасын жақсартуда қолданылады.

Өсу стимуляторы - микроорганизмнің аз концентрациясында өсудің физиологиялық және биохимиялық қасиеті.

Агар-агар-микроорганизмдерді өсіруге арналған қоректік орта.

БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР

Нм-нанометр

мкм -микрометр

Л - литр ;

Кг-килограмм ;

Г-грамм ;

Сағ - сағат ;

Мин - минут ;

Т - тонна ;

М - метр ;

Мкм - микрометр ;

См - сантиметр ;

Па - Паскаль ;

МПа - мега Паскаль ;

Тн - тенге ;

% - пайыздық үлес ;

0С - градус Цельсия ;

Вт - Ватт;

кВт - киловат;

ТМД - Тәуелсіз мемлекеттер достығы

БТ - Биотехнология

МБ - Микробиология

М. О - Микроорганизм

ФАД -

ТПФ - Тиминпрофасфат

ТДФ - Тиминдифосфат

НАД - Никотинамиднуклеотид

НАДФ -

КО - Кофермент

ФМН - Флавинмононуклеотид

ПКО - Пиридоксиндік кофермент

г - грамм, масса өлшемі

%-пайыз

тәу-тәулік

АБК - Азықтық витаминді концентрат

КС - культуральды сұйықтық

мм - милиметр

м3 - метр куб

с- секунд

p - тығыздық

V- көлем

ГОСТ-мемлекеттік стандарттар жүйесі

БТ - биотехнология

КІРІСПЕ

Тақырыптың өзектілігі . Қазақстан Республикасы өткізген «ЭКСПО -2017» тақырыбы қазіргі бүкіл әлем алдындағы тұрған жаңа альтернативті энергия іздестіру мәслесіне арналып, адамзат алдында арзан әрі, тиіміді, қоршаған ортаға залал әкелмейтің әрі қайта қалпына келіп, толықтырылып отыратын қуат көзін іздестіруіөзекті мәселе болып келетінің айқындады.

Осыған орай, альтернативті энергия, оның ішінде қалдықтарды биоконверсиялайтын мәселелер біздің елемізде нарық жағдайында қолға алынып кележатыр.

Қазақ халқы дәстүрлі мал шаруашылығында негізділген тұрмыс-тіршілігі бар ел болып саналады.

Сол себептенде, ауылшаруашылық қалдықтарды метаногенез барысында биоконверсиялау тиіміді және елдің менталитетіне жақын болып келетің процесс.

Соңғы жылдары Республиканың фермерлік қожалықтарында биогаз өндірісіне бет бұрылып, шаруалықтар арасында қызығушылық байқалып келеді.

Нәтижесінде отандық және шетелдік корпорациялар түрлі биогазды қондырғыларды ұсынып, жекемеңшік қожылықтармен қатар бұл салаға көптеген коммуналды қожалықтар, су тазартқыш жүйелермен үлкен көлемді зауыттар дамытып келеді.

Энергетикалық шаруашылықтың алдынғы орталықтары да бұл саламен айналасуды бастап, биогазды құрылыстардың сапалы әрі тиімді құрылыстарын жасауда.

Мәселен, көптеген азық-түлік өндірістер мен үлкен көлемді тамақтандыру орталықтары, ресторандар үшін тағамдық қалдықтарды өңдеп, утилизация барысында арзан қуат көзін алу, қоршаған ортаны зиян қоқыстардан қорғау, тыңайтқыштыр алу аса маңызды және қосымша табыс әкелетің бағыт болып келеді.

Диплом жұмысының практикалық мыңызы.

Қуат көзін тиімді пайдаланумен бағасын қол жетімді деңгейде сақтау, қоршаған ортаның тазалығын ескеру мен қорғау мәселесін шешуде биогаз технологиясы салмақты үлес қосып, қарқынды дамып келеді.

Сол себептенде, биогаз өңдірістің ережелерін орындаумен ескеру - маңызды іс шарап деп ескеріледі.

Энергия көзі болып табылатын биометаногенез технологиясы тәсілдердің «Жасыл Әлем» бағытындағы инновациялық технологиялардың бір түрі болып келіп, қауіпсіз өңдіріске жатады.

Осыған орай, біздің зертеуіміз Оңтүстік Қазақстан топырағында биометаногенез процесін жүргізетің микроорганизмдерді микробиологиялық зерттеуге арналып, тәжірибелер өткізіліді.

Биометаногенді технологиялар соңғы жылдықта аса қарқынды дамып, көптеген елдерде кең қолданыста келеді. Әсіресе, фермерлік қожалықтар биогазды қондырғыларды құрып, табыстың жаңа көзін, әрі арзан электрэнергия табу жолына көшуде [1] .

Диплом жұмысының мақсаты. Дипломдық жұмысты орындау барысында келесі мақсат қойылды: Қазақстанның оңтүстігінде өндірілетін биогаз жасау технологиясын менгере келе, биометаногендік микрофлораның жергілікті штамдарын зерттеу. Сонымен бірге, биомассадан алынған биометаногенді микробты ассоциациялардың жергілікті штамдарын микробиологиялық зерттеу, дақылдық және морфоцитологиялық белгілерін анықтау, туысқа дейін штаммдардың идентификациясын жүргізу.

Сонымен бірге, тәжірибе барысында биометаногенді технологияның қондырғысы - метанотенкте микрофлораның ауысу динамикасын салыстырмалы зерттеу.

Диплом жұмысының міндеттері

Тәжірибелік жұмыстарды орындау барысында келесі міндеттер қойылды:

1) Тәжірибелік метанотенк үлгісінде жергілікті жылқы мен сиыр тезегінің биомассасын ферменттеу;

2) Биометаногенді ассоциациялардың сынамасын төрт тәулік сайын зерттеп, популяциялық өзгерістердің динамикасын анықтау;

3) Сынамалық үлгілерді зертхана жағдайында, агар-агар қоректік ортада дақылдандыру;

4) Микробты ассоциацияларды бактериологиялық термостат жағдайында өсіріп, элективті жағдайлар жасау: температура 30-32 ⁰ С, ылғалдылық 55-57%, екі тәуліктік экспозиция;

5) Сынамалық дақылдар популяциялардың дақылдық белгілерін анықтау;

6) Тәжірибелік үлгілерді микробиологиялық зерттеу: микропрепараттар әзірлеу, микроскопиялау, микрофототүсіру;

7) Тәжірибелік зерттеу нәтижелерін талқылау, тұжырымдау.

Диплом жұмысының ғылыми жаңалығы. Зерттеу объектісі ретінде Түркістан облысының территориясындағы түрлі органикалық биомасса негізінде мекең ететің биометаногенді микробты ассоциациялар зерттелініп, алғаш рет жергілікті штамдары бөліп алынды, бактериологиялық зертхана жағдайында дақылданып, дақылдық белгілері сарапталды.

Диплом жұмысының объектілері мен әдістері: Зерттеу объектісі ретінде Түркістан облысының территориясындағы жылқы мен сиырдың көктемгі органикалық биомассасы зерттелінді.

Зерттеу әдістері келесі болып келді:

1) Тәжірибелік метанотенк үлгісінде жергілікті жылқы мен сиыр тезегінің биомассасын ферменттеу технологиясы;

2) Биометаногенді ассоциациядағы өзгерістердің динамикасын өлшеп, талдау тәсілі;

3) Колониялардың дақылдық белгілерін зерттеу арқылы биометаногенезді бактериялардың жергілікті штамдарын бөліп алу әдісі;

4) бактериологиялық идентификация жұмыстарын төменде берілген микробиологиялық жолдарымен анықтау: қоректік ортаға сынаманы инокуляттау, элективті жағдайда дақылдау, дақылдық белгілерін сараптау тәсілі, микроскопиялық зерттеу мақсатында «Тірі», «Қақталағн», «Романовский-Гимзе» микропрепараттарын дайындап, микроскопиялау, салыстырмалы сараптау.

Микропрепараттар мен дақылдық популяцияларды микрофототүсірілім тәсілімен түсіру.

Диплом жұмысы 60 бетке толық копьютерлік текстпен теріліп, 4 кесте, 14 суреттен енгізілген және жұмыс кіріспе, негізгі бөлім мен қорытындыдан тұрады.

МЕТАНОГЕНЕЗ ҮДЕРІСІНІҢ НЕГІЗІ

Метаногенез үдерісінің дәстүрлі және жаңа технологиялары

Көптеген елдерде биотехнология ауыл шаруашылығының, медицинаның, экологияның, ұлттық қауіпсіздіктің дәстүрлі мәселелерін айтарлықтай дәрежеде шешуге бағытталған, ғылымдағы ең перспективалы бағыттардың бірі ретінде қарастырыла бастады.

Ғылым қажет ететін ДНК-технологияларды игеру аштық пен ауруларға қарсы күрес проблемаларын шешуде, шаруашылық аумақтардың экологиялық жағдайын жақсарту үшін жаңа мүмкіндіктер ашады.

Жаңа сорттардың өнімділігін арттыру үшін және тамақ өнімдерінің сапасы мен экологиялық қауіпсіздігін жақсартуда, өндірісті ұйымдастырудың зиянсыз ресурстарды үнемдейтін жаңа әдістерін әзірлеу және енгізуде биотехнологияның үлесі зор.

Республиканың ішкі нарығында қазіргі таңда келесі мәселелер өзекті болып табылады:

1) жануарлардың ауруларын алдын алу мен биологиялық құралдарымен емдеу,

2) жемдерді сүрлемдеуге арналған биопрепараттар құрастыру,

3) ауыл шаруашылығы дақылдарын қорғау құралдарымен, битыңайтқыштар жасау,

4) қоршаған ортаны қорғауға арналған ферменттік препараттарды толықтыру,

5) өнімділікті айтарлықтай арттыру,

6) аурулар, зиянкестер және арамшөптермен күресу шығындарының азайту,

6) экономикалық, әлеуметтік және экологиялық әсерге ие улы химикаттармен ластанған жерлерді тазарту,

7) биологиялық белсенді заттар мен жоғары сапалы өнімдерді өндіру үшін генетикалық түрленген жасушаларды және жоғары өнімді штамдарды құру, оларды пайдаланудың принциптері,

8) жануарлардың өнімділігін және олардан алынған өнімнің сапасын биотехнологиялық әдістермен арттыру және «in vitro» селекциясының негізгі принциптер негізінде бастапқы генетикалық материалдарын жасау, бағалау және іріктеу,

9) «In vitro» жағдайында жануарлардың генетикалық әртүрлілігін жаңадан құрастыру,

10) жануарлар селекциясындағы «in vitro» технологиясын пайдалану заңдылықтары мен ерекшелігі негізіндегі әдістерді жетілдіру және қолдану мүмкіндіктерін қарастыру [2] .

Өсімдік шаруашылығы жалпы өнімнің жартысына жуығын - ауылшаруашылық өсімдіктері, сабан мен пәлек құрайды. Ауыл шаруашылық өндірісте көң көп мөлшерде органикалық қалдықтан тұрады.

Сабанның жартысына жуығы және пәлектің 30% -дан аспайтын бөлігі мал азығы үшін қолданылады.

Сабан мен пәлектің қалған бөлігі іс жүзінде қолданылмайды, өрістерде немесе уақытша сақтау орындарында шіріп кетеді немесе өртеледі.

Көннің шамамен 70% тыңайтқыш үшін пайдаланылады, қалғаны жыралар, орман алқабтарына, суағарларға түсіп, қоршаған ортаны ластайды.

Органикалық қалдықтарды пайдаланудағы негізгі міндеті - оның құнарлылығын арттыру үшін топыраққа енгізу болып табылады.

Сонымен бірге, биотехнологтар мен инженерлер олардың биогазға айналуын биоконверсия жолдары арқылы ұсынды.

Биоконверсия - органикалық қалдықтардан шыққан биогазды (метанды) өндіру, яғни көң бойындағы энергияны ферменттеу нәтижесінде газды формадағы энергияға айырбастау технолгиясы.

Бір тонна құрғақ заттың көңінен 400 м ³ биометан алып, биоконверсиялық қондырылғыларды пайдаланады.

Әрбір текше метр метан жану кезінде 8 000 МДж энергиясын беру мен бірге, биоконверсиядан кейін қалған органикалық қалдықтардың құрамында көміртек, фосфор, калий, кальций, микроэлементтерді органикалық тыңайтқыш ретінде қолданады.

Көң мен басқа да органикалық қалдықтардың биоконверсиясы үнемі жаңартылатын энергия көзі бола алады және ауыл шаруашылығында тұтынылатын жалпы энергияның 5% -ын қамтамасыз етеді.

90-шы жылдардың аяғында Қазақстан Республикасында агроөнеркәсіп кешенінің өнімдерінің негізгі түрлерін өндіру үшін энергияны тұтыну 3-4 есе жоғары болатын.

Мәселен, АҚШ, Ұлыбритания, Бельгия, Нидерланды елдерінде салыстырмалы өте жоғарғы көрсеткішке ие болып келеді [3, 4] .

Сондықтан аграрлық сектордың экономикасы энергия үнемдейтін негізге көшіру жұмыстарын бастап келеді.

Энергия үнемдеу мен биоконверсиялау принциптерін Қазақстан Республикасының Энергетика Министрлігі жанынан құрылған (2003 жыл) мемлекеттік комиссиясы мемлекеттік саясат деңгейіне көтеріп, көпшіліктің, ғылыми зерттеушілер мен қожалықтардың назарын аударып келеді.

Энергияны үнемдеуге бағытталған барлық өндіріс көзінде - кәсіпорын деңгейінен мемлекеттік деңгейге дейін белгілі бір жетістікке қол жеткізілді.

Мысалы, 2003-2007 жылдарға арналған Республикалық Энергия үнемдеу бағдарламасын іске асыру нәтижесінде, ішкі жалпы өнімнің энергия сыйымдылығын 25% төмендеуіне қол жеткізді.

Қазақстан Республикасының энергетикалық қауіпсіздігімен энергетикалық тәуелсіздігінің негізгі қағидалары қабылданып, «Мемлекеттік кешенді жаңарту бағдарламасы» аталатын өндірістік қордың заңнамасында жарияланған.

Нәтижесінде, Республикамыздың энергетикалық жүйесінің жұмысы энергия тиімділігін қадағалап, 2008-2017 жылдар аралығында бақылау нәтижесін жариялап келіп, отандық отын-энергетикалық ресурстардың кеңінен ұлғайтылуын қамтыйды.

Альтернативті отын көзін пайдалануда жергілікті мал шаруашылық қожалықтар биомассаны анаэробты ферменттеу технологиясына көңіл аударып келеді.

Биомассаны биоконверсиялау кезінде ауыл шаруашылық қалдықтар өңделіп, экологиялық сұрақтар шешілуде, сонымен қатар, тыңайтқыштар түзіліп, ең бастысы, биометаногенез процессі бағытталып, жүргізіліп, энергияның тиімді формасы түзілуде [5] .

Анаэробты метаногенездегі конверсиялар

Анаэробты ортада бір қатар топырақ микроорганизмдер популяциясы энергияны тікелей көміртекті қосылыстардан ферменттеу барысында түзіп, метан (CH ₄ ), көмірқышқыл газы (СО ₂ ) және қосымша газдарды (сутегі, оттегі, аммиак, сутегі сульфиді) өңдіреді.

Аталған газдар метанның жанама газдары болып келіп, құрылымдық бірліктікте аз пайызын құрайды, ал осы газдардың қоспасы биогаз деп аталады.

Көңнің анаэробты метанды ашыту кезінде үш маңызды міндет шешіледі.

Біріншіден, жақсы энерготасымалдауш міндетің атқарып, биогаз өндіріледі.

Биогаз қоспалардың тазартпаған түрінде 22-27 МДж/м ³ -ге дейін (орташа есеппен 24 МДж/м) энергия кездеседі.

Екіншіден, тиімді экологиялық мәселелер шешілуде, себебі ферменттеу нәтижесінде биомасса бойындағы патогенді, ауру тудыратын микроорганизмдері жойылып келеді.

Үшіншіден, анаэробты ферменттеу нәтижесінде органикалық тыңайтқыштар түзіледі.

Көңді қайта өңдеу биогаз қондырғыларында (БГҚ) жүзеге асырылады. Батыс Еуропа елдерінде бірнеше мың орта және ірі, ал Азия елдерінде (Қытай, Үндістан) миллиондаған ұсақ (отбасылық) БГҚ пайдаланылады [6, 7] .

Биогаз ферменттеудің үш режимі кездеседі:

1) Психофильді-14-27 ⁰ С,

2) Мезофильді-32-48 ⁰ С,

3) Термофильді - 43-53 ⁰ С.

Температураны ұстап тұру үшін метантенкте жылу алмастырғыш-жылытқыш орнатылып, оған су жылытатын қазандықтан ыстық су беріліп отырылады.

Метантенк көң массасымен 80% көлемге толтырылып, жоғарғы, толтырылмаған бөлігінде биогаз жиналады, ол үнемі іріктеліп, уақытша сақталатын газгольдерге беріледі.

Газгольдерден биогаз қазандықтың оттығына, одан әрі өндірістік пайдалану үшін сыртқа шығарылады.

Метантенктен шығатын ашытылған қалдықтар ашыту режимінің температурасында өңделеді. Жылу алмастырғышта ол өзінің жылу энергиясын бастапқы шикізатқа береді, содан кейін көң қоймасына түседі [8] .

Анаэробты ашыту процесінде көңнің органикалық заттарының ыдырау дәрежесі 47% аспайды (сурет 1) .

1-сурет. Биометаногенді қондырғы

Термофильді режим үшін 1 м ³ биогаз алуға жұмсалатын энергияның үлесі 5, 5 кВт/сағатына, бұл мезофильді режим үшін 3, 7 кВт·сағ/м ³ энергия шығындарынан 1, 5 есе асып келетінің көрсетеді.

Дегенімен, бұл сандар жылу алмастырғыш утилизаторымен жабдықталмаған БГҚ қондырығысында жүреді.

Термофильді режим үшін энергия шығыны 0, 2- 0, 5 дейінгі шектерде болып келіп, жылуды кәдеге жарату коэффициентің мезофильді деңгейге дейін азайтуға болады [9] .

Ауыл шаруашылығындағы жануарлар мен құстардан шығатын жылуды кәдеге жарату коэффициенті төмендегі суретте келтірілген (сурет 2) .

Сонымен қатар, көңнің метанды ашуы оның дезодорациясын, дегельминтизациясын, арамшөптер тұқымдарының өнгіштікке қабілеттілігін жоюды, тыңайтқыш заттарды өсімдіктермен оңай сіңетін минералды нысанға ауыстыруды қамтамасыз етеді.

Бұл ретте өсімдіктер үшін қоректік заттар-азот, фосфор және калий іс жүзінде жоғалмайды.

Биогаз қондырғысының басты бөлігі көңді ашытуға арналған реактор болып табылады, оның типі бойынша әр түрдегі және құрамды көңді ашытуға арналған биогаз қондырғыларының жіктелуі жасалған.

Метантенктердің конструкциялары әртүрлі, негізінен гидравликалық режиммен (ағынды немесе мерзімді толтыру) және жүктеу тәсілдерімен (үздіксіз немесе мерзімді) ерекшеленеді.

Үздіксіз (ағынды) схема кезінде көңді белгілі бір уақыт аралығында (тәулігіне 10 ретке дейін) жүктейді және ашытқы массасының осындай мөлшерін алып тасталынады [10, 11] .

Ашытудың барлық шарттарын сақтаған кезде мұндай схема биогаздың максималды шығуына мүмкіндік береді.

Периодтық схемада метантенкалар (әдетте екі) кезек бойынша жүктеледі. Бұл ретте жаңа көң ашыған көң қалдықтарымен араластырылады.

Газ 5-10 тәулік өткеннен кейін пайда болады және ең жоғары мөлшерге жеткен кезде біртіндеп ең төменгі мөлшерге дейін төмендейді. Содан кейін шығарылған көңді түсіреді және метантенкаға қайтадан көң салады.

Анаэробты көң қоймаларында биогаз жинау үшін синтетикалық жабындарды қолдану, температура мен рН ұстау, абайлап араластыру, ондағы көң рециркуляциясы қарастырылады.

Анаэробты көң қоймаларының артықшылығы - олардың құрылғысының қарапайымдылығы, сондай - ақ өлшенетін заттардың құрамына сезімталдықтың төмендігі; жетіспеушілігі-үлкен алаңдарға қажеттілігі, сондай-ақ қыс мезгілінде жылудың үлкен шығыны болып келмеуінде.

Батыс Еуропа елдерінде жұмыс істейтін биогаз қондырғыларының басым бөлігі мезофильді режимде жұмыс істейді, яғни ашыту 30-350С кезінде жүзеге асырылады [13] .

Жапония, Германия және Швейцарияда қоршаған орта температурасында өтетін ашытудың жаңа психрофильді процестері қолданыла бастады [14] .

2-сурет. Фермерлік қожалықтардағы метаногенді үдерістің үлесі

Шетелдік сарапшылардың пікірінше, бұл үнемді бағыт түрі болашақта одан әрі дами алады.

50-54 ⁰ С кезінде көңді ашыту үшін термофильді процестерді практикада пайдалану жоғарыда көрсетілген және бұл процесс дамыған басқа да елдерде де сирек кездеседі.

Ұсынылған пікір бойынша анаэробты ашудың ең үнемді температуралық режимі туралы бірыңғай мәліметтер жоқ.

Көң өңдеу ұзақтығы және тәуліктік жүктеу мөлшері бойынша практикада қолданылатын биогаз қондырғылары айтарлықтай ерекшеленеді (7-29 тәулік пен 5-25% тәуліктік жүктеу дозасы) .

Бір шартты мал басына есептегенде метантенктердің үлес көлемі 3, 5 м ³ /гол (Венгрия) - 0, 91 м ³ /гол (Ресей) құрайды; биогаздың шығу үлесі 0, 8-2, 7 м ³ /гол құрайды [15] .

Мамандар атап өткендей, метаногенез процесті жүзеге асыру кезінде энергияның едәуір шығынын талап етеді. Температура жоғары болса, қосымша жылу шығыны жоғары болып есептеліп, гидролиз жылдамдығы жоғарлайды (сурет 3) .

Сондықтан температуралық әсер есебінен метаногенез жылдамдығын арттырудың кейбір жағымсыз жақтары бар.

Биогаз қондырғыларының экономикалық тиімділігі, пайдаланып отырған аудан мен шаруашылықтың нақты жағдайларына байланысты.

3-сурет. Метаногенездің гидролиттік қосылыстары

Суық региондарда отынды үнемдеу мақсатында мезофильді режимді пайдаланып, реакторлардың ұстап қалу уақыты мен жұмыс көлемі ұлғаяды.

Мысалы, "AB Enso" (Финляндия) фирмасы әзірлеген 33 ⁰ С температуралы ферментация режимінде Лапландия жағдайында жұмыс істейтін биогаз қондырғыларының конструкциялары қызмет ете алады [16, 17, 18] .

Жекелеген жағдайларда жылу шығындарын төмендету мақсатында және тауарлық биогаз шығымын арттыру үшін метаногенерация процесін екі фазаға бөледі: қышқылдық және метаногенді. Біріншісі 31-37 ⁰ С, екіншісі 58 ⁰ С.

Осы реакторлардағы биогаздың шығу көрсеткіштері реакторлар көлемінің бірлігіне берілген жүктемеге толық сәйкес келеді және 0, 93-3, 1 м ³ /тәулік құрайды.

Энергия көзі ретінде биомассаны пайдалануға қызығушылықтың себебіне келесі факторлар жатады:

Биомассаның үнемі жаңартылуы;
Биогазда сақталған энергия ұзақ уақыт бойы сақталуы және пайдаланылуы мүмкін және де әр түрлі отын түрлеріне айырбасталынады;
Бірқатар өңірлерде биоотын экономикалық неғұрлым тиімді немесе энергияның негізгі түрі болып табылады;
Биогаз экологиялық таза энергия көзі болып табылады. Оны пайдалану кезінде күкірттің зиянды газ тәрізді оксидтері түзілмейді. Биосферадағы көмірқышқыл газының балансы өзгермейді.

Егер биогаз қондырғылары фермалардағы қиды кәдеге жаратудың технологиялық желілерінде қолданылатын болса, биогаз өндірісінің өзіндік құны айтарлықтай төмендетілуі мүмкін.

Бұл жағдайда биогаз ала отырып қи анаэробты ашыту өңдеудің балама немесе қосымша әдісі ретінде қарастырылуы мүмкін.

АҚШ-та қи биогаз өндірісіне үлкен мән береді: біріншіден, энергетикалық аспектіде; екіншіден, жыл сайын мал шаруашылығы фермаларында пайда болатын, биогазға қайта өңдеу үшін экономикалық жағынан проблемалық қи көлемінің жартысына жуығы қарқынды өндірістік жүйелерге (ірі бордақылау кешендері мен ІҚМ алаңдары, өндірістік шошқа өсіру және құс өсіру кешендері) келеді [19] .

Германиядағы мал шаруашылығында жыл сайын қидың шығуы қазіргі уақытта 200 млн. т құрайды, оның ішінде 70 млн. т сұйық түрінде.

Шектелген ауыл шаруашылығы алаңдары мен қоршаған ортаны қорғауға қойылатын жоғары талаптар жағдайында қидың барлық көлемін кәдеге жарату қажеттілігі мамандар мен фермерлік шаруашылықтардың алдына қи толық зарарсыздандыру әдісін әзірлеу және одан жоғары сапалы органикалық тыңайтқыш дайындау міндетін қояды.

Соңғы жылдары елде сұйық қиды анаэробты метанды ашыту әдісін қарқынды әзірлеу қайта басталды.

Неміс мамандарының есептеуі бойынша, биогазға қи көлемін анаэробты өңдеу кезінде жалпы ұлттық қажеттіліктің 4% - ына тең энергия алуға болады.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.