Биогазды алу мәселелері

Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 44 бет
Таңдаулыға:

КІРІСПЕ

1 БИОГАЗДЫ АЛУ БОЙЫНША ӘДЕБИ ШОЛУ

Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Задачи выбора территории для полигонов по захоронению ТБО в условиях г. Еревана Республики Армения Журнал «Научное обозрение»;

Адамян Р. Г. Анализ экологических особенностей воздействия полигонов твердых отходов потребления на окружающую среду XVI Международная межвузовская научно-практическая конференция «Строительство-формирование среды жизнедеятельности», 2013

Адамян Р. Г. Анализ основных характеристик технологии захоронения твердых отходов потребления на полигонах в условиях республики Армения Международная заочная научно-практическая конференция «Наука и образование в XXI веке» 2013 г.

В. Баадер, Е. Доне Биогаз: теория и практика.

Беспалов В. И., Адамян Р. Г. Оценка условий размещения полигонов по захоронению твердых отходов потребления (ТОП) .

Лаврухина О. С. Стимуляторы выработки биогаза.

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

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

Хотя солнечная энергия представляет собой практически неисчерпаемый источник и могла бы удовлетворить энергетические потребности всего населения земли на многие века, ее непосредственное применение связано с большими трудностями. Другой путь - сегодня более перспективный - использовать солнечную энергию, запасенную в биомассе в результате фотосинтезной деятельности растений, для получения жидкого и газообразного топлива. Этому пути уделяется сейчас большое внимание как в промышленно развитых, так и в развивающихся странах. Доля биомассы в энергопотреблении разных стран колеблется в широких пределах. Если в США, например, она еще совсем невелика (~2, 5%), то в некоторых развивающихся странах биомасса служит основным источником энергии для отопления жилищ и приготовления пищи.

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

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

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

Необходимость в развитии нетрадиционных источников энергии, создании новых энергосберегающих технологий, подчеркнутая в решениях XXVI съезда КПСС, проблема обеззараживания и утилизации огромных масс навозных стоков животноводческих ферм и комплексов, имеющая важнейшее природоохранное значение, требуют усиления внимания к современным способам переработки органических отходов. С этой точки зрения предлагаемая читателю книга западногерманских ученых, обобщающая опыт исследований и эксплуатации биогазовых установок в ФРГ и других западных странах за два последних десятилетия, может принести немалую пользу советским специалистам, работающим в данной области. Кроме основ теории метанового брожения, технологических приемов получения биогаза и его использования в сельском хозяйстве, книга содержит экономический анализ производства биогаза и эксплуатации биогазовых установок. Хотя данные этого анализа относятся к условиям частных предприятий и, естественно, не могут непосредственно быть использованы в нашей практике, методика расчетов и некоторые относительные показатели представляют определенный интерес, так как рентабельность эксплуатации биогазовых установок - многосторонняя проблема, имеющая определяющее значение при решении вопроса о сооружении таких установок в условиях конкретных регионов нашей страны.

В списке литературы по тематике книги приводится 150 названий работ авторов из ФРГ и других западных стран за период, оканчивающийся 1977 г. Читателям, интересующимся этой проблемой, рекомендуем обратиться к следующим статьям советских ученых и специалистов, опубликованным в журнале «Механизация и электрификация сельского хозяйства»: П. Н. Листов, Л. Г. Прищеп и П. А. Кучер «Эффективное использование навоза в сельском хозяйстве» - № 1 за 1976 г., с. 21; А. Н. Хитров «Сельскохозяйственная биомасса как источник энергии» -№ 4 за 1980 г., с. 57; И. Г. Васильева «Энергетический потенциал отходов сельскохозяйственного производства» -№ 7 за 1981 г., с. 57. Кроме того, в последнем из перечисленных номеров журнала приводится аннотированный список зарубежной литературы по биогазу и биогазовым установкам, опубликованной в 1979 . . . 1980 гг.

ІІ ЗЕРТТЕУ НЫС АНЫ МЕН ӘДІСТЕРІ

Биогаз алу барысындағы қауіпті (зиянды) факторларды анықтайтын әдістер

1. 1. 1 Метанды анықтау

1. 2 Метанды қауіпсіздендруді есептеу не стандарт . . .

1. 3 Көмірқышқылгазын анықтау

ІІІ ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ МЕН ОЛАРДЫ ТАЛДАУ

3. 1 Биогаз алу технологиясымен танысу

Биомассаны утилизациялау ауыл шаруашылығында аса маңызды, мұнда әртүрлі технологиялық қажеттіліктерге жанармайдың үлкен мөлшерлері шығындалып, жоғарысапалы тыңайтқыштарға деген қажеттілік үздіксіз өсіп келеді. Биогаз - бұл метанның бөлінуін қамтамассыз ететіндей құрасытырылған және басқарылатын арнайы реакторларда - метантанктерде анаэробты іру процессінде түзілетін метан мен көмірқышқыл газының қоспасы.

Биогазды өндіруге арналған қалдықтардан басқа энергетикалық өсімдіктер де қолданылуы мүмкін. Бұл өсімдіктер әдейі осы мақсаттарға өсірілуі мүмкін. Бұған жүгері, бидай, күнбағыс, әртүрлі шөптер, қызанақ, сүрлем және т. б. жатады [3] .

Кейбір сандар: ірі қара мал тезегінің бір тоннасы 30-50 м ³ биогаз береді, оның 60% метан құрайды, ал өңдеуден кейін алынған бір тонна май 1300 м ³ биогаз береді, оның 87 % метан құрайды. Жай сөзбен айтқанда бір тәулік ішінде бір сиырдан 2, 5 м ³ биогаз, семіртуге қойылған бұқадан 1, 6 м ³ , шошқадан 0, 3 м ³ және құстан 0, 02 м ³ биогаз алуға болады.

Дәстүрлі емес энергетикада биомассаны (органикалық ауыл шаруашалық және күнделікті қалдықтар) құрамында шамамен 70% метан және залалсыздандырылған органикалық тыңайтқыштар болатын биогазды ала отырып, метанды іру арқылы өңдеу ерекше орын алады.

Метанды іру орташа (мезофильді) және жоғары (термофильді) температуралар кезінде жүзеге асырылған. термофильді метанды іру кезінде ең үлкен өнімділікке қол жеткізіледі. Метанды консорциумның ерекшелігі іру процессін үздіксіз етуге мүмкіндік береді. Анаэробты іру процессінің дұрыс өтуі үшін реакторда оптимальді жағдайлар қажет болады: температура, анаэробты жағдайлар, қоректендіргіш заттардын жеткілікті концентрациясы, рН мәндерінің рұқсат етілген диапазоны, токсикалық заттардын болмауы немесе олардын төмен концентрациясы [4] .

Температура органикалық материалдадын анаэробты іруіне айтарлықтай үлкен әсерін тигізеді. Ең жақсы нәтиже көрсеткен іру 30-40 ^о кезінде температурада (мезофильді бактериалды флоранын дамуы), сонымен бірге 50-60 ^о С кезінде (термофильді бактериальді флораның дамуы) жүзеге асқан. Мезофильді және термофильді жұмыс жасау режимдерін таңдау климаттық жағдайлардын анализіне негізделеді. Егер термофильді температураларды қамтамассыз ету үшін энергияның үлкен шығындар қажет болса, реакторларды мезофильді температуралар кезінде эксплуатациялау эффективтірек болады.

Биогаз 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 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] .

Қазіргі кезде биогаздың түзілу процесімен ауыл шаруашылық жұмысшылары жиі кездеседі. Арамшөпті шұңқырға тастағанда компост алуға болатынын бәрі біледі. Компостты шұңқырда табиғи түрде бактерия түзіліп, жылу бөлініп және ашу процесі өтеді. Нәтижесінде компост деп аталатын бақшаға қажетті құнды тыңайтқыш алынады, ал жанама өнім болып ашу процесінен түзілетін биогаз табылады. Компостты шұңқырда бактериялар органикалық заттардың аэробты ыдырауына әкеледі, яғни оттектің жетуі еркін болады, сондықтан бөлінген отынның мөлшері өте аз //.

Биогаздың құрамын және оның түзілу тәсілін зерттеу барысында микробиолог ғалымдар көптеген жұмыстарды жүзеге асырды //. Олар биогаздың негізгі жанғыш компоненті метан екенін анықтап, оның түзілуі үшін қажетті бөліп шығарды. Органикалық заттардың ашу процесіне тек метаногендер ғана емес, сонымен қатар гидролизді және қышқылтүзетін бактериялар да қатысады. Барлық бұл бактериялар күрделі органикалық заттар жай заттарға түрлену үшін қажет. Бактериялардың әрбір бұл тобы алдыңғы топ бактериялардың жұмысы процесінде түзілген тіршілік ету өнімдерімен қоректенеді.

Ғалымдардың зерттеулері негізінде [6] әр түрлі органикалық қалдықтардан биогазды алудың қондырғысы алынды. Мұндай қондырғылар қалдықтардың ашу процесін жылдамдатуға, осыдан құнды экологиялық таза тыңайтқыш пен биогаз алуға мүмкіндік береді. Биогазды қондырғы арқылы алынған отынды ары қарай зерттеу оның сапасын арттыруға мүмкіндік берді. Биогазда метанның мөлшері қаншалықты жоғары болса, соншалықты оның сапасы жоғары болады. Метаннан басқа биогаздың 50-80 %-н құрайтын көміртегі қос тотығы немесе басқаша айтқанда көмірқышқыл газы биогаздың сапасын төмендетеді. Көмірқышқыл газы жанғыш емес, сондықтан ол тек метанды сұйылтып, оны сақтау кезінде отынның азаюын тудыруы мүмкін. Егер биогазды көмірқышқыл газынан тазаласа, онда бәрінен алу тәслі жағынан ерекшеленетін биометан алынады [7] .

Сонымен қатар, биогаздың сапасына құрамында болатын сулы бу мен күкіртсутек әсер етеді. Сулы бу отынның жану қабілетін нашарлатады, ал күкіртсутек отынның экологиялығын төмендетеді. Сонымен қатар, күкіртсутек өте агресивті, газ жабдықтарының әртүрлі бөліктерінің коррозиясын тудыруы мүмкін, сондықтан газды горелка, газды санаушы және двигательдермен қиындықтар болуы мүмкін. Құрамында күкіртсутек болмаса ол ең таза биогаз болып табылады. Биогаз құрамында аз мөлшерде басқа да газтәрізді заттар, мысалы азот, сутек, аммиак және оттек болады. Биогаз құрамы көбінесе оның өндірісі үшін қолданылатын шикізат сапасына байланысты, қалдықтың құрамында болатын заттар газға ауысады [8] .

Биогазды табиғи газ секілді қолдануға болады. Ол әртүрлі газды приборлар үшін отын болып табылады. Оны жылу және ыстық су алу үшін, газды плиталар жасау, газды жарықберуші приборлар жасау, пішен құрғату, жылыжайларды жылыту, газогенератор қондырғысы көмегіменен электроэнергиясын өңдеу жұмыстарында қолданылады. Биогаз үнемі органикалық қалдықтар түзілетін шағын фермерлік шаруашылықта энергия қажеттілігін қамтамасыз ететін арзан экологиялық таза отын болып табылады [9] .

Тамақ дайындау, су жылыту және тұрғын үйді жылытуды қазір Қарағандының екі шаруашылығында биогаз көмегімен жүзеге асыруға болады. Биогаз - үй жағдайында алынған метан.

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.

Метантүзетін бактериялардың бұл қабілеті біздің заманымызға дейін Қытайда белгілі болған. Процестің өзін білмей тұра қытайлықтар биогаз өндірді және оны тұрмыс қажеттілігі үшін жақты. Қазіргі кезде метанды ашыту процесімен көптеген ғалымдар қызыға бастады, биогазды қондырғылардың жұмысының тиімділігін жоғарылатуға арналған және биогаз алудың тәсілдеріне қол жеткізу үшін зерттеулер жүргізіле бастады.

Биогазды қондырғыда ауылшаруашылығының органикалық қалдықтарын қайта өңдеудің екі экологиялық артықшылығы бар. Біріншіден, әлемдік жылу апаты сәл кейінгі уақытқа шегерілді, нәжістің органикалық компоненті ыдырағанда парниктік эффектіге себеп болатын көмірқышқыл газы мен метан бөлінеді. Екіншіден, жер асты суларының беттік су қоймалары аммонийлі қосылыстармен ластануы төмендейді.

Сондықтан «Биогаз» жобасының мақсаты, Нұра өзенінің жағалауында орналасқан ауылдарда биогазды қондырғыларды енгізу болып табылады: биогаз өндірісі арқылы Нұра өзені нитраттардан, нитриттерден, ауылшаруашылық қалдықтарынан тазартылған.

Егер биогазды қондырғы өндірісін ағынға қойса, онда шағын қондырғы құрылысына (6 куб метр) 2 апта, ал үлкенге (30 куб метр) - 1-1, 5 ай кетеді.

Қазіргі кезде осы мақала авторының бірі арқылы жобаланған және жинақталған биогазды қондырғы Алматы облысының Мичурин колхозында жұмыс жасауда және ешқандай артық шығынды талап етпейді.

Биогаз қондырғысының өнімділігі:

БГҚ-дың тәуліктік өнімділігі өңделетін шикізаттың көлеміне, сапасына және биореактордың жұмыс режиміне (мезофильді немесе термофильді) тәуелді. 0, 5 куб метр биомассаны қайта өңдеу кезіндегі орташа өнімділік жылу өткізгіштігі 5500-5600кка болып келетін 6-8 куб метр газды құрайды, бұл табиғи газдың 3, 6-4, 8 куб метріне эквивалентті.

БГҚ-ды «шағын бизнес» саласында пайдалану кезінде биогазды ON LINE режимінде қолдану міндетті емес. Оны жинақтап алып қажеттілігіне қарай (мысалы суландыру жүйесінде дизельді насостарды қуаттандыру үшін) пайдалануға болады. Мұндай жағдайларда газгольдердің көлемі биогаздың тәуліктік шығымына емес, суландыру қондырғысының немесе басқа да газды тұтынушылар жұмысының циклділігіне тәуелді анықталады. Өндірілген биогаздың тазалығына қойылатын талап тұтынушының түріне тәуелді. Биогазды суландыру қазандықтарында пайдалану кезінде оның тазалығы іс жүзінде талап етілмейді, ал іштен жану қозғалтқышының жұмысы үшін сүзгі қажет болады.

Метантүзуші бактериялардың ферментация процесі барысында атқаратын ролі. Биогаз жануар және өсімдік заттарының органикалық қосылыстарының ыдырауы нәтижесінде түзіледі. Биогаздың құрамындағы негізгі компонент метан, ол метантүзетін бактериялардың өмірсүруі нәтижесінде түзіледі. Бірақ [10], метаногендер өздігінен метан және көмірқышқыл газында органикалық қосылыстар түзе алмайды, сондықтан алдымен процесте қышқылтүзетін бактериялар қатысады.

Бұл микроорганизмдер күрделі органикалық қосылыстардан жай қосылыстарға түрлене алады, мысалы ақуыздар пептидтер мен аминқышқылдарына ыдырайды, көмірсулар жай қанттарға айналса, ал майлар глицерин мен май қышқылдарына түрленеді. Ашудың бірінші фазасы аяқталғаннан кейін майлы, сірке және пропион қышқылдары, спирттер мен альдегидтер, сонымен қатар, бірнеше бейорганикалық заттар, күкіртсутек, сутек және аммиак түзіледі. Тек осыдан кейін ғана жұмысқа метаногендер қатысады [11] .

Метантүзгіш бактериялар өңдейтін ферменттер мен коферменттер әсерінен ашу цикл аяқталады, нәтижесінде биогаз құрамына кіретін метан және көмірқышқыл газы түзіледі. Метантүзетін бактериялар архебактериялар қатарына жатады. Олардың ақуызды және жасушалы қабықша құрамын синтездейтін ерекше аппараты бар, ол энергия алуға және көмірқышқылды сіңіруге мүмкіндік береді. Метаногендер өте баяу көбейеді және қоршаған орта өзгерістеріне жоғары сезімталдық қасиет көрсетеді [12] .

Газ бөлінудің қарқындылығы көбінесе метантүзуші бактериялардың тіршілік ету үшін құрылған жағдайға тәуелді болады. Ортаның қышқылдығы төмен болуы метаногендердің өсуін басады, ол биогаздың тиімді шығымын төмендетеді. Биогазда болатын метанның мөлшері өңделетін органикалық заттардың құрамына тәуелді. Егер олардың құрамында майлар мен протеиндер болса, нәтижесінде метанның мөлшері көп биогаз алынады. Егер биомасса көмірсудың мөлшері көп өсімдік компоненттерінен тұрса онда метанның мөлшері жоғары болмайды. Олар жылу шығара алмайды, тек жылуда болатындықтан олардың жұмыстарының тиімділігін жоғарылату үшін қыздыру қажет болады. Олардың тіршілік етуіне қажетті температураға тәуелді метаногендер психофильді болады, олар +5 ⁰ С -ден + 20 ⁰ С-ге дейінгі температурада, мезофильді +30 ⁰ С-ден +42 ⁰ С-ге дейінгі температурада, ал термофилді метаногендер +54 ⁰ С -ден + +56 ⁰ С-ге дейінгі температурада өмір сүре алады. Метаногенді бактериялар температураның күрт төмендеуін көтере алмайды [13] .

Қышқылтүзетін және метантүзетін бактериялар өсімдіктерде, жануарлардың нәжісінде (экскремент) және суда болады. Бұл микроорганизмдердің көп мөлшері оттек жетіспейтін және әр түрлі органикалық қосылыстар болатын батпақтарда болады. Олар органикалық заттардың анаэробты ыдырауының бөлінбейтін бөлігі болып табылады. Арнайы қондырғыларда биологиялық массаны қайта өңдеу үшін бактерияны арнайы көшеттеу қажет емес, өйткені олар онсызда сол жерде болады. Жануарлардың нәжісінде микроорганизмдердің ыдырауы үшін қажетті толық жиынтық бар, сондықтан оларды қайта өңдеу үшін ашу процесін дамытуға тиімді жағдайларды жасау және соны ұстап тұру қажет [14] .

Органикалық қалдықтардың ыдырауы бактериялардың белгілі бір типінің қызметінен өтетіндіктен, қоршаған орта айтарлықтай әсер етеді. Өңделген газ мөлшері белгілі дәрежеде температураға тәуелді: жылы болған сайын органикалық шикізаттың жылдамдығы және ферменттеу дәрежесі жоғары болады. Сондықтан биогаз алудың алғашқы қондырғылары климаты жылы елдерде пайда болды.

Шикізатқа белгілі бір талаптар бар: ол бактерияны дамыту үшін сәйкес болуы, биологиялық ыдырайтын органикалық заттар болуы және көп мөлшерде су (90-94 %) болуы тиіс. Ортаның бейтарап болуы және бактерияның әсеріне бөгет жасайтын заттар, мысалы сабын, кір жуғыш ұнтақтар, антибиотиктер болмауы тиіс.

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.