Биогаз технологиясы
КІРІСПЕ 8
ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1. Биогаз туралы жалпы мәлімет 11
1.2 Қазақстандағы биогаздың жағдайы 17
2 ЗЕРТТЕУ НЫСАНДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ 21
2.1. Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды)
факторларды анықтайтын әдістер
21
2.2. Метанды анықтау және оны қауіпсіздендіру 26
2.3. Көмірқышқыл газын анықтау және оны қауіпсіздендіру 28
2.4. Қысымды есептеу 33
2.5. Шаңды анықтау 34
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕСІ ЖӘНЕ ОНЫ ТАЛДАУ 38
3.1 Биогаз алу технологиясымен танысу 38
3.2 Биогаз алу барысындағы қауіпті және зияды
факторларды анықтау
59
3.3 Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру 61
ҚОРЫТЫНДЫ 66
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 68
ӘДЕБИ ШОЛУ 11
1.1. Биогаз туралы жалпы мәлімет 11
1.2 Қазақстандағы биогаздың жағдайы 17
2 ЗЕРТТЕУ НЫСАНДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ 21
2.1. Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды)
факторларды анықтайтын әдістер
21
2.2. Метанды анықтау және оны қауіпсіздендіру 26
2.3. Көмірқышқыл газын анықтау және оны қауіпсіздендіру 28
2.4. Қысымды есептеу 33
2.5. Шаңды анықтау 34
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕСІ ЖӘНЕ ОНЫ ТАЛДАУ 38
3.1 Биогаз алу технологиясымен танысу 38
3.2 Биогаз алу барысындағы қауіпті және зияды
факторларды анықтау
59
3.3 Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру 61
ҚОРЫТЫНДЫ 66
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 68
Энергия тасушы ретiндегi көмiрсутегi шикiзатының табиғи қорларының сарқылу мәселесi кеше пайда болған емес және энергияның жаңа көздерiн iздеу кеше басталған жоқ. Фотоэлектрлiк батареялар, күн жылытушылар, жел және биотермалдық сулар энергиясы негiзiндегi шағын электр станциялары, биомассаны жаңаратын энергия көзi ретiнде пайдалану жөнiндегi әзiрлемелер, көптеген жобалар – бұл өткен жүзжылдықтың 70-шi жылдардың жобалары.
Бүгiнде жаңаратын ресурсты, атап айтқанда биомассаны тарту идеясы бар. Егер өсiмдiктер фотосинтез көмегiмен жыл сайын көмiрсудың 30 миллиард тоннаға жуығын бекiтетiнiн ескерсек, ал мұнайды бiз он есе аз жоямыз, мұнда ойланудың себебi бар[1].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі биогаз алу барысында өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Биологиялық ресурстар есебiнен энергетикалық базаны кеңейту нақты жағдайларды мұқият бағалау мен жүйелiк жақындау кезiнде ғана мүмкiн. Биомассаны пайдаланудың ең тиiмдi тәсiлi - кейiннен газдық турбиналарда қосылуымен оны газдандыру болады.
Бүгiнде жаңаратын ресурсты, атап айтқанда биомассаны тарту идеясы бар. Егер өсiмдiктер фотосинтез көмегiмен жыл сайын көмiрсудың 30 миллиард тоннаға жуығын бекiтетiнiн ескерсек, ал мұнайды бiз он есе аз жоямыз, мұнда ойланудың себебi бар[1].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі биогаз алу барысында өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Биологиялық ресурстар есебiнен энергетикалық базаны кеңейту нақты жағдайларды мұқият бағалау мен жүйелiк жақындау кезiнде ғана мүмкiн. Биомассаны пайдаланудың ең тиiмдi тәсiлi - кейiннен газдық турбиналарда қосылуымен оны газдандыру болады.
1. Андреев В.А., Новиков М.Н., Лунин С.М. Использование навоза свиней на удобрение.-М.: Росагропромиздат, 1990.-94 с. ил.
2. Алёшкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. 2-е издание переработанное и дополненное. М.: Колос, 1993 - 319 с.
3. Зинченко А.В. Международная методика инвентаризации выбросов парниковых газов. Справочно – методическое пособие и полный пакет документов. СПБ:НКП ―Атмосфера.
4. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации из полигонных твердых бытовых отходов. М., Госстрой РФ. 2003г, 27 с.
5. Анаэробная биологическая обработка сточных вод / Тезисы докладов участников республиканской научно-технической конференции 15-17 ноября 1988г./ Кишинев, 1988г.
6. Афанасьев Д.Е. Энергосбережение в сельском хозяйстве Якутии. Якутск: МГП «Полиграфист», 1995.-221 с.
7. Андрюхин Т.Я., Буренков B.C. Опыт анаэробного сбраживания птичьего помета при различных температурных режимах / Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». Рига, 1987.
8. Бесподстилочный навоз и его использование для удобрения. Предисловие и перевод с нем. П.Д. Семенова.-М.: Колос, 1978, 271 с.
9. Баадер В., Доне Е., Брайндерфер М. Биогаз: теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М.И.Серебрякого). М. Колос, 1982. 148 с.
10. Биогаз:и греет, и варит. Журнал «Моделист-конструктор», 1987, №1, с 10-11.
11. Выбирая будущее. Новые методики экологического образования. Изд. ЭкоОбраз. Караганда, 2001г.
12. Тодорова Н. «Энергия...из мусорной кучи?» Газета «Казахстанская правда» №192 от 16 августа 2001г .
13. Тонкобаева Л. В этом доме – биогаз. Молодежный эколого-правовой журнал «Я и Земля», №7(17), ноябрь, 2001г.,с. 4 -5.
14. Biogas production. www.habmigern2003.info/PDF/methane-digester.pdf
15. Biogas. http:|/en.wikipedia.org/wiki/Biogas
16. Harold House, P.Eng. Alternative Energy Sourses – Biogas Production.
17. Биореакторы для переработки биологических отходовю http://www.koud.ru
18. Калмыкова Ю., Герман А., Жирков В. Твердые бытовые отходы. Утилизация и переработка бытовых отходов. Вторичное сырье. – сновы производства биогаза. http//www.solidwaste.ru/publ/view/34.html
19. "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.
20. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства. // Техника и оборудование для села - 2006. - №11. - С.28-30.
2. Алёшкин В.Р., Рощин П.М. Механизация животноводства. 2-е издание переработанное и дополненное. М.: Колос, 1993 - 319 с.
3. Зинченко А.В. Международная методика инвентаризации выбросов парниковых газов. Справочно – методическое пособие и полный пакет документов. СПБ:НКП ―Атмосфера.
4. Рекомендации по расчету образования биогаза и выбору систем дегазации из полигонных твердых бытовых отходов. М., Госстрой РФ. 2003г, 27 с.
5. Анаэробная биологическая обработка сточных вод / Тезисы докладов участников республиканской научно-технической конференции 15-17 ноября 1988г./ Кишинев, 1988г.
6. Афанасьев Д.Е. Энергосбережение в сельском хозяйстве Якутии. Якутск: МГП «Полиграфист», 1995.-221 с.
7. Андрюхин Т.Я., Буренков B.C. Опыт анаэробного сбраживания птичьего помета при различных температурных режимах / Тезисы докладов совещания «Биогаз-87». Рига, 1987.
8. Бесподстилочный навоз и его использование для удобрения. Предисловие и перевод с нем. П.Д. Семенова.-М.: Колос, 1978, 271 с.
9. Баадер В., Доне Е., Брайндерфер М. Биогаз: теория и практика. (Пер. с нем. и предисловие М.И.Серебрякого). М. Колос, 1982. 148 с.
10. Биогаз:и греет, и варит. Журнал «Моделист-конструктор», 1987, №1, с 10-11.
11. Выбирая будущее. Новые методики экологического образования. Изд. ЭкоОбраз. Караганда, 2001г.
12. Тодорова Н. «Энергия...из мусорной кучи?» Газета «Казахстанская правда» №192 от 16 августа 2001г .
13. Тонкобаева Л. В этом доме – биогаз. Молодежный эколого-правовой журнал «Я и Земля», №7(17), ноябрь, 2001г.,с. 4 -5.
14. Biogas production. www.habmigern2003.info/PDF/methane-digester.pdf
15. Biogas. http:|/en.wikipedia.org/wiki/Biogas
16. Harold House, P.Eng. Alternative Energy Sourses – Biogas Production.
17. Биореакторы для переработки биологических отходовю http://www.koud.ru
18. Калмыкова Ю., Герман А., Жирков В. Твердые бытовые отходы. Утилизация и переработка бытовых отходов. Вторичное сырье. – сновы производства биогаза. http//www.solidwaste.ru/publ/view/34.html
19. "Энциклопедия Технологий и Методик" Патлах В.В. 1993-2007 гг.
20. Стребков Д.С., Ковалев А.А. Биогазовые установки для обработки отходов животноводства. // Техника и оборудование для села - 2006. - №11. - С.28-30.
ТҮЙІНДЕМЕ
Диплом жұмысы 68 беттен, 17 суреттен, 7 кестеден, 44 әдебиет көздерінен тұрады.
Түйін сөздер: Биогаз, биогаз технологиясы, биогаз технологиясындағы қауіпсіздік.
Жұмыстың мақсаты: Биогаз алу барысындағы өндіру технологиясының қауіпсіздігін қамтамасыз ету болып табылады.
Жұмыстың міндеттері:
Биогазды алу технологиясымен танысу;
Биогаз алу барысындағы қауіпті және зиянды факторларды анықтау;
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа изложена на 68 страницах и состоит из 17 рисунков, 7 таблиц и содержит 44 список используемой литературы.
Ключевые слова: Биогаз, технология биогаза, безопасность в процессе технологии.
Цель работы: Выявить уровень безопасности в технологическом процессе получение биогаза.
Задачи исследования:
Определение технологии получение биогаза;
Определение опасных факторов технологии получение биогаза;
Техника безопасности в процессе получение биогаза.
.
ABSTRACT
Thesis is presented on 68 pages and includes 17 figures, 7 tables and contains 44 list of used literature.
Keywords: biogas, biogas technology, safety technology in the process.
Objective: To determine the level of security in the process to obtain biogas.
Objectives of the study:
- Definition of biogas technology;
- Hazards Identification technology biogas;
- Safety in the process of biogas production.
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
БГҚ - биогаз қондырғысы
ЖБГҚ - жекеленген биогазды қондырғының
МТБ - метантотықтырушы (түзуші) бактериялар
БГТБ - биогаз түзуші бактериялар
ОҚ - органикалық қалдықтар
ТЭЖ - термоэлектр жылытқыш
ДЭС - дизельді электр станциясы
ҚС - құс саңғырығы
ІҚМ - ірі қара мал
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
8
ӘДЕБИ ШОЛУ
11
1.1.
Биогаз туралы жалпы мәлімет
11
1.2
Қазақстандағы биогаздың жағдайы
17
2
ЗЕРТТЕУ НЫСАНДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
21
2.1.
Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды)
факторларды анықтайтын әдістер
21
2.2.
Метанды анықтау және оны қауіпсіздендіру
26
2.3.
Көмірқышқыл газын анықтау және оны қауіпсіздендіру
28
2.4.
Қысымды есептеу
33
2.5.
Шаңды анықтау
34
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕСІ ЖӘНЕ ОНЫ ТАЛДАУ
38
3.1
Биогаз алу технологиясымен танысу
38
3.2
Биогаз алу барысындағы қауіпті және зияды
факторларды анықтау
59
3.3
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру
61
ҚОРЫТЫНДЫ
66
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
68
КІРІСПЕ
Энергия тасушы ретiндегi көмiрсутегi шикiзатының табиғи қорларының сарқылу мәселесi кеше пайда болған емес және энергияның жаңа көздерiн iздеу кеше басталған жоқ. Фотоэлектрлiк батареялар, күн жылытушылар, жел және биотермалдық сулар энергиясы негiзiндегi шағын электр станциялары, биомассаны жаңаратын энергия көзi ретiнде пайдалану жөнiндегi әзiрлемелер, көптеген жобалар - бұл өткен жүзжылдықтың 70-шi жылдардың жобалары.
Бүгiнде жаңаратын ресурсты, атап айтқанда биомассаны тарту идеясы бар. Егер өсiмдiктер фотосинтез көмегiмен жыл сайын көмiрсудың 30 миллиард тоннаға жуығын бекiтетiнiн ескерсек, ал мұнайды бiз он есе аз жоямыз, мұнда ойланудың себебi бар [1].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі биогаз алу барысында өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Биологиялық ресурстар есебiнен энергетикалық базаны кеңейту нақты жағдайларды мұқият бағалау мен жүйелiк жақындау кезiнде ғана мүмкiн. Биомассаны пайдаланудың ең тиiмдi тәсiлi - кейiннен газдық турбиналарда қосылуымен оны газдандыру болады. Принстон университетiнде жүргiзiлген алдын ала есептеулер, биомассаны газдандыру өнiмдерiнде жұмыс iстейтiн турбогенераторлардың дәстүрлi жылу, ядролық және гидравликалық энергия қондырғыларымен бәсекелесе алатынын көрсеттi. Ондай турбогенераторларды қолданудың ең перспективтi салалары жақын болашақта биомассаның үлкен көлемдерi жинақталған экономиканың салалары (атап айтқанда, қант қамысын өңдейтiн қант және винотемекi зауыттар) болуы мүмкiн. Осылайша, Бразилияда шарап-темекi кәсiпорындарымен биомассаны пайдалану кезде электр энергиясы артылады, оны iске асыру спирттi мұнайдан арзан қылады. Қазiр осы дақылды өсiретiн 80 дамушы елдерде барлық көздермен өндiрiлетiн энергияның 50% тек қант қамысынан өндiрiлуi мүмкiн.
Сонымен бiрге, жеткiлiктi пайдалы болған бактериялық ашыту көмегiмен биологиялық отынды тiкелей өндiру тәсiлi бар. Бұл алу тәсiлi бойынша биогаз деп аталатын ауыл шаруашылығының қалдықтарын метанға айналдыру процесi. Биогаздық қондырғылар - метантанкiлер - анаэробтық метан жасайтын бактериялар (ғаламдық көлемде осы бактериялар Жер бетiндегi биологиялық метанның бiрегей көзi болып табылады) қауымдастықтарын пайдалану негiзiнде әзiрленген.
Ауыл шаруашылығы өндiрiсiнде егiн шаруашылығында органикалық тыңайтқыштардың үнемi жетiспеушiлiгi, мал шаруашылығындағы фермаларда мол қалдықтардың болуы биогазды өндiру үшiн шикiзаттың мәселесiн, ал өңделген шикiзат тыңайтқыштардың жетiспеушiлiгiн, қалдықтар мәселелерiн шешiп электр энергиясымен қамтамасыз ете алады. Биогазға өңделген көң тыңайтқыш ретiнде өте қолайлы, өйткенi одан тамақ iшкен кезде жануарлар iшiне түскен дәндер өспейдi, ал көңде даланы ластайтын арамшөптер өседi [2].
Биогазды алу технологиясының негiзiнде анаэробтық биотехнология жатыр, яғни оттегiнiң толық болмаған жағдайында (метантанкiлерде) өсiмдiк тектес органикалық массаны ферменттеу. Бүкiл дүние жүзiнде дәстүрлi емес энергия ресурстарының көзi ретiнде биогаз жоғары қызығушылық туғызып отыр. Батыс Еуропаның барлық елдерiнде биогазды алу және пайдалану жөнiндегi ұлттық бағдарламалар жасалған.
Осы заманғы техникалық биоэнергетикада органикалық қалдықтарды отын мен энергияның техникалық ыңғайлы түрлерiне айналдырудың екi негiзгi бағыты бар: термохимиялық конверсия (тiкелей өртеу, пиролиз, газдандыру, сұйықтау, синтез); биоконверсия (спирттер, сутегiнi, биогазды, органикалық қышқылдарды, өсiмдiк майларын және т.б.) алу.
Дипломдық жұмыстың мақсаты биогаз алу барысындағы өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін төмендегідей міндеттерді орындаймыз:
Биогазды алу технологиясымен танысу;
Биогаз алу барысындағы қауіпті және иянды факторларды анықтау;
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру.
ӘДЕБИ ШОЛУ
8.1. Биогаз туралы жалпы мәлімет
1982 жылы Мәскеулік Колос баспасынан шыққан, авторлары В. Баадер мен Е. Доне болып табылатын, Биогаз: теория и практика атты еңбекте биогаз туралы жалпы мәліметтер, биогаздық құрылғылар, олардың жұмыс жасау технологиялары көрсетілген. Сонымен қатар, кітап КСРО кезіндегі биогазды өндірісте пайдалану туралы бірегей оққулық болып табылады. Мұндағы мәліметтерге сәйкес:
Биоотын - биологиялық қалдықтарды қайта өңдеу арқылы биологиялық шикізаттан алынған отын. Тағы да басқа целлюлозадан және органикалық әртүрлі типті қалдықтардан алынып бағытталған әр түрлі дәрежедегі өңделген жобалар кездеседі, бірақ бұл технолгоиялар әлі бастапқы кезеңдегі өңдеуде немесе коммерциялылықтануда. Био отындар сұйық түрде (іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол, биоотын), қатты отын (ағаш, шымтезек, отынды гранулалар, жаңқа, сабан, қауыз) және газ тәрізді отындар (биогаз, сутегі).
Шымтезек. Жоғары ылғалдылық пен ауа жетіспеушілік жағдайларда өсімдіктердің қалдықтарының толық ыдырамауы нәтижесінде түзілген топырақ субстратының бір ерекше түрі торфта өсетін өсімдіктер үшін экологиялық жағдайлар өзіндік ерекше ылғалды климатты аймақтарда, буланудан жауын шашын көп түсетін жерде, әсіресе рельеф пен грунт ерекшеліктерінің әсері тигеннен балшықтану үрдісі жүреді. Балшықтану себебі болатын ылғалдылық артықшылығы арнайы балшық өсімдіктерінің пайда болуына және топырақ үрдісінің ерекше бағыты - шымтезек түзілуіне әкеледі. Шымтезек - жартылай ыдыраған өсімдік қалдықтары қоспасын (ыдырау деңгейіне байланысты мөлшері әртүрлі болуы мүмкін) және аморфты масса - гумификация мен күл сияқты жемісі болып табылады. Шартты түрде шымтезектің құрамында 50%-дан көп емес минералды заттар бар делінеді. Шымтезектің түзілуінде өсу жамылғысы балшықта болатын кез келген өсімдік қатысады (өлең, қамыс бұталар), бірақ қалыпты және сондық шымтезек түзуші - сфагналық мүк [2].
Ағаш -- адамдар бұрыннан қолданатын көне отын. Қазіргі таңда әлемде ағаш өңдеуге немесе биомассаға энергетикалық ормандар қолданады, олар тез өсетін түрлерін алады (теректер, эвкалипт және т.б.). Көп елдерде отын ретінде табиғи балансты ағаштар қолданады, ал олар өз кезегінде орманның жойылуына әкеліп соғады. Ол ағаштар сапа жағынан пиломатериал өндірісіне сәйкес келмейді.
Энергетикалық орман - биологиялық шығарынды түрдегі энерго- тасымалдағыштар (басты түрі көң және т.с.с.) үйдің пешінде және жылу электростанциясының қазандығында арзан электр бере отырып брикеттеледі, кептіреді және жағылады.
Отынды гранулалар - биологиялық түрдегі қалдықтар. Олар өңделмеген немесе минималды дәрежедегі жағуға дайындайтын: үгінділер, жаңқа, қабық, қауыз (лузга), қауыз (шелуха), сабан (солома) және т. б.
Ағаш жаңқасы -- бір өлшемді жұқа ағашты ұсақтау арқылы немесе орманды алдын ала дайындайтын ағаш шабатын орындардағы қалдықтарды немесе мобильді ағаш жонатын машинада немесе стационарлы ағаш жонатын машинаның көмегімен алынған ағаштан қайта өңделген қалдықтар. Еуропада жаңқаны негізі қуаты 1-ден біршама ондаған мегаватт болатын үлкен жылуэлектрстанцияларында жағады. Қатты отындарға отынды торф пен қатты үй қалдықтары және тағы басқа да жатады [3].
1987 жылы Мәскеулік Аргпромиздат баспаснан шыққан Д.М.Бойлстың Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки атты еңбегінде биогаз туралы толық мағлұмат береді:
Жер астынан алынатын отындардың азайғандықтан биомассаны қолдану кеңінен дамып келе жатқан және дамыған елдерде қолданыс тауып отыр.
Биомассаның барлық көздерін үш топқа бөлуге болады. Біріншісіне жер үсті өсімдіктерінің энергетикалық мақсаттары үшін әдейі өсірілетіндер жатады.
Биомассалық көздердің екінші тобына әр түрлі органикалық қалдықтар жатады:
-жануарлардың биологиялық қалдығы (үлкен мүйізді жануарлардың қиы, үй құстарының саңғырығы және т.б.)
-ауыл шаруашылық мәдениетіндегі егін орғаннан кейін қалатын қалдықтар.
Үшінші топ-бұл судағы өсімдіктер- теңізді балдырлар, үлкен ламинарлар (бурые балдырлар), сулы гиацинт.
Үй жануарларының экскременттерімен астына төсейтін материалдың қоспасының құрамына байланысты азот, фосфор, калий, магний, темір, көміртегі және микроэлементтер - бор, молибден, кобальт және т.б. Ораша есеппен алғанда 1 тонна әр түрлі үй жануарларынан алған экстрименттерінде 5 кг азот, 2,5 кг фосфор ангидриді (Р205) және 5 кг калий оксиді (К2О ). Одан басқа экстрименттердің құрамына көптеген органикалық заттар да енеді.
Биогаздық технология - қауіпсіздендірудің радикалдық әдісі және әр түрлі өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтарының қайта өндірілуі, осыған қоса жануарлар мен адамдардың тәжірбиелері, бұдан біз жоғары калорий газ тәрізді отындар - биогаз және жоғары эффекті экологиялық таза органикалық тыңайтқыш аламыз. Биогаздық технология - бұл энергетиканың, агрохимияның, экологияның және капиталдың қиын жағдайларының шешімі.
Биогаздық технологияның негізінде, мал қиының және құс саңғырығының анаэробтық (оттексіз) жағдайларда табиғи биологиялық ыдыраудың қиын процесстер жатыр. Ашудың оптимальдік режимін сақтағанда, үнемі шикізатты араластырғанда, бастапқы материалды өз кезегінде салғанда және ашыған материалды алғанда биогаздың шығуы 1м3 реактордан 2-3м3-ке жетеді. Ал құстың саңғырығын қолданғанда - 6м3. Жақсы түсінуге болатын тағы басқа мысалдар келтіруге болады: бір сиыр бір тәулікте 2,5м3 газбен қамтамасыздандырады, семіртілуге қойылған бұқа- 1,6м3, шошқа- 0,3м3, құс-0,02м3.
Метантекте, биомассадағы бар бактериялардың әсерінен органикалық заттардың бір бөлігі метанға (60-70%), көмірқышқыл газдарға (30-40%), күкіртсутектің аз мөлшеріне (0-3%),сонымен қатар сутегінің қоспасына, аммиакқа және азоттың тотықтарына ыдырайды. Биогаз жағымсыз иісті емес.Оның бір куб мөлшеріндегі жану жылуы 25МДж, 0,6л бензин жанғанына, 0,85л спирт жанғанына, 1,7кг отын жанғанына немесе 1,4кВт*сағ электрэнергияның қолдануына эквивалентті. Энергетикалықтан басқа биоконверсиялық процесс тағы бір мәселені шешуіне мүмкіндігі бар. Жай қилардың жер өңдеуінде қолдануына қарағанда, ашыған қиларды қолданғанда, ауыл шаруашылығында 10-15% шығымдылық артады. Бұл анаэробтық өзгертуде минерализация мен азоттық байланыстардың болуымен түсіндіріледі.
Бірақ қазіргі кездегі ең маңызды және биотехнологияның аймақтарындағы болатын басқа аспект - экологиялық. Оны әлі құндылық жағынан және тағы басқа көлемді жақтарынан бағалау қиын, бірақ өкінішке орай, маңызды экологиялық талаптарды дәлелдемейтін кезең енді келді. Микроорганизмдер - метогендер органикалық қалдықтарды (жануарлардың, өсімдіктердің, муниципальді және тағы басқалар) биогазға айналдыру мүмкіндігі бар, оргаминералді заттар және басқа да пайдалы, ең бастысы зиянсыз және залалсыздандырылмаған заттар. Биотехнологияны метаногендерді қолдануында экологиялық деп батыл айтуға болады. Бұл биотехнология заттың және энергияның биосфералық айналудағы табиғи процестерге негізделген және биосфераға потенциалды зиян келтіретін заттарды пайдалы заттарға айналдыруғу бағытталған.
Ең қарапайым биогаздық құралды қиға толы ор тәрізді елестетуге болады, газ шығару потрубкалы колпакпен жабылған. Мұндай қолдану қиды ашыту үшін температуралық режиммен технологиялық талаптар дәл келетін мемлекеттерде қолданылады: Индияда, Индокитайдың мемлекеттерінде және Китайдың оңтүстік провинцияларында бұл тәсіл миллиондап қолданылады.
2013 жылы Мәскеу баспасынан шыққан Научное обозрение журналында Беспалов В.И., Адамян Р.Г. жасаған Задачи выбора территории для полигонов по захоронению ТБО в условиях г. Еревана Республики Армения атты ғылыми мақаласында биоотын туралы мынадай анықтама берілген:
Биогаз технологиясы өндіру бойынша қондырғысының құрылысы басқа жағдайлар кезінде атмосфераны ластап ауруларға алып келетін токсикалық заттар да өңделетін қалдықтарға тән заттар да өтпейтіндей етіп құралғаның айтып кету маңызды. Биогазды органикалық қалдықтардан алу - бұл тек қана өзіндік газ көзі емес. Органикалық қалдықтарды (ОҚ) газ және тыңайтқыштарға биогазды қондырғыларының көмегімен өңдеу - бұл ең алдымен қауіпті қоқыстан құтылу мен одан зиян емес пайда алудын экологиялық әдіс.
Биогаз технологиясы оттек болмағанда бактерия әсерінен органикалық заттардың ашуы нәтижесінде түзіледі. Биогаздың түзілу процесі табиғи табиғат құбылысы болып табылады. Биогаздың бары жайында шаруашылықта балшық газ қолданған арғы аталарымыз білген [5].
2009 жылы Катмандуда, Непалдағы 10-12 қараша аралығында жүргізліген International Workshop on Domestic Biogas атты конференциясында Workshop Report December сериялық баспасы арқылы жарияланған бойынша, биогаз ол:
Биогаз негізінде -- тозақтың қойыртпағы. Оның негізгі құраушылары: метан (55-70%) және көмірқышқылгазы (28-43%); аздағанмөлшерде бұл жерде басқалары да бар, сондай-ақ химиялық агрессивті түрлері де табылады. Мысалы, күкірттісутегі(сероводород). Биогаз алу үшін бұларды ескермесе болмайды. Орташа есеппен 1 кг органикалық заттан 70% тік биологиялық шіру процесі кезінде 0,18 кг метан, 0,32 кг көмірқышқылы, 0,2 кг су және 0,3 кг ыдрамайтын қалдықтар алынады.
Органикалық қалдықтардың ыдырауы(шіруі) биогаз бөліну арқылы жүреді. Ол әрине белгілі бір топтағы бактериялардың қатысуымен болады да, әрекеттің тезірек жүруіне қоршаған ортаның әсері мол болмақ. Таратып айтсақ - температура. Жылырақ болса, органикалық шикізаттың ферменттелу дәрежесі мен жылдамдығы артады.
Барлық жердегі орта Ташкенттегі немесе Шымқаладағыдай болмағандықтан - осы жағына көңіл бөліну керек, яғни ыдыратуға(шірітуге) жиылған органикалық қалдықтардың ыдырауына себекер орта жасауға тырысуымыз керек. Қидың ыдырау кезінде бөлінетін жылуды дұрыс қолдансақ бұл мәселе оңай шешілмек. Газ шығаратын орталық қондырғыны - былайша айтқанда метантанкті жасауда сол қидың маңызы зор болмақ. Ал оны екі қайтара, алдымен электрдәнекерлегішпен екінші рет(сенімділік үшін) газдық дәнекрлегішпен қалыңдығы 2...5-мм-лік тоттанбайтын темірден жасалады. Биогаз қондырғысын шикізатпен толықтырып отыратын орын және ыдырамай қалған қалдықтарды алатын орын ойластырылуы керек...
Электрондық ресурстарда пайда болған 2012 жылғы №5 Современные научные исследования и инновации атты конференцияда талғыланған Лаврухина О.С. Стимуляторы выработки биогаза атты ғылыми мақаласында биогаз технологиялар ытуралы мынадай мәліметтер кездеседі:
Химиялық реакциялар кезінде энергия бөлінеді немесе сіңіріледі. Егер энергия жылу түрінде бөлініп немесе сіңірілетін болса, ондай реакциялар жылу эффектілері көрсетілген химиялық реакция теңдеулері арқылы жазылып көрсетіледі, бұнда әрекеттесуші заттардың фазалық құрамы көрсетілуі екрек.
Жылу бөліп жүретін химиялық реакциялар экзотермиялық, ал жылу сіңіре жүретін реакциялар эндотермиялық деп аталады. Реакциялар жылу эффектісін термохимия зерттейді. Термохимияда реакцияның жылу эффектісі Q деп белгіленеді және кДж - мен өлшенеді. Энергияның бір пішінінен екіншісіне ауысуын және денелердің бір жиынтығынан екіншілеріне ауысуын, сонымен бірге берілген жағдайда химиялық және фазалық процестердің жүру тереңдігін зерттейтін термохимия химиялық термодинамиканың маңызды бөлімі болып табылады. әрбір жеке зат немесе олардың жиынтығы термодинамикалық жүйені құрайды. Егер термодинамикалық жүйе қоршаған ортамен не затпен, не энергиясымен алмаспайтын болса, оны оқшауланған деп атайды. Қоршаған орта әсерін ескермейтін процестерді қарастырғанда осындай идеалдандырылған жүйе физикалық абстракция ретінде қолданылады. Қоршаған ортамен тек энергиясы арқылы алмасатын жүйе жабық деп аталады. Егер энергетикалық және материалдық алмасу мүмкін болса - жүйе ашық 1.
Жүйенің күйі термодинамикалық параметрлермен анықталады - температурамен, қысыммен, концентрациямен, көлеммен т.б. жүйені сипаттайтын басқа қасиеттері де бар: ішкі энергия U, энтальпия Н, энтропия S, Гиббс энергиясы G. Бұлардық реакция кезінде химиялық өзгерісі жүйе энергетикасын сипаттайды. Жүйенің аталған қасиеттері температурадан, қысымнан, концентрациядан тәуелді, сондықтан оларды күйдің функциясы деп атайды. Олар процестің жолынан тәуелсіз, жүйенің бастапқы және соңғы күйімен анықталады.
Жүйенің ішкі энергиясы U молекулалар қозғалысы мен әрекеттесулері энергиясы, молекуладағы байланыс энергиясы, электрондар мен ядролар қозғалысы мен әрекеттесу энергиясы қосындылары болып табылады...
2001 жылы 16 тамызда Казахстанская правда газетінің №192 санындағы Н.Тодорованың Энергия ... из мусорной кучи? атты мақаласында биология турал былайша ойлар білдіріледі:
Соңғы жылдары энергияны альтернативті және тиімді жолдармен алу мәселелері өте кең қарастырылады. Бұнда жалпы биогаз жайлы ақпарат, оның құрамы, биогаздың түзілу механизмі, шығу тарихы, басқа елдерде биогазды алу әдістері, қолданылуы және әр түрлі биогазды қондырғылар қарастырылды. Органикалық өңдеуде биогаз технологиясын қолдану экологиялық қатерді тоқтатып қана қоймай, жыл сайын процесс нәтижесінде қосымша 95 млн. т шартты жанғыш заттар алуға болатынын 90 - шы жылдар басында дәлелденген.
Биогаз - газдар қоспасы. Оның негізгі компоненттері: метан (СН4) - 55 - 70%, көмірқышқыл газы (СО2) - 28 - 43%, сонымен қатар өте аз мөлшерде басқа газдар, мысалы күкірттісутек (Н2S).
Витаминдер - минералдар.
Биоконверсия процессі энергетикалық сұрақтан басқа, тағы екі сұрақты шешуге қол жеткізеді. Біріншіден - шіріген қый жер құнарлығы мен өнімділігін 10-20% көтереді. Себебі, анаэробты шіру кезінде минералдану және азот қосылыстарының бөлінуі жүреді. Екіншіден - шіру кезінде, қыйдың құрамында әрқашан болатын арам шөптердін тамырлары, гельминттердің жұмыртқалары және жағымсыз иіс жойылады, басқаша айтқанда экологиялық тазалық эффектісі пайда болады.
Бүгінгі күнде Европада анаэробты шіру қондырғылардың - 44%, Солтүстік Америкада - 14%. ЕО елдерінде жұмыс істейтін биогазды қондырғыларын бірнеше топқа бөлуге болады. Олардың ішінен ең негізгі үшеуі: агротамақтық топ (67,5%), тамақтық емес өндіріс тобы (15%) және өндірістік емес топ (9,6%).
Данияда 1999 жылдың Қазан айына дейін 1984-1998 жылдары арасында салынған 20 орталандандырылған биогазды қоңдырғы жұмыс істеген. Орталандандырылған биогазды қондырғылардың (заводтардың) негізгі концепциясы, ол бірнеше жақын жатқан ауыл аймақтардан шикізатты жеткізу. Ал көктемде шіріген өнімді сол ауыл аймақтарына жер тыңайтқыш ретінде жеткізіледі. Орталандандырылған биогазды қоңдырғыларынан басқа Дания үкіметі 1994 жылдан бастап көлемі 150-200 м3, аз көлемді фермерлік қондырғыларын салу концепциясын қолдауда.1997 жылы Данияда 20 аз көлемді фермерлік қондырғы, жылу- және электрэнергиясын шығарып, жұмыс істеді.
Германияда 400-ге жуық метантенк көлемі 600-800 м3 аз көлемді фермерлік қондырғы жұмыс істеуде. 1995 жылдан 1998 жылға дейін 8 орталандан-дырылған биогазды қоңдырғы салынды. 1998 ж. басында метантенктер көлемінің қосындысы 190 мың м3 құрады.
Австрияда 1997 ж. дейін 46 аз көлемді фермерлік қондырғылар жұмыс істеді. 1997 ж. тағы 10 фермерлік және 5 үлкен қоңдырғы ашылды.
2000 ж. Калифорнияда энергетикалық тапшылық болған себебтен, жергілікті ауылшаруалары электрэнергияны қыйдан жасай бастады.
Ең алғаш рет электрэнергияны қыйдан алу 25 жыл бұрын пайда болды, бірақ тиімділігі төмен болғандықтан аса таралмады. Соңғы жылдары Сан-Луи Обиспо (Калифорния) қаласындағы университетінің зерттеушілер тобы сол мәселені дамытты.
Профессор Даг Уильямс осы университеттің академиялық бағдарламасы аясында электрэнергиясы қыйдан алынатын 200 сүт фермада бақылау жүргізді. Бақылаулар нәтижесінде ірі қара малдың қыйы, белгілі реакциялар және процесстердің әсерінен метан және көмірқышқыл газын беретінін анықтады. Кейін алынған метан электрэнергияны алуда қолданылады...
2001 жылға жастардың экологиялық-құқықтық Я и Земля журналында жарияанған Л.Тонкобаевтың В этом доме - биогаз атты мақаласынан үзінді:
... Металдан жасалған цилиндрге ұқсайтын ыдыс -- метантенк - құюға арналған көмейі бар, төгуге арналған кран, механическалық қотарсытырғыш және биогаз бөлінетін түтік бәрі бір ыңғайлы конструкция рет інде құрастырылады (Суретті қара). Құрастыруға ең ыңғайлы ыдыс - сізге қажет көлемдегі химиялық тыңайтқыштардың босаған ыдысы келеді, қолданылатын қосымша тетіктерімен құрамдары тотбаспайтын материалдана жасалғаны абзал. Ескеретін нәрсе -- газшығаратын орталық аэробондық ферменттегіштің ішіне орналасатыны, ал оны төрбұрыш етіп жасауға да болады(яғни тақтайлар қолдансақта болады).
Ферменттеушінің екі бүйірлік қабырғалары ашылатын болуы керек - ыдырап болған қалдықтарды алуды жеңілдетеді. Едені решеткаланып жасалады. Оның астында орналасқан технологиялық канал арқылы ыстық ауа айдалады. Оның әдістері көп.
Ферменттеушінің үсті тақтай қалқанмен жабылады. Жылу сақтау мақсатында қабырғаларымен едендеріне керамзит сияқты материалдар қолданылады.
Метантенкке көмейі арқылы алдын ала іріқараның сідігіне езіліп жасалған қи құйылады. Технологиялық шикізаттың ылғалдылығы 88-92% мөлшерінде болуы керек. Ал енді бұл қойыртпақтың деңгейі құюға арналған көмейдің төменгі бөлігі шамасында болуы керек Аэробондық ферменттеушіні жоғарғы ашылатын бөлігінен қатқыл қимен немесе сол қиды қашекпен, қалдық шөптермен араласқан түрімен толтырылады.Ылғалдығы 65-69%.
Ауаның әсерінен ферменттеушідегі қалдықтар органикаға ыдырап жылу бөліне бастайды. Бұл жылу метантенкті қыздыруға әбден жеткілікті, оның ішіндегілер араластырылып отырады (Конструкцияда ол ойластырылып қойылған, сондайақ физикалық құбылыс - конвекцияныңда әсері мол). Осылайша биогаз бөліне бастайды. Ол газ метантенктің жоғарғы бөлігіне жиналады. Арнайы қойлған түтікше арқылы биогазды магистральға бағыттаймыз да әрі қарай қолдана береміз.
Ал енді осындай биогаздық қондырғыны қолданыс барысында биохимиялық тепетеңдікті сақтауға көңіл бөлінуі керек. Кейбір жағдайларда аэробондық ферменттелу процесі кезіндегі қышқыл түзуге қатысатын бактериялардың жылдамдығы сол қышқылды әрі қарай қорытатын басқа топтағы бактериялардың жылдамдығынан жоғары болуы мүмкін ғой. Мұндай жағдайда қойыртпақтың қышқылдығы артады да биогаздың бөліну мөлшері азайып кетеді. Мәселе күнделікті қосылатын шикізаттың көлемін азайту арқылы немесе оның еру қабілетін күшейту(мүмкіндігінше ыстық су құю ) арқылы шешіледі. Тағы бір әдісі езілген әк немесе ас содасын қосып қышқылдықты азайту.
Биогаздың өнімділігі көміртекпен азоттың пропорциясы бұзылғанда да байқалады. Ондай жағдайда метантенкке құрамында азоты бар - мал сідігі немесе аз мөлшерде аммоний тұзы(химиялық тыңайтқыш (50-100 г бір текшеметр шикізатқа).
Сондай ақ ылғалдылықтың артық болмауын және күкірттісутектің(сероводород)(ол биогазда 0,5% ) мөлшерден артық болғаны қондырғының металл бөліктерінің шіруіне себеп болатынын ұмытпау керек. Яғни тиянақтылықпен қадағалап отыруымыз қажет. Кейбір кінәраттарды мұқият сырлауымыз керек (ең жақсысы құрамында қорғасыны бар сурик - екі қайтара сырлап, артынан кез келген майлы сырмен тағы екі рет жабу керек).
Спектр журналында 2002 жылға №3 сериясында жарияланған Л.Охотников пен Светлана Баскакованың Развитие новых технологии. Что такое биогаз? атты мақаласында заманауи биогаздың дамуы туралы мынадай ойлар айтылады:
Биомасса өте эффективті қалпына келетін энергия көзі болып табылады.
Биомассалық ресурстар дүние жүзінің барлық аудандарында кең тараған және олардың әрқайсысын шығарып өңдеуге болады. Қазіргі уақытта осы био- массаның арқасында жалпы дүниежүзілік энергетикалық қолданыстың 6-10 пайызын жабуға болады. Жыл сайын жер бетінде фотосинтез процессы арқылы 40 млрд. тоннаға жуық мұнай және 120 млрд. тонна органикалық шикізат алынады. Биомассаны адам тұрмысында мына бағыттармен қолдануға болады: тікелей жандыру немесе ауылды жерлерде әр түрлі органикалық қалдықтардан биогаз алу. Биомасса, оның ішінде әсіресе ағаш отыны ауыл тұрғндарына жалғыз қолайлы энергия көзі. Ағаш отын жылына жер бетінде 2 млрд. адам - ның сұранысын қанағаттандыра алады. Биомасса жер бетінің жылдық өнімінің жетіден бірін құрайды. Ал сапасы жағынан табиғи газбен бәсекелесе үшінші орынды иеленіп отыр. Биомасса энергетикасы ядролық энергетикадан төрт есе көп энергия береді. Еуропалық одақ мемлекеттерінде 1992 жылғы био-массаның өнімі жалпы энергетикалық өнімнің 55 пайызын құрайды.
Биомасса энергиясы Португалия, Франция, Германия, Дания, Италия және Испания сияқты мемлекеттерінде кеңінен қолданылады. Еуропалық одақ мемлекеттерінде жылына мұнайдың эквивалентті 100-120 млн. тоннаға тең биоэнергия алынады. Сондай-ақ биомассалық шикізатты жылына 250 тонна көлемінде әртүрлі энергетикалық плантациялардан алуға болады.
Биогаз алу биомассаны өндірудің ең ерекше де тиімді түрі болып табыла- ды. Биогаз ауыл шаруашылығында ерекше роль атқарады. Себебі ауыл шаруа- шылығында пайда болатын биомассаны өндіру арқылы жетпіс пайыздық метан және егін шаруашылығына пайдалы органикалық заттар алуға болады. Биогаз өндірудің ендігі бір ерекше қасиеті оны өндіргендегі шығатын артық улы газдың мөлшері мұнай өндіргендегі шығатын газдан әлдеқайда аздығында. Биогаз алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт, электрогенератордың роторларын қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна шөптен қырық пайыздық ылғалдықта 15 м3 биогаз алуға болады. Ал 1 кВтсағ электроэнергия алу үшін 0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Украинада тек шошқа және құс фабрикаларының өзінен шамамен 3 млн. тонна органикалық қалдықтар түзіледі. Одан 1 млн. тонна биогаздан 8::109 кВт ::сағ электроэнергия алуға болады.
8.2. Қазақстандағы биогаздың жағдайы
Жыл сайын әлемдегі әрбір қала тұрғыны 250-300 кг қатты тұрмыстық қалдықтар (ҚТҚ) өндіреді екен. Жаһандану үрдісі белең алған бүгінгі шақта одан ауыл тұрғындары да кенде қалып жатқан жоқ.
Қазір қазақ даласында 22 миллиард тонна қалдықтар мен қоқыс жиналыпты. Оның 16 миллиард тоннасы техногендік-минералдық қалдықтар болса, 6 миллиард тоннасы адам ағзасына аса қауіпті химиялық қалдықтар екен.
Қасіреті қалың қазақ даласында бүгінге дейін жиналған 22 млрд. тонна қалдықтың 96 миллион тоннасы қатты тұрмыстық қалдықтар екен.
Қазақстандағы ҚТҚ мен күл-қоқыстың 97 пайызы далаға төгіледі. Тек 3 пайызы ғана өртеледі. Ал Германияда ҚТҚ мен күл-қоқыстың 30 пайызы, Жапонияда 30 пайызы, АҚШ-та 27 пайызы, Швейцарияда 25 пайызы қайта өңделеді. Яғни, бүкіл өркениетті әлем ҚТҚ мен күл-қоқысты қайта өңдеу немесе азайту мақсатында мүмкіндігінше жұмыс жасап жатыр. Соңғы жылдары Қазақстанда да күл-қоқыс өңдейтін зауыттар салу жөнінде бірнеше жобалар белгіленді. Өкінішке орай, әлі күнге дейін бұл жобалар іс жүзіне асырылған жоқ.
Алматы қаласында жинақталған тұрмыстық қалдықтардың көлемі 230 мың тоннаны құрайды. ҚТҚ жиналған полигондардан болатын негізгі қатер ауа қойнауының биохимиялық үрдістер кезінде пайда болатын улы лас заттармен былғануы жиналған қалдықтардың (биогаз) таралуы полигондағы қалдықтар орнын жапқаннан кейін де ондаған жылдарға созылады.
Аймақтағы ауаны ластайтын заттардың жалпы құрамы, сақталатын қалдықтардың түріне байланысты болады. Негізгі құрамынан басқа (метан және көмірдің екі тотығы) биогаздың құрамына аммиак, этилмеркаптан, ацетальдегид, ацетон, бензол, аргон, гаптан, толуол қатысады. Полигонның ауа ортасына антропогенді заттардың әсері, көпкезеңді және көпсебепті. Сондықтан биогаздың пайда болу заңдылықтарының негізгі элементтерін толыққанды анықтау биогазға ықпал ететін температура, ылғалдылық, көміртектің үлесі сияқты және қалдықтардың элементтерінің құрамынада байланысты болады.
Мамандардың мәлеметі бойынша полигондағы (даладағы) қалдықтардың құрылымын бұзу нәтижесінде, сонымен қатар ауасы ластанған аймақтарға тікелей жақын тұратын жерлердегі биогаз құрамы 150-ден 600 мгм³қ .райды. Бұл құрам рұқсат етілген гигиеналық қалыпттан біршама жоғары. Мекен-жайларда биогаз қалдығындағы көміртек тотығының тиісті мөлшері = 50 мгм³ болуы тиіс, демек бізде 3-12 есе артық.
Бүгінгі күнде адамдардың тұрмыс тіршілігі табиаттағы басқару арқылы, жақсартуға ұмтылу және жаңа өндірістерді дамытудың салдары айнала қоршаған ортаға экологиялық проблемалар тудыруда. Адам баласына кейінгі кезде энергия жетпейді. Газет, журнал беттерінде энергетикалық кризис жайлы мақалаларды жиі кездестіреміз. Мұнай үшін кейбір мемлекеттер бір-бірімен жауласып жатса, ал кейбіреулері экологиялық дағдарысқа, құлдырауға ұшырайды екен.
1930 жылы бүкіл әлемде 300 млрд кВт-сағат энергия өндірілсе, ал қазір 60 000 млрд кВт-сағат энергия өндірілуде. Бұл өте үлкен көрсеткіш! Адамның энергетикалық сұранысы күннен-күнге өсуде.
Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері-жер асты пайда қазба қорлары-мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың 90% құрайды. Американдық зерттеушілердің айтуынша жер бетіндегі мұнай 2025 жылға дейін жетеді. Қашан болса да, ол бітеді және әрі қарай не болады? Пайдалы қазба қорларының таусылу қарсаңында, олардың бағасы да қарқындап өсуде. Жыл сайын атмосфераға түрлі жанғыш заттардың жануы нәтижесінде 23 млрд тоннаға жуық көмірқышқыл газы бөлініп, сондай мөлшерде оттек сіңіріледі. Атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері 13%-ке өсті, соның салдарынан атмосфера температурасы бірнеше градусқа мөлшерден тыс жоғарылап, мұздықтар еріп, соның салдарынан Дүниежүзінің мұхиттық деңгейі көтеріліп, табиғатта түрлі апаттар болып жатыр. 1980 мен 2004 жылдардың аралығында жер бетінде 14500 табиғат апаттары тіркеліпті, осы апаттардан миллиондаған адамдар қаза болды. Дереу проблеманы шешетін амал табу керек. Бүкіл әлем ғалымдары мен инженерлері ізденістің арқасында баламалы энергия көзін табуды мақсат етіп қойды. Ол сарқылмайтын қалпына келтіретін энергия көздері деп аталады. Оған жел, күн энергиясы, геотермиялық энергия, биомасса, су ағынының энергиясы, мұхиттардағы тасу мен қайту кезіндегі судық көтерілуінен болатын энергиясы жатады. Қалпына келтіретін дәстүрлі емес энергия көздерінің ерекшелігі қор көздері ешуақытта сарқылмайды және экологиялық таза. Бұларды пайдалану табиғат байланыстарын бұзбайды.
Ал менің ұсынысып отырған ғылыми жобамның мақсаты- туындаған проблеманы шешудегі энергетикалық сұранысты қанағаттандыра алатын энергия көзі - жел, күн, биогаз энергияларын пайдалану.
XX ғасырдың басында Н.Е.Жуковский жел двигателі теориясының негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, Желдоңғалағының диематрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел жылдамдығы 5мс соққанда оның қалақшаларының жылдамдығы 14-16мс дейін жетеді. Ал оның диаметрін үлкейте отырып 2000 кВт-қа шейін энергия алуға болады. Мысалы 40 метрлік жел двигателі 2000 кВт энергия өндіреді.
Қазақстанның климаттық жағдайы күн энергиясын пайдалануда қолайлы болып табылады. Жыл сайын күннің түсу ұзақтығы 2200-3000 сағат болса, күн энергиясының көлденең жазықтыққа түсірген қуаты 1280-1869 кВт сағм² екен. Ал шілде айында 1м² келетін көлденең жазықтыққа түсіретін энергия бір күнде 6,4 тен 7,5 кВт-қа өседі. Ал энергетикалық есептеулерге жүгінсек, Күннің Жерге беретін энергиясы, барлық қор көздері беретін энергиядан 5000 есе асып түседі екен. Күн энергетикасының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Күн батареялары қатты зат кремний материалынан жасалынады, бұл жер қойнауындағы оттегінен кейін екінші орындағы ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады.
Фотоэлектрлік станциядағы 30 жылғы 1кг кремний өндіретін энергия, жылу электр станциясындағы 75 тонна мұнай жұмсап өндіретін энергиямен пара-пар. Сондықтан кремнийді 21 ғасырдың мұнайы деп атаса да болады. Күн батареяларының отыны тегін күн сәулесі болып табылады. Ал ерекшелік-терін атасақ, бұл қолданылу мерзімінің ұзақтылығы (30 жыл және одан да көп), олар жөндеуді қажет етпейді, себебі оның механикалық детальдері қозғалмайды, экологиялық таза, жұмыс істеу барысында шуы да естілмейді. Биогаз өміріміздегі көптеген проблемаларды шеше алады: экология-лық, энергетикалық, агрохимиялық. Мысалы далаға кететін қалдықтың қоршаған ортаға жағымсыз әсері зор-ақ. Ал биогазды алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт, электрогенератордың роторларын қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна шөптен қырық пайыздық ылғалдықта 100 м3 биогаз алынады. Ал 1 тонна бидайдан осы ылғалдықта 15 м3 биогаз алуға болады. Көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл күн, жел, биогаз энергиялары - құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де болады.
Қарағанды қаласының экологиялық музей қоғамдық бірлестігі үшінші биогазды қондырғымен құрылысқа кірісті. Ғимарат астына мал үшін шұңқыр қазылған, ол кірпішпен қаланып және нәжіспен толтырылған (ірі бұршақ сабанын, томат және картоп сабағын қолдануға болады). Биомассаны оттексіз жағдайда тұрғызып қояды. Содан кейін метан өзі тікелей түзетін бактерия жұмыс жасайды. Қазақстан-анаэробты жолмен бөлінетін биомасса қорына өте бай,сондықтан мыналарды алуға болады: метан (СН4), көмірқышқыл газы (СО2), егін шаруашылығына қажетіне пайдаланатын органикалық заттар. Қазақстан Республикасында 148 мың ауыл шаруашылығы бар: 131 мың егін шаруашылығы, 9567 мал шаруашылығы, 7 мың қос шаруашылық бар.Осы көрсеткіштерге қарап , Қазақстанда 148 мың биогаздық құрылғы салу қажет- тілігі туындап отыр. 9567 үлкен көлемді құрылғылар (10м3) және қалғандары кішірек болуы тиіс. Қазақстан Республикасында БГҚ- І орналастыруда өте мұқият болған жөн. Оның бәрі мына фактілерге байланысты: Қазақстан Республикасының территориясы үлкендігіне қарамастан халық саны аз, қоныстану аймақтарының әр түрлілігі және континентальды климатының әсері.
Қуат жетіспеушілігі мәселесін шешудің бір амалы - қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағыз балама қуат көздері болып табылады. 2008 жылдың ақпан айындағы Қазақстан халқына жолдауында президент Н.Ә.Назарбаев электр қуатын жаппай үнемдеу қажеттілігіне ерекше назар аударып, кәсіпорындарды қуат үнемдейтін және қоршаған ортаға зиянсыз келетін технологияларды ендіруге күш жұмсауға шақырды. Энергия мен қорларды үнемдейтін технологияларды дамыту барған сайын өзекті мәселеге айналып барады. Қуатты үнемдеу мақсатында, туындаған экологиялық проблемаларды шешу мақсатында мен көгілдір Балқаш көлінің жағасына, өзім оқитын интернаттың жазғы лагерь демалыс орнына желагрегатының комплексін, гелиотехника және биогаз қондырғыларын салуды мақсат етіп қойдым. Балқаш өңірінің соғатын орташа жылдамдығы - 4,8мс. Жел жылдамдығы 5мс соққанда желагрегатының қалақшаларының жылдамдығы 14-16мс дейін жетеді. Диаметрі 15 метрлік 400 кВт-тық жел двигателі 1 сағатта 400 кВт энергия өндіреді. Күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету мақсатында күн коллекторын пайдалану. Осындай сужылытқышты душ және асханаға (ыдыс жууға) пайдалануға болады. 100 л суды қыздыру үшін ауданы 2-3м2 күн коллекторын орнату керек. Ал күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру мақсатында қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелийқондырғыны біз өзіміз жататын үйіміздің төбесіне құрастырып орнықтырсақ, ол 20-30 м2 ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт сағат энергия береді, Ал 1 кВтсағ электроэнергия алу үшін 0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Орта есеппен біз 1 айда 8000 кВт энергия жұмсаймыз. Біз орнататын желқондырғысы мен фотоэлектрлік жүйе, биогаз қондырғысы жеткілікті мөлшерде энергия өндіретіндіктен, қуатты үнемдейміз. Біз бұның тиімділігін айқын көріп отырмыз. Қорыта айтсақ, көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл жел , күн, биогаз энергиялары - құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де болады.
ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ МЕН НЫСАНЫ
8.1. Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды) факторларды анықтайтын әдістер
Биогаз технологиясы оттек болмағанда бактерия әсерінен органикалық заттардың ашуы нәтижесінде түзіледі. Биогаздың түзілу процесі табиғи табиғат құбылысы болып табылады. Биогаздың бары жайында шаруашылықта балшық газ қолданған арғы аталарымыз білген [5].
Биогаз құрамына кұкіртсутек (Н2S), көмірқышқыл газы (СО2) және метан кіреді. Биогаз құрамына кіретін метан улы емес. Ол ауадан жеңіл, тез тұтанады және ауамен (5-15% метан) немесе оттекпен жарылатын қоспа түзеді. Винтиляция болғанда кему әсерінен газ еш жағдайсыз ұшып кетеді. Адамдардың денсаулығы үшін үшін қауіпті десек, күкіртсутек аз мөлшерде кездеседі және жағымсыз иісі арқылы тез білінеді. Күкіртсутек ауадан ауыр болғандықтан газ шыққан кезде тереңге жиналмайды. Концентрациясы жоғары болғанда оның иісін байқамай, оны білу қиынға соғады да, өлердей улануға алып келуі мүмкін, бірақ айта кету керек биогазда күкіртсутек мөлшері өте аз және 1%- тен аспайды. Биогаз құрамына кіретін көмірқышқыл газы (СО2) ауадан ауыр болғандықтан терең қуыстарда жинақталып, тұншығуға алып келуі мүмкін.
Метан бактериялары 0-70ºС аралығында өмір сүруге ыңғайлы.Егер температура жоғарыласа олар өледі, 900 С да өлмейтін кейбір штаммдары бар. Минусты температура болған жағдайда олардың қырылуы байқалмайды, бірақ тіршілік әрекетін тоқтатады. Әдебиеттерде бактериялардың өмір сүру температурасын 3-4ºС белгілейді.
Анаэробты жағдайда органикалық заттар бірнеше шіру этаптарынан өтеді: ацетатқа дейін, С02 және Н2. Метаболизмнің бұл өнімдері метантүзуші бактериялармен қолданылады.
Морфологиясы бойынша бұл бактерияларды таяқшатәрізділер (Methanobacterium), кокка тәрізділер (Methanococcus), сарцина тәрізділер (Methanosarcina) және спирилла тәрізділер (Methanospirillum) деп бөлуге болады.
Сонымен қатар, оған айтарлықтай дәрежеде қоршаған орта да әсер етеді. Бөлінетін газдың айтарлықтай көлемі температураға байланысты: жылу көп болса, органикалық шикізат ферментациясының дәрежесі және жылдамдығы жоғары болады. Нақ осы себепті алғаш биогаз алу қондырғылары жылы климатты елдерде пайда бастады. Жылу оқшаулағыштарды, сонымен қатар кейде ысытылған суды қолдану, қыс кезінде температурасы 20ºС - ге дейін төмендейтін аудандарда биогаз генераторларының құрылысын меңгеруге мүмкіндік береді.
Шикізатқа келесі талаптар қойылады: бактериялардың дамуына қолайлы орта болуы қажет, биологиялық ыдырайтын органикалық заттар және құрамында (90 - 94%) көп мөлшерде су болуы керек. Орта бейтарап және бактерия әрекетіне әсерін тигізетін заттарсыз болуы тиіс: мысалы, сабын, ұнтақ, антибиотиктер.
Биогаз алу үшін өсімдік және шаруашылық қалдықтарын, қи, ағын суларды т.б. қолдануға болады. Ферментация үрдісі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Диплом жұмысы 68 беттен, 17 суреттен, 7 кестеден, 44 әдебиет көздерінен тұрады.
Түйін сөздер: Биогаз, биогаз технологиясы, биогаз технологиясындағы қауіпсіздік.
Жұмыстың мақсаты: Биогаз алу барысындағы өндіру технологиясының қауіпсіздігін қамтамасыз ету болып табылады.
Жұмыстың міндеттері:
Биогазды алу технологиясымен танысу;
Биогаз алу барысындағы қауіпті және зиянды факторларды анықтау;
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру.
РЕФЕРАТ
Дипломная работа изложена на 68 страницах и состоит из 17 рисунков, 7 таблиц и содержит 44 список используемой литературы.
Ключевые слова: Биогаз, технология биогаза, безопасность в процессе технологии.
Цель работы: Выявить уровень безопасности в технологическом процессе получение биогаза.
Задачи исследования:
Определение технологии получение биогаза;
Определение опасных факторов технологии получение биогаза;
Техника безопасности в процессе получение биогаза.
.
ABSTRACT
Thesis is presented on 68 pages and includes 17 figures, 7 tables and contains 44 list of used literature.
Keywords: biogas, biogas technology, safety technology in the process.
Objective: To determine the level of security in the process to obtain biogas.
Objectives of the study:
- Definition of biogas technology;
- Hazards Identification technology biogas;
- Safety in the process of biogas production.
БЕЛГІЛЕУЛЕР МЕН ҚЫСҚАРТУЛАР
БГҚ - биогаз қондырғысы
ЖБГҚ - жекеленген биогазды қондырғының
МТБ - метантотықтырушы (түзуші) бактериялар
БГТБ - биогаз түзуші бактериялар
ОҚ - органикалық қалдықтар
ТЭЖ - термоэлектр жылытқыш
ДЭС - дизельді электр станциясы
ҚС - құс саңғырығы
ІҚМ - ірі қара мал
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
8
ӘДЕБИ ШОЛУ
11
1.1.
Биогаз туралы жалпы мәлімет
11
1.2
Қазақстандағы биогаздың жағдайы
17
2
ЗЕРТТЕУ НЫСАНДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
21
2.1.
Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды)
факторларды анықтайтын әдістер
21
2.2.
Метанды анықтау және оны қауіпсіздендіру
26
2.3.
Көмірқышқыл газын анықтау және оны қауіпсіздендіру
28
2.4.
Қысымды есептеу
33
2.5.
Шаңды анықтау
34
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕСІ ЖӘНЕ ОНЫ ТАЛДАУ
38
3.1
Биогаз алу технологиясымен танысу
38
3.2
Биогаз алу барысындағы қауіпті және зияды
факторларды анықтау
59
3.3
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру
61
ҚОРЫТЫНДЫ
66
ПАЙДАЛАНҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
68
КІРІСПЕ
Энергия тасушы ретiндегi көмiрсутегi шикiзатының табиғи қорларының сарқылу мәселесi кеше пайда болған емес және энергияның жаңа көздерiн iздеу кеше басталған жоқ. Фотоэлектрлiк батареялар, күн жылытушылар, жел және биотермалдық сулар энергиясы негiзiндегi шағын электр станциялары, биомассаны жаңаратын энергия көзi ретiнде пайдалану жөнiндегi әзiрлемелер, көптеген жобалар - бұл өткен жүзжылдықтың 70-шi жылдардың жобалары.
Бүгiнде жаңаратын ресурсты, атап айтқанда биомассаны тарту идеясы бар. Егер өсiмдiктер фотосинтез көмегiмен жыл сайын көмiрсудың 30 миллиард тоннаға жуығын бекiтетiнiн ескерсек, ал мұнайды бiз он есе аз жоямыз, мұнда ойланудың себебi бар [1].
Дипломдық жұмыстың өзектілігі биогаз алу барысында өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Биологиялық ресурстар есебiнен энергетикалық базаны кеңейту нақты жағдайларды мұқият бағалау мен жүйелiк жақындау кезiнде ғана мүмкiн. Биомассаны пайдаланудың ең тиiмдi тәсiлi - кейiннен газдық турбиналарда қосылуымен оны газдандыру болады. Принстон университетiнде жүргiзiлген алдын ала есептеулер, биомассаны газдандыру өнiмдерiнде жұмыс iстейтiн турбогенераторлардың дәстүрлi жылу, ядролық және гидравликалық энергия қондырғыларымен бәсекелесе алатынын көрсеттi. Ондай турбогенераторларды қолданудың ең перспективтi салалары жақын болашақта биомассаның үлкен көлемдерi жинақталған экономиканың салалары (атап айтқанда, қант қамысын өңдейтiн қант және винотемекi зауыттар) болуы мүмкiн. Осылайша, Бразилияда шарап-темекi кәсiпорындарымен биомассаны пайдалану кезде электр энергиясы артылады, оны iске асыру спирттi мұнайдан арзан қылады. Қазiр осы дақылды өсiретiн 80 дамушы елдерде барлық көздермен өндiрiлетiн энергияның 50% тек қант қамысынан өндiрiлуi мүмкiн.
Сонымен бiрге, жеткiлiктi пайдалы болған бактериялық ашыту көмегiмен биологиялық отынды тiкелей өндiру тәсiлi бар. Бұл алу тәсiлi бойынша биогаз деп аталатын ауыл шаруашылығының қалдықтарын метанға айналдыру процесi. Биогаздық қондырғылар - метантанкiлер - анаэробтық метан жасайтын бактериялар (ғаламдық көлемде осы бактериялар Жер бетiндегi биологиялық метанның бiрегей көзi болып табылады) қауымдастықтарын пайдалану негiзiнде әзiрленген.
Ауыл шаруашылығы өндiрiсiнде егiн шаруашылығында органикалық тыңайтқыштардың үнемi жетiспеушiлiгi, мал шаруашылығындағы фермаларда мол қалдықтардың болуы биогазды өндiру үшiн шикiзаттың мәселесiн, ал өңделген шикiзат тыңайтқыштардың жетiспеушiлiгiн, қалдықтар мәселелерiн шешiп электр энергиясымен қамтамасыз ете алады. Биогазға өңделген көң тыңайтқыш ретiнде өте қолайлы, өйткенi одан тамақ iшкен кезде жануарлар iшiне түскен дәндер өспейдi, ал көңде даланы ластайтын арамшөптер өседi [2].
Биогазды алу технологиясының негiзiнде анаэробтық биотехнология жатыр, яғни оттегiнiң толық болмаған жағдайында (метантанкiлерде) өсiмдiк тектес органикалық массаны ферменттеу. Бүкiл дүние жүзiнде дәстүрлi емес энергия ресурстарының көзi ретiнде биогаз жоғары қызығушылық туғызып отыр. Батыс Еуропаның барлық елдерiнде биогазды алу және пайдалану жөнiндегi ұлттық бағдарламалар жасалған.
Осы заманғы техникалық биоэнергетикада органикалық қалдықтарды отын мен энергияның техникалық ыңғайлы түрлерiне айналдырудың екi негiзгi бағыты бар: термохимиялық конверсия (тiкелей өртеу, пиролиз, газдандыру, сұйықтау, синтез); биоконверсия (спирттер, сутегiнi, биогазды, органикалық қышқылдарды, өсiмдiк майларын және т.б.) алу.
Дипломдық жұмыстың мақсаты биогаз алу барысындағы өндіру технологиясының қауіпсіздігін талдау болып табылады. Осы мақсатқа жету үшін төмендегідей міндеттерді орындаймыз:
Биогазды алу технологиясымен танысу;
Биогаз алу барысындағы қауіпті және иянды факторларды анықтау;
Биогаз өндіру кезіндегі техника қауіпсіздігін тексеру.
ӘДЕБИ ШОЛУ
8.1. Биогаз туралы жалпы мәлімет
1982 жылы Мәскеулік Колос баспасынан шыққан, авторлары В. Баадер мен Е. Доне болып табылатын, Биогаз: теория и практика атты еңбекте биогаз туралы жалпы мәліметтер, биогаздық құрылғылар, олардың жұмыс жасау технологиялары көрсетілген. Сонымен қатар, кітап КСРО кезіндегі биогазды өндірісте пайдалану туралы бірегей оққулық болып табылады. Мұндағы мәліметтерге сәйкес:
Биоотын - биологиялық қалдықтарды қайта өңдеу арқылы биологиялық шикізаттан алынған отын. Тағы да басқа целлюлозадан және органикалық әртүрлі типті қалдықтардан алынып бағытталған әр түрлі дәрежедегі өңделген жобалар кездеседі, бірақ бұл технолгоиялар әлі бастапқы кезеңдегі өңдеуде немесе коммерциялылықтануда. Био отындар сұйық түрде (іштен жану қозғалтқыштарына арналған, мысалы, этанол, метанол, биоотын), қатты отын (ағаш, шымтезек, отынды гранулалар, жаңқа, сабан, қауыз) және газ тәрізді отындар (биогаз, сутегі).
Шымтезек. Жоғары ылғалдылық пен ауа жетіспеушілік жағдайларда өсімдіктердің қалдықтарының толық ыдырамауы нәтижесінде түзілген топырақ субстратының бір ерекше түрі торфта өсетін өсімдіктер үшін экологиялық жағдайлар өзіндік ерекше ылғалды климатты аймақтарда, буланудан жауын шашын көп түсетін жерде, әсіресе рельеф пен грунт ерекшеліктерінің әсері тигеннен балшықтану үрдісі жүреді. Балшықтану себебі болатын ылғалдылық артықшылығы арнайы балшық өсімдіктерінің пайда болуына және топырақ үрдісінің ерекше бағыты - шымтезек түзілуіне әкеледі. Шымтезек - жартылай ыдыраған өсімдік қалдықтары қоспасын (ыдырау деңгейіне байланысты мөлшері әртүрлі болуы мүмкін) және аморфты масса - гумификация мен күл сияқты жемісі болып табылады. Шартты түрде шымтезектің құрамында 50%-дан көп емес минералды заттар бар делінеді. Шымтезектің түзілуінде өсу жамылғысы балшықта болатын кез келген өсімдік қатысады (өлең, қамыс бұталар), бірақ қалыпты және сондық шымтезек түзуші - сфагналық мүк [2].
Ағаш -- адамдар бұрыннан қолданатын көне отын. Қазіргі таңда әлемде ағаш өңдеуге немесе биомассаға энергетикалық ормандар қолданады, олар тез өсетін түрлерін алады (теректер, эвкалипт және т.б.). Көп елдерде отын ретінде табиғи балансты ағаштар қолданады, ал олар өз кезегінде орманның жойылуына әкеліп соғады. Ол ағаштар сапа жағынан пиломатериал өндірісіне сәйкес келмейді.
Энергетикалық орман - биологиялық шығарынды түрдегі энерго- тасымалдағыштар (басты түрі көң және т.с.с.) үйдің пешінде және жылу электростанциясының қазандығында арзан электр бере отырып брикеттеледі, кептіреді және жағылады.
Отынды гранулалар - биологиялық түрдегі қалдықтар. Олар өңделмеген немесе минималды дәрежедегі жағуға дайындайтын: үгінділер, жаңқа, қабық, қауыз (лузга), қауыз (шелуха), сабан (солома) және т. б.
Ағаш жаңқасы -- бір өлшемді жұқа ағашты ұсақтау арқылы немесе орманды алдын ала дайындайтын ағаш шабатын орындардағы қалдықтарды немесе мобильді ағаш жонатын машинада немесе стационарлы ағаш жонатын машинаның көмегімен алынған ағаштан қайта өңделген қалдықтар. Еуропада жаңқаны негізі қуаты 1-ден біршама ондаған мегаватт болатын үлкен жылуэлектрстанцияларында жағады. Қатты отындарға отынды торф пен қатты үй қалдықтары және тағы басқа да жатады [3].
1987 жылы Мәскеулік Аргпромиздат баспаснан шыққан Д.М.Бойлстың Биоэнергия: технология, термодинамика, издержки атты еңбегінде биогаз туралы толық мағлұмат береді:
Жер астынан алынатын отындардың азайғандықтан биомассаны қолдану кеңінен дамып келе жатқан және дамыған елдерде қолданыс тауып отыр.
Биомассаның барлық көздерін үш топқа бөлуге болады. Біріншісіне жер үсті өсімдіктерінің энергетикалық мақсаттары үшін әдейі өсірілетіндер жатады.
Биомассалық көздердің екінші тобына әр түрлі органикалық қалдықтар жатады:
-жануарлардың биологиялық қалдығы (үлкен мүйізді жануарлардың қиы, үй құстарының саңғырығы және т.б.)
-ауыл шаруашылық мәдениетіндегі егін орғаннан кейін қалатын қалдықтар.
Үшінші топ-бұл судағы өсімдіктер- теңізді балдырлар, үлкен ламинарлар (бурые балдырлар), сулы гиацинт.
Үй жануарларының экскременттерімен астына төсейтін материалдың қоспасының құрамына байланысты азот, фосфор, калий, магний, темір, көміртегі және микроэлементтер - бор, молибден, кобальт және т.б. Ораша есеппен алғанда 1 тонна әр түрлі үй жануарларынан алған экстрименттерінде 5 кг азот, 2,5 кг фосфор ангидриді (Р205) және 5 кг калий оксиді (К2О ). Одан басқа экстрименттердің құрамына көптеген органикалық заттар да енеді.
Биогаздық технология - қауіпсіздендірудің радикалдық әдісі және әр түрлі өсімдіктер мен жануарлардың органикалық қалдықтарының қайта өндірілуі, осыған қоса жануарлар мен адамдардың тәжірбиелері, бұдан біз жоғары калорий газ тәрізді отындар - биогаз және жоғары эффекті экологиялық таза органикалық тыңайтқыш аламыз. Биогаздық технология - бұл энергетиканың, агрохимияның, экологияның және капиталдың қиын жағдайларының шешімі.
Биогаздық технологияның негізінде, мал қиының және құс саңғырығының анаэробтық (оттексіз) жағдайларда табиғи биологиялық ыдыраудың қиын процесстер жатыр. Ашудың оптимальдік режимін сақтағанда, үнемі шикізатты араластырғанда, бастапқы материалды өз кезегінде салғанда және ашыған материалды алғанда биогаздың шығуы 1м3 реактордан 2-3м3-ке жетеді. Ал құстың саңғырығын қолданғанда - 6м3. Жақсы түсінуге болатын тағы басқа мысалдар келтіруге болады: бір сиыр бір тәулікте 2,5м3 газбен қамтамасыздандырады, семіртілуге қойылған бұқа- 1,6м3, шошқа- 0,3м3, құс-0,02м3.
Метантекте, биомассадағы бар бактериялардың әсерінен органикалық заттардың бір бөлігі метанға (60-70%), көмірқышқыл газдарға (30-40%), күкіртсутектің аз мөлшеріне (0-3%),сонымен қатар сутегінің қоспасына, аммиакқа және азоттың тотықтарына ыдырайды. Биогаз жағымсыз иісті емес.Оның бір куб мөлшеріндегі жану жылуы 25МДж, 0,6л бензин жанғанына, 0,85л спирт жанғанына, 1,7кг отын жанғанына немесе 1,4кВт*сағ электрэнергияның қолдануына эквивалентті. Энергетикалықтан басқа биоконверсиялық процесс тағы бір мәселені шешуіне мүмкіндігі бар. Жай қилардың жер өңдеуінде қолдануына қарағанда, ашыған қиларды қолданғанда, ауыл шаруашылығында 10-15% шығымдылық артады. Бұл анаэробтық өзгертуде минерализация мен азоттық байланыстардың болуымен түсіндіріледі.
Бірақ қазіргі кездегі ең маңызды және биотехнологияның аймақтарындағы болатын басқа аспект - экологиялық. Оны әлі құндылық жағынан және тағы басқа көлемді жақтарынан бағалау қиын, бірақ өкінішке орай, маңызды экологиялық талаптарды дәлелдемейтін кезең енді келді. Микроорганизмдер - метогендер органикалық қалдықтарды (жануарлардың, өсімдіктердің, муниципальді және тағы басқалар) биогазға айналдыру мүмкіндігі бар, оргаминералді заттар және басқа да пайдалы, ең бастысы зиянсыз және залалсыздандырылмаған заттар. Биотехнологияны метаногендерді қолдануында экологиялық деп батыл айтуға болады. Бұл биотехнология заттың және энергияның биосфералық айналудағы табиғи процестерге негізделген және биосфераға потенциалды зиян келтіретін заттарды пайдалы заттарға айналдыруғу бағытталған.
Ең қарапайым биогаздық құралды қиға толы ор тәрізді елестетуге болады, газ шығару потрубкалы колпакпен жабылған. Мұндай қолдану қиды ашыту үшін температуралық режиммен технологиялық талаптар дәл келетін мемлекеттерде қолданылады: Индияда, Индокитайдың мемлекеттерінде және Китайдың оңтүстік провинцияларында бұл тәсіл миллиондап қолданылады.
2013 жылы Мәскеу баспасынан шыққан Научное обозрение журналында Беспалов В.И., Адамян Р.Г. жасаған Задачи выбора территории для полигонов по захоронению ТБО в условиях г. Еревана Республики Армения атты ғылыми мақаласында биоотын туралы мынадай анықтама берілген:
Биогаз технологиясы өндіру бойынша қондырғысының құрылысы басқа жағдайлар кезінде атмосфераны ластап ауруларға алып келетін токсикалық заттар да өңделетін қалдықтарға тән заттар да өтпейтіндей етіп құралғаның айтып кету маңызды. Биогазды органикалық қалдықтардан алу - бұл тек қана өзіндік газ көзі емес. Органикалық қалдықтарды (ОҚ) газ және тыңайтқыштарға биогазды қондырғыларының көмегімен өңдеу - бұл ең алдымен қауіпті қоқыстан құтылу мен одан зиян емес пайда алудын экологиялық әдіс.
Биогаз технологиясы оттек болмағанда бактерия әсерінен органикалық заттардың ашуы нәтижесінде түзіледі. Биогаздың түзілу процесі табиғи табиғат құбылысы болып табылады. Биогаздың бары жайында шаруашылықта балшық газ қолданған арғы аталарымыз білген [5].
2009 жылы Катмандуда, Непалдағы 10-12 қараша аралығында жүргізліген International Workshop on Domestic Biogas атты конференциясында Workshop Report December сериялық баспасы арқылы жарияланған бойынша, биогаз ол:
Биогаз негізінде -- тозақтың қойыртпағы. Оның негізгі құраушылары: метан (55-70%) және көмірқышқылгазы (28-43%); аздағанмөлшерде бұл жерде басқалары да бар, сондай-ақ химиялық агрессивті түрлері де табылады. Мысалы, күкірттісутегі(сероводород). Биогаз алу үшін бұларды ескермесе болмайды. Орташа есеппен 1 кг органикалық заттан 70% тік биологиялық шіру процесі кезінде 0,18 кг метан, 0,32 кг көмірқышқылы, 0,2 кг су және 0,3 кг ыдрамайтын қалдықтар алынады.
Органикалық қалдықтардың ыдырауы(шіруі) биогаз бөліну арқылы жүреді. Ол әрине белгілі бір топтағы бактериялардың қатысуымен болады да, әрекеттің тезірек жүруіне қоршаған ортаның әсері мол болмақ. Таратып айтсақ - температура. Жылырақ болса, органикалық шикізаттың ферменттелу дәрежесі мен жылдамдығы артады.
Барлық жердегі орта Ташкенттегі немесе Шымқаладағыдай болмағандықтан - осы жағына көңіл бөліну керек, яғни ыдыратуға(шірітуге) жиылған органикалық қалдықтардың ыдырауына себекер орта жасауға тырысуымыз керек. Қидың ыдырау кезінде бөлінетін жылуды дұрыс қолдансақ бұл мәселе оңай шешілмек. Газ шығаратын орталық қондырғыны - былайша айтқанда метантанкті жасауда сол қидың маңызы зор болмақ. Ал оны екі қайтара, алдымен электрдәнекерлегішпен екінші рет(сенімділік үшін) газдық дәнекрлегішпен қалыңдығы 2...5-мм-лік тоттанбайтын темірден жасалады. Биогаз қондырғысын шикізатпен толықтырып отыратын орын және ыдырамай қалған қалдықтарды алатын орын ойластырылуы керек...
Электрондық ресурстарда пайда болған 2012 жылғы №5 Современные научные исследования и инновации атты конференцияда талғыланған Лаврухина О.С. Стимуляторы выработки биогаза атты ғылыми мақаласында биогаз технологиялар ытуралы мынадай мәліметтер кездеседі:
Химиялық реакциялар кезінде энергия бөлінеді немесе сіңіріледі. Егер энергия жылу түрінде бөлініп немесе сіңірілетін болса, ондай реакциялар жылу эффектілері көрсетілген химиялық реакция теңдеулері арқылы жазылып көрсетіледі, бұнда әрекеттесуші заттардың фазалық құрамы көрсетілуі екрек.
Жылу бөліп жүретін химиялық реакциялар экзотермиялық, ал жылу сіңіре жүретін реакциялар эндотермиялық деп аталады. Реакциялар жылу эффектісін термохимия зерттейді. Термохимияда реакцияның жылу эффектісі Q деп белгіленеді және кДж - мен өлшенеді. Энергияның бір пішінінен екіншісіне ауысуын және денелердің бір жиынтығынан екіншілеріне ауысуын, сонымен бірге берілген жағдайда химиялық және фазалық процестердің жүру тереңдігін зерттейтін термохимия химиялық термодинамиканың маңызды бөлімі болып табылады. әрбір жеке зат немесе олардың жиынтығы термодинамикалық жүйені құрайды. Егер термодинамикалық жүйе қоршаған ортамен не затпен, не энергиясымен алмаспайтын болса, оны оқшауланған деп атайды. Қоршаған орта әсерін ескермейтін процестерді қарастырғанда осындай идеалдандырылған жүйе физикалық абстракция ретінде қолданылады. Қоршаған ортамен тек энергиясы арқылы алмасатын жүйе жабық деп аталады. Егер энергетикалық және материалдық алмасу мүмкін болса - жүйе ашық 1.
Жүйенің күйі термодинамикалық параметрлермен анықталады - температурамен, қысыммен, концентрациямен, көлеммен т.б. жүйені сипаттайтын басқа қасиеттері де бар: ішкі энергия U, энтальпия Н, энтропия S, Гиббс энергиясы G. Бұлардық реакция кезінде химиялық өзгерісі жүйе энергетикасын сипаттайды. Жүйенің аталған қасиеттері температурадан, қысымнан, концентрациядан тәуелді, сондықтан оларды күйдің функциясы деп атайды. Олар процестің жолынан тәуелсіз, жүйенің бастапқы және соңғы күйімен анықталады.
Жүйенің ішкі энергиясы U молекулалар қозғалысы мен әрекеттесулері энергиясы, молекуладағы байланыс энергиясы, электрондар мен ядролар қозғалысы мен әрекеттесу энергиясы қосындылары болып табылады...
2001 жылы 16 тамызда Казахстанская правда газетінің №192 санындағы Н.Тодорованың Энергия ... из мусорной кучи? атты мақаласында биология турал былайша ойлар білдіріледі:
Соңғы жылдары энергияны альтернативті және тиімді жолдармен алу мәселелері өте кең қарастырылады. Бұнда жалпы биогаз жайлы ақпарат, оның құрамы, биогаздың түзілу механизмі, шығу тарихы, басқа елдерде биогазды алу әдістері, қолданылуы және әр түрлі биогазды қондырғылар қарастырылды. Органикалық өңдеуде биогаз технологиясын қолдану экологиялық қатерді тоқтатып қана қоймай, жыл сайын процесс нәтижесінде қосымша 95 млн. т шартты жанғыш заттар алуға болатынын 90 - шы жылдар басында дәлелденген.
Биогаз - газдар қоспасы. Оның негізгі компоненттері: метан (СН4) - 55 - 70%, көмірқышқыл газы (СО2) - 28 - 43%, сонымен қатар өте аз мөлшерде басқа газдар, мысалы күкірттісутек (Н2S).
Витаминдер - минералдар.
Биоконверсия процессі энергетикалық сұрақтан басқа, тағы екі сұрақты шешуге қол жеткізеді. Біріншіден - шіріген қый жер құнарлығы мен өнімділігін 10-20% көтереді. Себебі, анаэробты шіру кезінде минералдану және азот қосылыстарының бөлінуі жүреді. Екіншіден - шіру кезінде, қыйдың құрамында әрқашан болатын арам шөптердін тамырлары, гельминттердің жұмыртқалары және жағымсыз иіс жойылады, басқаша айтқанда экологиялық тазалық эффектісі пайда болады.
Бүгінгі күнде Европада анаэробты шіру қондырғылардың - 44%, Солтүстік Америкада - 14%. ЕО елдерінде жұмыс істейтін биогазды қондырғыларын бірнеше топқа бөлуге болады. Олардың ішінен ең негізгі үшеуі: агротамақтық топ (67,5%), тамақтық емес өндіріс тобы (15%) және өндірістік емес топ (9,6%).
Данияда 1999 жылдың Қазан айына дейін 1984-1998 жылдары арасында салынған 20 орталандандырылған биогазды қоңдырғы жұмыс істеген. Орталандандырылған биогазды қондырғылардың (заводтардың) негізгі концепциясы, ол бірнеше жақын жатқан ауыл аймақтардан шикізатты жеткізу. Ал көктемде шіріген өнімді сол ауыл аймақтарына жер тыңайтқыш ретінде жеткізіледі. Орталандандырылған биогазды қоңдырғыларынан басқа Дания үкіметі 1994 жылдан бастап көлемі 150-200 м3, аз көлемді фермерлік қондырғыларын салу концепциясын қолдауда.1997 жылы Данияда 20 аз көлемді фермерлік қондырғы, жылу- және электрэнергиясын шығарып, жұмыс істеді.
Германияда 400-ге жуық метантенк көлемі 600-800 м3 аз көлемді фермерлік қондырғы жұмыс істеуде. 1995 жылдан 1998 жылға дейін 8 орталандан-дырылған биогазды қоңдырғы салынды. 1998 ж. басында метантенктер көлемінің қосындысы 190 мың м3 құрады.
Австрияда 1997 ж. дейін 46 аз көлемді фермерлік қондырғылар жұмыс істеді. 1997 ж. тағы 10 фермерлік және 5 үлкен қоңдырғы ашылды.
2000 ж. Калифорнияда энергетикалық тапшылық болған себебтен, жергілікті ауылшаруалары электрэнергияны қыйдан жасай бастады.
Ең алғаш рет электрэнергияны қыйдан алу 25 жыл бұрын пайда болды, бірақ тиімділігі төмен болғандықтан аса таралмады. Соңғы жылдары Сан-Луи Обиспо (Калифорния) қаласындағы университетінің зерттеушілер тобы сол мәселені дамытты.
Профессор Даг Уильямс осы университеттің академиялық бағдарламасы аясында электрэнергиясы қыйдан алынатын 200 сүт фермада бақылау жүргізді. Бақылаулар нәтижесінде ірі қара малдың қыйы, белгілі реакциялар және процесстердің әсерінен метан және көмірқышқыл газын беретінін анықтады. Кейін алынған метан электрэнергияны алуда қолданылады...
2001 жылға жастардың экологиялық-құқықтық Я и Земля журналында жарияанған Л.Тонкобаевтың В этом доме - биогаз атты мақаласынан үзінді:
... Металдан жасалған цилиндрге ұқсайтын ыдыс -- метантенк - құюға арналған көмейі бар, төгуге арналған кран, механическалық қотарсытырғыш және биогаз бөлінетін түтік бәрі бір ыңғайлы конструкция рет інде құрастырылады (Суретті қара). Құрастыруға ең ыңғайлы ыдыс - сізге қажет көлемдегі химиялық тыңайтқыштардың босаған ыдысы келеді, қолданылатын қосымша тетіктерімен құрамдары тотбаспайтын материалдана жасалғаны абзал. Ескеретін нәрсе -- газшығаратын орталық аэробондық ферменттегіштің ішіне орналасатыны, ал оны төрбұрыш етіп жасауға да болады(яғни тақтайлар қолдансақта болады).
Ферменттеушінің екі бүйірлік қабырғалары ашылатын болуы керек - ыдырап болған қалдықтарды алуды жеңілдетеді. Едені решеткаланып жасалады. Оның астында орналасқан технологиялық канал арқылы ыстық ауа айдалады. Оның әдістері көп.
Ферменттеушінің үсті тақтай қалқанмен жабылады. Жылу сақтау мақсатында қабырғаларымен едендеріне керамзит сияқты материалдар қолданылады.
Метантенкке көмейі арқылы алдын ала іріқараның сідігіне езіліп жасалған қи құйылады. Технологиялық шикізаттың ылғалдылығы 88-92% мөлшерінде болуы керек. Ал енді бұл қойыртпақтың деңгейі құюға арналған көмейдің төменгі бөлігі шамасында болуы керек Аэробондық ферменттеушіні жоғарғы ашылатын бөлігінен қатқыл қимен немесе сол қиды қашекпен, қалдық шөптермен араласқан түрімен толтырылады.Ылғалдығы 65-69%.
Ауаның әсерінен ферменттеушідегі қалдықтар органикаға ыдырап жылу бөліне бастайды. Бұл жылу метантенкті қыздыруға әбден жеткілікті, оның ішіндегілер араластырылып отырады (Конструкцияда ол ойластырылып қойылған, сондайақ физикалық құбылыс - конвекцияныңда әсері мол). Осылайша биогаз бөліне бастайды. Ол газ метантенктің жоғарғы бөлігіне жиналады. Арнайы қойлған түтікше арқылы биогазды магистральға бағыттаймыз да әрі қарай қолдана береміз.
Ал енді осындай биогаздық қондырғыны қолданыс барысында биохимиялық тепетеңдікті сақтауға көңіл бөлінуі керек. Кейбір жағдайларда аэробондық ферменттелу процесі кезіндегі қышқыл түзуге қатысатын бактериялардың жылдамдығы сол қышқылды әрі қарай қорытатын басқа топтағы бактериялардың жылдамдығынан жоғары болуы мүмкін ғой. Мұндай жағдайда қойыртпақтың қышқылдығы артады да биогаздың бөліну мөлшері азайып кетеді. Мәселе күнделікті қосылатын шикізаттың көлемін азайту арқылы немесе оның еру қабілетін күшейту(мүмкіндігінше ыстық су құю ) арқылы шешіледі. Тағы бір әдісі езілген әк немесе ас содасын қосып қышқылдықты азайту.
Биогаздың өнімділігі көміртекпен азоттың пропорциясы бұзылғанда да байқалады. Ондай жағдайда метантенкке құрамында азоты бар - мал сідігі немесе аз мөлшерде аммоний тұзы(химиялық тыңайтқыш (50-100 г бір текшеметр шикізатқа).
Сондай ақ ылғалдылықтың артық болмауын және күкірттісутектің(сероводород)(ол биогазда 0,5% ) мөлшерден артық болғаны қондырғының металл бөліктерінің шіруіне себеп болатынын ұмытпау керек. Яғни тиянақтылықпен қадағалап отыруымыз қажет. Кейбір кінәраттарды мұқият сырлауымыз керек (ең жақсысы құрамында қорғасыны бар сурик - екі қайтара сырлап, артынан кез келген майлы сырмен тағы екі рет жабу керек).
Спектр журналында 2002 жылға №3 сериясында жарияланған Л.Охотников пен Светлана Баскакованың Развитие новых технологии. Что такое биогаз? атты мақаласында заманауи биогаздың дамуы туралы мынадай ойлар айтылады:
Биомасса өте эффективті қалпына келетін энергия көзі болып табылады.
Биомассалық ресурстар дүние жүзінің барлық аудандарында кең тараған және олардың әрқайсысын шығарып өңдеуге болады. Қазіргі уақытта осы био- массаның арқасында жалпы дүниежүзілік энергетикалық қолданыстың 6-10 пайызын жабуға болады. Жыл сайын жер бетінде фотосинтез процессы арқылы 40 млрд. тоннаға жуық мұнай және 120 млрд. тонна органикалық шикізат алынады. Биомассаны адам тұрмысында мына бағыттармен қолдануға болады: тікелей жандыру немесе ауылды жерлерде әр түрлі органикалық қалдықтардан биогаз алу. Биомасса, оның ішінде әсіресе ағаш отыны ауыл тұрғндарына жалғыз қолайлы энергия көзі. Ағаш отын жылына жер бетінде 2 млрд. адам - ның сұранысын қанағаттандыра алады. Биомасса жер бетінің жылдық өнімінің жетіден бірін құрайды. Ал сапасы жағынан табиғи газбен бәсекелесе үшінші орынды иеленіп отыр. Биомасса энергетикасы ядролық энергетикадан төрт есе көп энергия береді. Еуропалық одақ мемлекеттерінде 1992 жылғы био-массаның өнімі жалпы энергетикалық өнімнің 55 пайызын құрайды.
Биомасса энергиясы Португалия, Франция, Германия, Дания, Италия және Испания сияқты мемлекеттерінде кеңінен қолданылады. Еуропалық одақ мемлекеттерінде жылына мұнайдың эквивалентті 100-120 млн. тоннаға тең биоэнергия алынады. Сондай-ақ биомассалық шикізатты жылына 250 тонна көлемінде әртүрлі энергетикалық плантациялардан алуға болады.
Биогаз алу биомассаны өндірудің ең ерекше де тиімді түрі болып табыла- ды. Биогаз ауыл шаруашылығында ерекше роль атқарады. Себебі ауыл шаруа- шылығында пайда болатын биомассаны өндіру арқылы жетпіс пайыздық метан және егін шаруашылығына пайдалы органикалық заттар алуға болады. Биогаз өндірудің ендігі бір ерекше қасиеті оны өндіргендегі шығатын артық улы газдың мөлшері мұнай өндіргендегі шығатын газдан әлдеқайда аздығында. Биогаз алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт, электрогенератордың роторларын қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна шөптен қырық пайыздық ылғалдықта 15 м3 биогаз алуға болады. Ал 1 кВтсағ электроэнергия алу үшін 0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Украинада тек шошқа және құс фабрикаларының өзінен шамамен 3 млн. тонна органикалық қалдықтар түзіледі. Одан 1 млн. тонна биогаздан 8::109 кВт ::сағ электроэнергия алуға болады.
8.2. Қазақстандағы биогаздың жағдайы
Жыл сайын әлемдегі әрбір қала тұрғыны 250-300 кг қатты тұрмыстық қалдықтар (ҚТҚ) өндіреді екен. Жаһандану үрдісі белең алған бүгінгі шақта одан ауыл тұрғындары да кенде қалып жатқан жоқ.
Қазір қазақ даласында 22 миллиард тонна қалдықтар мен қоқыс жиналыпты. Оның 16 миллиард тоннасы техногендік-минералдық қалдықтар болса, 6 миллиард тоннасы адам ағзасына аса қауіпті химиялық қалдықтар екен.
Қасіреті қалың қазақ даласында бүгінге дейін жиналған 22 млрд. тонна қалдықтың 96 миллион тоннасы қатты тұрмыстық қалдықтар екен.
Қазақстандағы ҚТҚ мен күл-қоқыстың 97 пайызы далаға төгіледі. Тек 3 пайызы ғана өртеледі. Ал Германияда ҚТҚ мен күл-қоқыстың 30 пайызы, Жапонияда 30 пайызы, АҚШ-та 27 пайызы, Швейцарияда 25 пайызы қайта өңделеді. Яғни, бүкіл өркениетті әлем ҚТҚ мен күл-қоқысты қайта өңдеу немесе азайту мақсатында мүмкіндігінше жұмыс жасап жатыр. Соңғы жылдары Қазақстанда да күл-қоқыс өңдейтін зауыттар салу жөнінде бірнеше жобалар белгіленді. Өкінішке орай, әлі күнге дейін бұл жобалар іс жүзіне асырылған жоқ.
Алматы қаласында жинақталған тұрмыстық қалдықтардың көлемі 230 мың тоннаны құрайды. ҚТҚ жиналған полигондардан болатын негізгі қатер ауа қойнауының биохимиялық үрдістер кезінде пайда болатын улы лас заттармен былғануы жиналған қалдықтардың (биогаз) таралуы полигондағы қалдықтар орнын жапқаннан кейін де ондаған жылдарға созылады.
Аймақтағы ауаны ластайтын заттардың жалпы құрамы, сақталатын қалдықтардың түріне байланысты болады. Негізгі құрамынан басқа (метан және көмірдің екі тотығы) биогаздың құрамына аммиак, этилмеркаптан, ацетальдегид, ацетон, бензол, аргон, гаптан, толуол қатысады. Полигонның ауа ортасына антропогенді заттардың әсері, көпкезеңді және көпсебепті. Сондықтан биогаздың пайда болу заңдылықтарының негізгі элементтерін толыққанды анықтау биогазға ықпал ететін температура, ылғалдылық, көміртектің үлесі сияқты және қалдықтардың элементтерінің құрамынада байланысты болады.
Мамандардың мәлеметі бойынша полигондағы (даладағы) қалдықтардың құрылымын бұзу нәтижесінде, сонымен қатар ауасы ластанған аймақтарға тікелей жақын тұратын жерлердегі биогаз құрамы 150-ден 600 мгм³қ .райды. Бұл құрам рұқсат етілген гигиеналық қалыпттан біршама жоғары. Мекен-жайларда биогаз қалдығындағы көміртек тотығының тиісті мөлшері = 50 мгм³ болуы тиіс, демек бізде 3-12 есе артық.
Бүгінгі күнде адамдардың тұрмыс тіршілігі табиаттағы басқару арқылы, жақсартуға ұмтылу және жаңа өндірістерді дамытудың салдары айнала қоршаған ортаға экологиялық проблемалар тудыруда. Адам баласына кейінгі кезде энергия жетпейді. Газет, журнал беттерінде энергетикалық кризис жайлы мақалаларды жиі кездестіреміз. Мұнай үшін кейбір мемлекеттер бір-бірімен жауласып жатса, ал кейбіреулері экологиялық дағдарысқа, құлдырауға ұшырайды екен.
1930 жылы бүкіл әлемде 300 млрд кВт-сағат энергия өндірілсе, ал қазір 60 000 млрд кВт-сағат энергия өндірілуде. Бұл өте үлкен көрсеткіш! Адамның энергетикалық сұранысы күннен-күнге өсуде.
Бүгін біздің пайдаланып отырған энергия көздері-жер асты пайда қазба қорлары-мұнай, көмір, табиғи газ барлық энергоқорлардың 90% құрайды. Американдық зерттеушілердің айтуынша жер бетіндегі мұнай 2025 жылға дейін жетеді. Қашан болса да, ол бітеді және әрі қарай не болады? Пайдалы қазба қорларының таусылу қарсаңында, олардың бағасы да қарқындап өсуде. Жыл сайын атмосфераға түрлі жанғыш заттардың жануы нәтижесінде 23 млрд тоннаға жуық көмірқышқыл газы бөлініп, сондай мөлшерде оттек сіңіріледі. Атмосферадағы көмірқышқыл газының мөлшері 13%-ке өсті, соның салдарынан атмосфера температурасы бірнеше градусқа мөлшерден тыс жоғарылап, мұздықтар еріп, соның салдарынан Дүниежүзінің мұхиттық деңгейі көтеріліп, табиғатта түрлі апаттар болып жатыр. 1980 мен 2004 жылдардың аралығында жер бетінде 14500 табиғат апаттары тіркеліпті, осы апаттардан миллиондаған адамдар қаза болды. Дереу проблеманы шешетін амал табу керек. Бүкіл әлем ғалымдары мен инженерлері ізденістің арқасында баламалы энергия көзін табуды мақсат етіп қойды. Ол сарқылмайтын қалпына келтіретін энергия көздері деп аталады. Оған жел, күн энергиясы, геотермиялық энергия, биомасса, су ағынының энергиясы, мұхиттардағы тасу мен қайту кезіндегі судық көтерілуінен болатын энергиясы жатады. Қалпына келтіретін дәстүрлі емес энергия көздерінің ерекшелігі қор көздері ешуақытта сарқылмайды және экологиялық таза. Бұларды пайдалану табиғат байланыстарын бұзбайды.
Ал менің ұсынысып отырған ғылыми жобамның мақсаты- туындаған проблеманы шешудегі энергетикалық сұранысты қанағаттандыра алатын энергия көзі - жел, күн, биогаз энергияларын пайдалану.
XX ғасырдың басында Н.Е.Жуковский жел двигателі теориясының негізін қалады, осы теорияны негіздей отырып әлсіз желдің ырғағынан жұмыс істелетін жоғары өнімді жетілдірілген желагрегаттардың конструкциялары жасалынды, Желдоңғалағының диематрі үлкен болған сайын соққан желдің үлкен ағысын қамтиды және агрегат неғұрлым үлкен энергия өндіреді. Жел жылдамдығы 5мс соққанда оның қалақшаларының жылдамдығы 14-16мс дейін жетеді. Ал оның диаметрін үлкейте отырып 2000 кВт-қа шейін энергия алуға болады. Мысалы 40 метрлік жел двигателі 2000 кВт энергия өндіреді.
Қазақстанның климаттық жағдайы күн энергиясын пайдалануда қолайлы болып табылады. Жыл сайын күннің түсу ұзақтығы 2200-3000 сағат болса, күн энергиясының көлденең жазықтыққа түсірген қуаты 1280-1869 кВт сағм² екен. Ал шілде айында 1м² келетін көлденең жазықтыққа түсіретін энергия бір күнде 6,4 тен 7,5 кВт-қа өседі. Ал энергетикалық есептеулерге жүгінсек, Күннің Жерге беретін энергиясы, барлық қор көздері беретін энергиядан 5000 есе асып түседі екен. Күн энергетикасының келешегі зор, экологиялық таза, қоры ешуақытта сарқылмайды, әрі арзан, тиімді. Күн батареялары қатты зат кремний материалынан жасалынады, бұл жер қойнауындағы оттегінен кейін екінші орындағы ең көп таралған элементтердің бірі болып табылады.
Фотоэлектрлік станциядағы 30 жылғы 1кг кремний өндіретін энергия, жылу электр станциясындағы 75 тонна мұнай жұмсап өндіретін энергиямен пара-пар. Сондықтан кремнийді 21 ғасырдың мұнайы деп атаса да болады. Күн батареяларының отыны тегін күн сәулесі болып табылады. Ал ерекшелік-терін атасақ, бұл қолданылу мерзімінің ұзақтылығы (30 жыл және одан да көп), олар жөндеуді қажет етпейді, себебі оның механикалық детальдері қозғалмайды, экологиялық таза, жұмыс істеу барысында шуы да естілмейді. Биогаз өміріміздегі көптеген проблемаларды шеше алады: экология-лық, энергетикалық, агрохимиялық. Мысалы далаға кететін қалдықтың қоршаған ортаға жағымсыз әсері зор-ақ. Ал биогазды алудың экономикалық бағаланулары бүгінгі күні ақталуда. Биогазды жарықтандыруға, үй жылытуға, тамақ пісіру, транспорт, электрогенератордың роторларын қозғалту мақсатында қолданады. Ғалымдардың есептеуінше 1 м2 аумақты жылыту үшін жылына 45 м3 биогаз қажет, ал су жылыту үшін күніне 5-6 м3 биогаз керек. Бір тонна шөптен қырық пайыздық ылғалдықта 100 м3 биогаз алынады. Ал 1 тонна бидайдан осы ылғалдықта 15 м3 биогаз алуға болады. Көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл күн, жел, биогаз энергиялары - құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де болады.
Қарағанды қаласының экологиялық музей қоғамдық бірлестігі үшінші биогазды қондырғымен құрылысқа кірісті. Ғимарат астына мал үшін шұңқыр қазылған, ол кірпішпен қаланып және нәжіспен толтырылған (ірі бұршақ сабанын, томат және картоп сабағын қолдануға болады). Биомассаны оттексіз жағдайда тұрғызып қояды. Содан кейін метан өзі тікелей түзетін бактерия жұмыс жасайды. Қазақстан-анаэробты жолмен бөлінетін биомасса қорына өте бай,сондықтан мыналарды алуға болады: метан (СН4), көмірқышқыл газы (СО2), егін шаруашылығына қажетіне пайдаланатын органикалық заттар. Қазақстан Республикасында 148 мың ауыл шаруашылығы бар: 131 мың егін шаруашылығы, 9567 мал шаруашылығы, 7 мың қос шаруашылық бар.Осы көрсеткіштерге қарап , Қазақстанда 148 мың биогаздық құрылғы салу қажет- тілігі туындап отыр. 9567 үлкен көлемді құрылғылар (10м3) және қалғандары кішірек болуы тиіс. Қазақстан Республикасында БГҚ- І орналастыруда өте мұқият болған жөн. Оның бәрі мына фактілерге байланысты: Қазақстан Республикасының территориясы үлкендігіне қарамастан халық саны аз, қоныстану аймақтарының әр түрлілігі және континентальды климатының әсері.
Қуат жетіспеушілігі мәселесін шешудің бір амалы - қуатты үнемдеу. Қуатты үнемдеуге бағытталған шаралар Қазақстандағы нағыз балама қуат көздері болып табылады. 2008 жылдың ақпан айындағы Қазақстан халқына жолдауында президент Н.Ә.Назарбаев электр қуатын жаппай үнемдеу қажеттілігіне ерекше назар аударып, кәсіпорындарды қуат үнемдейтін және қоршаған ортаға зиянсыз келетін технологияларды ендіруге күш жұмсауға шақырды. Энергия мен қорларды үнемдейтін технологияларды дамыту барған сайын өзекті мәселеге айналып барады. Қуатты үнемдеу мақсатында, туындаған экологиялық проблемаларды шешу мақсатында мен көгілдір Балқаш көлінің жағасына, өзім оқитын интернаттың жазғы лагерь демалыс орнына желагрегатының комплексін, гелиотехника және биогаз қондырғыларын салуды мақсат етіп қойдым. Балқаш өңірінің соғатын орташа жылдамдығы - 4,8мс. Жел жылдамдығы 5мс соққанда желагрегатының қалақшаларының жылдамдығы 14-16мс дейін жетеді. Диаметрі 15 метрлік 400 кВт-тық жел двигателі 1 сағатта 400 кВт энергия өндіреді. Күн энергиясын ішкі энергияға түрлендіру арқылы жылумен қамтамасыз ету мақсатында күн коллекторын пайдалану. Осындай сужылытқышты душ және асханаға (ыдыс жууға) пайдалануға болады. 100 л суды қыздыру үшін ауданы 2-3м2 күн коллекторын орнату керек. Ал күн энергиясын электр энергиясына түрлендіру мақсатында қуаты 2-3 кВт-тан тұратын кремнийлі фототүрлендіргіш гелийқондырғыны біз өзіміз жататын үйіміздің төбесіне құрастырып орнықтырсақ, ол 20-30 м2 ауданды қамтиды, ал жылына 2000 кВт сағат энергия береді, Ал 1 кВтсағ электроэнергия алу үшін 0,7- 0,8 м3 биогаз қажет. Орта есеппен біз 1 айда 8000 кВт энергия жұмсаймыз. Біз орнататын желқондырғысы мен фотоэлектрлік жүйе, биогаз қондырғысы жеткілікті мөлшерде энергия өндіретіндіктен, қуатты үнемдейміз. Біз бұның тиімділігін айқын көріп отырмыз. Қорыта айтсақ, көмірсутегі қорларының таусылу кезеңінде бұл жел , күн, биогаз энергиялары - құндылығы ерекше бізге табиғаттың берген сыйы десе де болады.
ЗЕРТТЕУ ӘДІСТЕРІ МЕН НЫСАНЫ
8.1. Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды) факторларды анықтайтын әдістер
Биогаз технологиясы оттек болмағанда бактерия әсерінен органикалық заттардың ашуы нәтижесінде түзіледі. Биогаздың түзілу процесі табиғи табиғат құбылысы болып табылады. Биогаздың бары жайында шаруашылықта балшық газ қолданған арғы аталарымыз білген [5].
Биогаз құрамына кұкіртсутек (Н2S), көмірқышқыл газы (СО2) және метан кіреді. Биогаз құрамына кіретін метан улы емес. Ол ауадан жеңіл, тез тұтанады және ауамен (5-15% метан) немесе оттекпен жарылатын қоспа түзеді. Винтиляция болғанда кему әсерінен газ еш жағдайсыз ұшып кетеді. Адамдардың денсаулығы үшін үшін қауіпті десек, күкіртсутек аз мөлшерде кездеседі және жағымсыз иісі арқылы тез білінеді. Күкіртсутек ауадан ауыр болғандықтан газ шыққан кезде тереңге жиналмайды. Концентрациясы жоғары болғанда оның иісін байқамай, оны білу қиынға соғады да, өлердей улануға алып келуі мүмкін, бірақ айта кету керек биогазда күкіртсутек мөлшері өте аз және 1%- тен аспайды. Биогаз құрамына кіретін көмірқышқыл газы (СО2) ауадан ауыр болғандықтан терең қуыстарда жинақталып, тұншығуға алып келуі мүмкін.
Метан бактериялары 0-70ºС аралығында өмір сүруге ыңғайлы.Егер температура жоғарыласа олар өледі, 900 С да өлмейтін кейбір штаммдары бар. Минусты температура болған жағдайда олардың қырылуы байқалмайды, бірақ тіршілік әрекетін тоқтатады. Әдебиеттерде бактериялардың өмір сүру температурасын 3-4ºС белгілейді.
Анаэробты жағдайда органикалық заттар бірнеше шіру этаптарынан өтеді: ацетатқа дейін, С02 және Н2. Метаболизмнің бұл өнімдері метантүзуші бактериялармен қолданылады.
Морфологиясы бойынша бұл бактерияларды таяқшатәрізділер (Methanobacterium), кокка тәрізділер (Methanococcus), сарцина тәрізділер (Methanosarcina) және спирилла тәрізділер (Methanospirillum) деп бөлуге болады.
Сонымен қатар, оған айтарлықтай дәрежеде қоршаған орта да әсер етеді. Бөлінетін газдың айтарлықтай көлемі температураға байланысты: жылу көп болса, органикалық шикізат ферментациясының дәрежесі және жылдамдығы жоғары болады. Нақ осы себепті алғаш биогаз алу қондырғылары жылы климатты елдерде пайда бастады. Жылу оқшаулағыштарды, сонымен қатар кейде ысытылған суды қолдану, қыс кезінде температурасы 20ºС - ге дейін төмендейтін аудандарда биогаз генераторларының құрылысын меңгеруге мүмкіндік береді.
Шикізатқа келесі талаптар қойылады: бактериялардың дамуына қолайлы орта болуы қажет, биологиялық ыдырайтын органикалық заттар және құрамында (90 - 94%) көп мөлшерде су болуы керек. Орта бейтарап және бактерия әрекетіне әсерін тигізетін заттарсыз болуы тиіс: мысалы, сабын, ұнтақ, антибиотиктер.
Биогаз алу үшін өсімдік және шаруашылық қалдықтарын, қи, ағын суларды т.б. қолдануға болады. Ферментация үрдісі ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz