Биогазды алу мәселелері
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 м3 биогаз береді, оның 60% метан құрайды, ал өңдеуден кейін алынған бір тонна май 1300 м3 биогаз береді, оның 87 % метан құрайды. Жай сөзбен айтқанда бір тәулік ішінде бір сиырдан 2,5 м3 биогаз, семіртуге қойылған бұқадан 1,6 м3, шошқадан 0,3 м3 және құстан 0,02 м3 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 30-40о кезінде температурада (мезофильді бактериалды флоранын дамуы), сонымен бірге 50-60оС 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 //.
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 м3 биогаз береді, оның 60% метан құрайды, ал өңдеуден кейін алынған бір тонна май 1300 м3 биогаз береді, оның 87 % метан құрайды. Жай сөзбен айтқанда бір тәулік ішінде бір сиырдан 2,5 м3 биогаз, семіртуге қойылған бұқадан 1,6 м3, шошқадан 0,3 м3 және құстан 0,02 м3 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 30-40о кезінде температурада (мезофильді бактериалды флоранын дамуы), сонымен бірге 50-60оС 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 //.
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
0.1 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 м3 биогаз береді, оның 60% метан құрайды, ал өңдеуден кейін алынған бір тонна май 1300 м3 биогаз береді, оның 87 % метан құрайды. Жай сөзбен айтқанда бір тәулік ішінде бір сиырдан 2,5 м3 биогаз, семіртуге қойылған бұқадан 1,6 м3, шошқадан 0,3 м3 және құстан 0,02 м3 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 30-40о кезінде температурада (мезофильді бактериалды флоранын дамуы), сонымен бірге 50-60оС 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 метантүзетінбактериялар 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 +50С - ден + 200 С - ге дейінгі температурада, мезофильді +300 С - ден +420 С - ге дейінгі температурада, ал термофилді метаногендер +540С - ден + +560 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.
Биогаз алу үшін өсімдік және тұрмыстық қалдықтар, нәжіс, ағын сулар және т.б. қолдануға болады. Ферменттеу процесінде резервуарларда сұйықтық үш фракцияға бөлінеді. Жоғарғысы - газ көпіршіктерімен көтерілген ірі бөлшектерден түзілген қабық, ол біраз уақыттан соң қатты болып, биогаздың бөлінуіне бөгет жасайды. Ферментатордың орта бөлігінде сұйықтық жиналады, ал төменгі қабатында газтәрізді фракция тұнба түседі .
Бактериялар орта зонада активті болады. Сондықтан резервуардағы затты тәулігіне кем дегенде бір рет периодты түрде, ал мүмкіндігінше алты рет араластыру керек. Араластыру механикалық тетікпен, гидравликалық заттармен (насос арқылы рециркуляция), пневматикалық жүйе күшімен (биогазды біртіндеп рециркуляциялау) немесе өздігінен араластырудың әр түрлі әдістері көмегімен жүзеге асыруға болады [15].
Кез-келген ауыл шаруашылығында тек жел, күн энергияларын ғана емес биогазды да пайдалануға болады.
Биогаз - органикалық заттардың анаэробты микробиологиялық ыдырау өнімі, газ тәрізді отын. Биогазды технологиялар - бұл әр түрлі өсімдік текті және жануар текті органикалық қалдықтарды қайта өңдеудің, залалсыздандыру мен утилизациялаудың біршама радикалды, қалдықсыз, экологиялық таза әдісі.
Аз габаритті биогазды қондырғы жасағысы келгендер биогазды қандай шикізаттан және қандай технология бойынша алуға болатынын жан-жақты білуі қажет. Биогазды шығу тегі әртүрлі органикалық заттардың (биомассалар): құстың саңғырығы, өсімдіктің сабағы, сабан, жапырақтар және басқа да жеке шаруашылықтың органикалық қалдықтарының анаэробты (ауа қатысынсыз) ферментациясы (ыдырау) процесінің нәтижесінде алады. Осылайша, биогазды сұйық және ылғал күйінде ау қатысынсыз ашуға және ыдырауға қабілетті барлық шаруашылық-тұрмыстық қалдықтардан өндіруге болады. Анаэробты қондырғылар (ферментаторлар) кез-келген органикалық массаны процестің екі фазада жүруі: органикалық массаның ыдырауы (гидротация) және оның газификациясы барысында қайта өңдеуге мүмкіндік береді.
Биогазды қондырғыларда микробиологиялық ыдыраудан өткен органикалық массаны қолдану топырақтың құнарлылығын, түрлі мәдени өсімдіктердің өнімділігін 10-50 % - ға арттырады [16].
Органикалық қалдықтардың күрделі ашу процесінде бөлінетін биогаз мынадай газдар қоспасынан тұрады: метан - 55-75 %, көмірқышқыл газы - 23-33 %, күкіртсутек - 7 %. Метанды ашу - бактериалы процесс. Бұл процестің жүруінің және биогаз өндірісінің басты шарты - биомассада ауа қатысынсыз жылудың болуы, оны қарапайым биогазды қондырғыларда жасауға болады. Қондырғыларды жеке шаруашылықта биомассаны ашытуға арналған арнайы ферментаторлар түрінде құру қиын емес. Үй шаруашылығында ферментаторға енгізілетін негізгі шикізат тезек болып табылады.
Ферментатор ыдысына ірі мүйізді малдың тезегін салудың бірінші кезеңінде ферментация процесінің ұзақтығы 20 тәулік, шошқа тезегінде - 30 тәулік болуы керек. Түрлі органикалық компоненттерді бірге салу кезінде бір ғана компонентті салумен салыстырғанда газ көп мөлшерде алынады. Мысалы, ірі мүйізді мал мен құс саңғырығын қайта өңдеу кезінде биогаздағы метанның мөлшері 70 %-ға дейін барады. Бұл биогаздың отын ретінде тиімділігін айтарлықтай арттырады. Ашу процесі тұрақтанғаннан кейін шикізатты ферментаторға күнделікті салып отыру керек. Шикізаттың ұсынылған ылғалдылығы жазда - 92-95 %, қыста - 88-90 %.
Ферментаторда газ өндірумен қатар органикалық қалдықтарды патогенді микрофлорадан заласыздандыру, бөлінетін жағымсыз иістерді кетіру жүзеге асырылады. Алынған қоңыр түсті ил периодты түрде ферментатордан шығарылып, тыңайтқыш ретінде қолданылады.
Өңделетін массаны жылыту үшін оның биоферментаторда ыдырауы кезінде бөлінетін жылуды пайдаланады. Ферментатордағы температураны төмендеткенде органикалық массадағы микробиологиялық процестер баяулайтындықтан газ бөліну қарқындылығы да азаяды. Сондықтан биогаз құрылғысының (биоферментатордың) қалыпты жұмыс істеуінің біршама маңызды шарттарының бірі сенімді жылу оқшаулау (теплоизоляция) болып табылады.
Ферментацияның қажетті режимін қамтамасыз ету үшін ферментаторға салынатын тезекті ыстық сумен араластыру (мүмкіндігінше 35-40 ºС) ұсынылады. Сондай-ақ периодты түрдегі үстемелеу және ферментаторды тазалау кезінде жылу шығынын минимумға апару керек. Ферментаторды жақсы жылыту үшін жылулық эффектіні пайдалануға болады. Ол үшін күмбездің үстіне ағаш немесе жеңіл металдан тірек қойып, полиэтилен қабықшамен жабады. Ашытылатын шикізаттың температурасы 30-32 ºС, және ылғалдылығы 90-95 % болған кезде ең жақсы нәтиже алынады. Украинаның оңтүстігінде биогазды кондырғылар ферментатордағы органикалық массаны қосымша жылытпастан-ақ тиімді жұмыс істейді. Орта және солтүстік белдеулердегі аудандарда жылдың суық кезеңдерінде алынатын газдың бір бөлігі ашытылатын массаны қосымша жылытуға жұмсауға тура келеді, бұл биогазды қондырғылардың кұрылымын күрделендіреді [17].
Ферментацияның мезофильді режимі:
Артықшылықтары
oo Температураның оптималдыдан 20-қа ауытқуы кезінде газдың өнімділігі іс жүзінде төмендемейді;
oo Температураны ұстап тұру үшін аз энергетикалық шығын қажет болады;
oo Субстраттың ашу ұзақтығы -25-30 күн;
Кемшіліктері
oo Газ бөліну қарқындылығы төмен;
oo Берілген режимде алынған биошлам толығымен стерильденбеген болып табылады.
Ферментацияның термофильді режимі
Артықшылықтары
- гадың бөліну қарқындылығы жоғары;
- субстраттың толық ыдырауына аз уақыт кетеді - 12күн;
- берілген режимде алынған биошлам толығымен стерильді болып табылады, сондықтан оны жануарларға жемшөп ретінде қолдануға болады.
Кемшіліктері
oo Температура оптималдыдан 1-20-қа ауытқыған кезде газдың өнімділігі едәуір төмендейді;
oo Температураны ұстап тұру үшін көп энергетикалық шығын жұмсалады.
Сондай-ақ бір куб метрден өндірілген газдың мөлшері мыналарға тәуелді:
oo Шикізатқа. БГҚ үшін үй жануарларының тезегі, өсімдік массасы және басқа да органикалық қалдықтар шикізат ретінде қолданыла алады. Пайдаланылатын субстратқа байланысты биогаздың өнімділігі түрленеді. Мысал ретіндегі мәліметтер №1 кестеде көрсетілген.
Кесте 1
Ферментация кезіндегі биогаз өнімділігінің пайдаланылатын
шикізатқа тәуелділігі [18]
Шикізат (субстрат)
Биогаз (субстратқа м[3])
Құс саңғырығы
53,71
Жылқы тезегі
40,60
ІҚМ тезегі
32,40
ІҚМ тезегі (жас)
76,69
Қой тезегі
162,00
Шошқа тезегі
25,52
- Енгізілетін шикізаттың ылғалдылығына; Ашу процесі 50%-дан 95%-ға дейінгі ылғалдылықта өтеді, алайда мал шаруашылық қалдықтар үшін метантүзілу процесі шикізаттың ылғалдылығы 90-95% болғанда тиімді жүретіндігін ғалымдар дәлелдеді.
- субстраттың реакторда тұру уақытына; Субстраттың реакторда тұруының оптималды уақыты жұмыс істеу температурасына және ашытылатын шикізаттың түріне байланысты әр түрлі болып келеді. Ферментацияның мезофильді режимінде - 25-30 күн, термофильді режимде - 10-15 күн.
БГҚ ды шағын бизнесте пайдаланудың енді бір ерекшелігі биогазбен жұмыс істейтін дизельді электр станциясының сумен салқындату жүйесі кеңсені жылыту жүйесіне кірістірілгендігінде.
Бастапқыда айтылғандай БГҚ өндірісінің өнімдері биогаз және биошлам болып табылады. Биогаздың өнімділігі - фермертация пеоиодындағы субстрат бірлігіндегі (м3) биогаз шығымы (м3). Биогаз өнімділігі келесі параметрлерге тәуелді:
* Қондырғы реакторының көлеміне; қондырғы көлемі үлкен болған сайын газ шығымы көп
* Ашу процесі жүретін (ферментация) реактордың температурасы;
Биогаз алу өндірісінің технологиясы және биогаз қондырғыларына сипаттама беру. Биогаз технологиясы негізіне нәжіс және құс саңғырығының және де басқа да органикалық заттардың анаэробты жағдайдағы (ауа қатысынсыз) биологиялық ыдырауының күрделі табиғи процестер жатады. Осылайша анаэробты бактериялардың ерекше тобының әсерінен құрамында азот, фосфор және калий бар органикалық қосылыстардың минералдануымен өтетін процестері жүреді, нәтижесінде патогенді микрофлоралар, гельминт жұмыртқалары, арамшөп, арнайы фекальды иіс, нитраттар мен нитриттердің толық жойылуынан азоттың, фосфор және калийдің өсімдіктер үшін тиімді минералды формасы алынады. Ашу процесі өтетін сиымдылық метантенка немесе реактор деп аталады. Шикізатты тұрақты араластыра отыра ашудың тиімді температуралық режимін сақтағанда бастапқы затты салғанда және ашыған материалды шығарғанда биогаз шығымы реакторда 2-3 м3-1 м3 болады, ал құс саңғырығын қолданғанда 6 м3 болады. Бір сиыр тәулігіне 2,5 м3 газ, ал бордақаланған бұқа -1,6 м3, шошқа - 0,3 м3, құс- 0,02 м3 газбен қамтамасыз етеді [19-20].
Ауылшаруашылығы кез келген мемлекеттің экономикасының маңызды саласы болып табылады. Елдің экономикасының күшті болуы тікелей басқа елдермен салыстырғанда қамтасыз ету, соның ішінде адамдарды тағам өнімдерімен қамтамасыз етуге байланысты екені белгілі. Ауыл шаруашылығы бұл мәселені толығымен шешуге мүмкіндік береді. Біздің ел жерге өте бай, бірак климат қатаң, сондықтан еш инновациялық жағдайсыз жақсы нәтиже алу қиын. Қазіргі күннің маңызды тапсырмаларының бірі ауыл шаруашылық өнімділігін жоғарылату үшін қазіргі заманғы биотехнологияны жасап шығару және енгізу болып табылады. Ғылыми тәсілдер көптеген мәселелерді шешуге және осы саланың тиімділігін жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Қазіргі тандағы кез келген ферманың басты мәселелерінің бірі қалдықтарды пайдаға асыру (утилизация) болып табылады. Мал басы және құстар көп болған сайын нәтижесінде қалдықтар да көп болады. Күніне жануарлар бірнеше килограмм нәжіс пен ондаған литр зәр шығарады, олар қоршаған ортаға, жер асты суларына зиян келтіреді және жағымсыз иіс шығарады. Доңыз фермасының, мал қора және құс қорасының қалдықтарын сақтау үшін жануарлар мен құстардың өнімдерін сақтау үшін үлкен резервуар құру қажет. Сонымен қатар тазалайтын олындар салу керек, ол үшін көп қаражат қажет.
Әдетте ауылшаруашылығында жануарлардың тіршілік өнімдерін тыңайтқыш ретінде қолданған, бірақ оларды топыраққа жылына бір рет қана енгізеді, сонымен қатар нәжістер бұл мақсатта таза күйінде қажетті. Мал эпидемиясы кезінде олардың нәжістері адамдар және басқа жануарлар үшін қауіпті болады, сондықтан залалсыздандыруды талап етеді. Осы мақсатта бүкіл әлемде ауылшаруашылығында биотехнология негізінде құрылған органикалық қалдықтарды пайдаға асыру үшін арнайы қондырғылар қолдана бастады. Мұндай қондырғылар аз уақытта қалдықтардың көп мөлшерін қайта өңдеуге және сапалы тыңайтқыш пен биоотын алуға мүмкіндік береді [21].
Тіпті шағын ғана қондырғы да ферма қалдықтарын пайдаға асыру мәселесін шеше алады және оны арзан отынмен қамтамасыз етеді. Жануарлар нәжісі органикалық қалдықтарды пайдаға асыру үшін қондырғының герметикалық резервуарына түскеннен кейін онда ашу процесі басталады, яғни оттек қатысынсыз және қосымша қыздыру арқылы процесс тез өтеді. Нәтижесінде шыққанда сапала экологиялық таза тыңайтқыш пен биогаз алынады. Осындай тәсілмен алынған биогазды кәдімгі табиғи газ ретінде қолдануға болады, өйткені онда метан бар. Ашу процесі жоғары температурада өтеді, сондықтан жануарлардың тіршілік өнімдері залалсызданады, ал алынған тыңайтқышта арамшөп тұқымы көбеюге ұшырайды, ол тыңайтқыштың тиімділігін бірнешеге жоғарылатып және топырақты гербицидтермен өңдеу қажеттігін төмендетеді.
Қондырғыға шығын қалдықтарды сақтау үшін арналған резервуар құрылысына қарағанда аз кетуі мүмкін, сонымен қатар ол аз орын алады. Мұндай құрылғының бір пайдасы ол жылар бойы өз құнын атайды және пайда әкеледі. Қондырғымен алынған биогазды ғимараттарды қыздыру және ыстық су алу үшін, газ жабдықтарының жұмысы және территорияны жарықтандыру үшін қолдануға болады, бұл ауылшаруашылығы үшін биотехнологияның үлкен пайдасы бар екенін дәлелдейді [22].
Метантекте биомассадағы бактерия әсерінен органикалық заттардың бөлігі метан (60-70 %), көмірқышқыл газы (30- 40 %), аз мөлшерде күкіртсутек (0-3 %), сонымен қатар, аммиак және азот тотығы түзе отырып ыдырайды. Биогаздың жағымсыз иісі болмайды. Оның жану жылуы кубметріне 25 МДж болса, ол 0,6 л бензин, 0,85 л спирт, 1,7 кг ағаш жануына кг ағаш жануына немесе 1,4 кВт*сағ электрэнергиясын қолданғанға тең. Энергетикалықтан басқа биоконверсия процесі тағы бір тапсырманы шешуге мүмкіндік береді. Ашыған нәжісті егін шаруашылығында пайдалану кәдімгі нәжіске қарағанда ауылшаруашылығы өнімдерінің өнімділігін 10-15 % артық алуға мүмкіндік береді. Бұл анаэробты қайта өңдеу кезінде азоттың минералдануы және байланысуы жүретінімен түсіндіріледі [23].
Адамдарды арзан экологиялық таза энергиямен қамтамасыз ету қазіргі кезде барлық елде үлкен мәселе болуда. Әр түрлі мемлекеттер шешудің әр түрлі жолдарын іздеуде, бірақ сонымен бірге өз көршілерінің тәжірибелерін үйренуде. Біздің елде табиғи ресурстар қоры өте үлкен, бірақ уақыт өте келе олардың таусылуын ойлау керек, ал ол отын алудың жаңа көздерін іздеуге алып келеді. Экология және энергияның қажеттілігі осы күрделі тапсырманы шешудің бірінші жоспары болып табылады [24].
Бұл салада потенциал үлкен, өйткені отын көздері ретінде өсімдік қалдықтарын, тұрмыстық қалдықтарды, құс өндіруші және малөсіруші, өндіріс қалдықтарын қолдануға болады, бұл арзан энергия көзін алып қана қоймай, сонымен қатар, қалдықтарды пайдаға асыру мәселесін де шешуге мүмкіндік береді. Кейбір елдерде биоотын алу үшін пайдала агромәдениет қолданады, мысалы қант құрағы, жүгері, эсімдік майын т.б., ол тағам өнімдерінің құнын жоғарылатып және аштық мәселесі болып жатғқан елдердегі адамдар жағдайын тереңдетуі мүмкін. Ғалымдардың алдында тұрған қазіргі таңдағы тапсырма елдің энергетикалық мәселесін тиімді шешуге мүмкіндік беретін қазіргі заманғы технологияны өңдеп шығару болып табылады.
Бұл жағдайда барлық елде ерекше назар органикалық биомассаны қайта өңдеу нәтижесінде алынған биоотынға аударылады. Бұл жағдайда шикізат ретінде эсімдік биомассасымен қатар органикалық қалдықтар қолданылады. Оларды жағуға, газдауға, этил спиртін және биогаз алуға болады. Органикалық қалдықтарды қайта өңдеудің тиімді тәсілдерінің бірі биореактор мен газгольдер қолдану.Бұл жағдайда биомассаны арнайы қондырғыға салып орнатып, ашу процесінен соң одан бағалы экологиялық таза тыңайтқыш пен биогаз алады. Қазіргі кезде биогаз алудың шамамен алпысмыңдай әртүрлі технологиясы бар.
Өңделетін шикізаттың үздіксіз қоры болғанда биогаз өндірісі экономикалық түрде ақталады. Биогаз көмірқышқыл газы мен метанның жанғыш қоспасынан тұрады. Оны сақтауға, тасымалдауға және табиғи газбен қатар газды қондарғыларда қолдануға болады. Биогаздың тиімділігі жайында ғалымдар таласады. Олардың айтуынша, ол қоршаған ортаға отынның дәстүрлі түрлері, мысалы ағаш, көмір, бензин және дизельді отындарға қарағанда зияны аз десе, кейбірі мұнымен келіспейді. Қалай айтса да, Еуропа елдерінде және Америкада бұл программа енгізіле бастады.
Биотехнологияны қолдану агроөнеркәсіптік кешенде де орындалған, өйткені бұл белгілі бәсекелестік артықшылық беріп қана қоймай берілген сектордың экономикада инвестициясы үшін де тиімді жағдай жасайды. Сонымен қатар ауылшаруашылығы өндіріске қажетті жұмсалатын жоғары сапалы тыңайтқыштар және отынның көп мөлшерін қажет етеді. Қазіргі заманғы биотехнология көмегімен өндірістердің экологиялығын бірнешеге жоғарылатуға болады. Нәтижесінде [25], мынадай қорытынды жасауға болады, биотехнология - біздің экономиканың және агроөнеркәсіптік кешеннің болашағы.
Румынияда биогаз генераторы кеңінен таралған. Ең алғашқы жеке қондырғы (1-сурет) 1982 жылы желтоқсанда эксплуатацияға енгізілген. Содан бері ол үш конфоркалы және духовкалы қарапайым газды плитасы бар үш көрші отбасыларды газбен қамтамасыз етеді. Ферментатор екі рет пісірілген: алдымен электрлік пісіру, сосын сенімділік үшін газбен пісірілген ішінен төбе жабатын қаңылтыр төселген диаметрі 4 м және тереңдігі 2 м (көлемі шамамен 25 м3) шұңқырда болады. Антикоррозиялық қорғаныш үшін резервуардың ішкі беті шайырмен қапталған. Ферментатордың сыртқы жоғарғы жиегінде гидроқақпаның функциясын атқаратын тереңдігі 1 м бетоннан сақиналы ор жасалынған, сумен толтырылған бұл орда резервуарды жауып тұратын қоңыраудың вертикалды бөлігі жылжиды. Биіктігі 2,5 м қоңырау табақшалы екі миллиметрлік болаттан жасалған. Оның жоғарғы бөлігінде газ жиналады.
1 - шикізатпен бірге ферментатор шұңқыры, 2 - қоңырау, 3 - шығаратын келте құбыр, 4 - биогаз беретін құбырөткізгіш (шланг), 5 - су бар гидроқақпақ оры (канавка).
Сурет 1. Конустық қоңырау арқылы биогаз алу үшін қондырғы сызбанұсқасы
Бұл жобаның авторы газ жинаудың басқаша нұсқасын таңдаған , яғни басқа құрылғылардан ерекшеленетін ферментатордың ішінде болатын және үш шаруашылыққа 3 жер асты тармағы бар құбыр көмегімен жинайтын қондырғы тапқан. Сонымен қатар гидроқақпақ орындағы су ағында, қыс кезінде мұз боп қалады.
Ферментаторға шамамен 12м3 жас нәжіс салынып, үстіне сиыр зәрі құйылады (су қоспай). Генератор толғаннан кейін 7 күннен соң жұмыс жасайды.
Осыған ұқсас тағы қондырғы бар (2-сурет). Оның ферментаторы квадратты көлденең қимасы 2х2 м болатын шұңқырда жасалған. Шұңқыр қалыңдығы 10-12 см темірбетонды плитамен қапталған, цементпен сылақталған және герметикалық болу үшін шайырмен жабылған. Тереңдігі 50 см гидроқақпақ оры бетонды болып келеді, қоңырау қаңылтырмен пісірілген және төрт құлақшасымен бетонды резервуарда орнатылған төрт вертикалды бағыттаушымен еркін жылжи алады. Қоңырау биіктігі шамамен 3 м, оның 0,5 метрі орға енгізілген.
1 - шикізатпен бірге ферментатор шұңқыры, 2 - қоңырау, 3 - шығаратын келте құбыр, 4 - биогаз беретін құбырөткізгіш (шланг), 5 - су бар гидроқақпақ оры (канавка), 6 - жылытатын ыдыс, 7 - құбырөткізгіш.
Сурет 2. Пирамидалы қоңыраумен биогаз алу қондырғысының сызбанұсқасы
Алғашқы толтыруда фермкентаторға 8 м2 сиырдың жас нәжісі салынған, ал үстіне шамамен 400 л сиыр зәрі құйылған. 7- 8 күннен кейін қондырғы иесін толығымен газбен қамтамасыз еткен.
Осыған ұқсас 6 м3 аралас нәжісті (сиыр, қой және шошқа) қабылдауға есептелген биогаз генераторы бар. Бұл үш канфоркасы және духовкасы бар газды плитаның қалыпты жұмысын қамтамасыз етуге жеткілікті.
Тағы бір қондырғы қызық конструктивті деталімен ерекшеленеді: ферментатормен қатар оған Т-тәрізді шланг көмегімен бір-бірімен байланысқан үш үлкен тракторлы камера жалғанған. Биогаз қосылмайтын және қоңырауға жинақталатын түнгі уақыттарда қауіп туады, сонда артық қысым әсерінен соңғысы аударылады. Резиналы резервуар қосымша сиымдылық болады (3-сурет). Размері 2х2х1,5 ферментатор екі оттық жұмыс істеу үшін толығымен жеткілікті, ал қондырғының тиімді көлемі 1 м3-қа ұлғайғанда жеткілікті және тұрғын үйді жылытуға биогаз алуға болады. Қондырғының осы нұсқасының ерекшелігі қоңырау құрылғысы 138 см және биіктігі 150 см үрлемелі қайық жасау үшін қолданатын рәзіңкеленген лентадан тұрады. Ферментатор 140-300 см және көлемі 4,7 м3 металдық резервуардан тұрады. Қоңырау нәжіс ферментаторында тереңдігі 30 см атмосфераға биогаз шығымын гидравликалық жабуды қамтамасыз ету үшін енгізіледі. Ісінген резервуардың жоғары бөлігінде шлангпен жалғанған кран бар; ол арқылы газ плитиға үш конфоркасымен және суды жылыту үшін құбырға түседі. Ферментатордың жұмысында тиімді жағдай жасау үшін нәжісті ыстық сумен араластырады. Қондырғы шикізат ылғалдылығы 90 % және температура 30-35 0С болғанда жақсы нәтиже көрсетеді .
Сурет 3. Биогаз алудың резиналы резервуары
Ферментаторды қыздыру үшін жылыжай эффектісі қолданылады. Ыдысқа металдық каркас тұрғызылған, ол полиэтиленді пленкамен қапталады: жағымсыз ауа-райы жағдайында ол жылуды сақтап және шикізаттың ыдырау процесін жылдамдатуға мүмкіндік береді.
Румынияда биогаз генераторы мемлекеттік немесе кооперативті шаруашылықта қолданылады. Оның полиэтиленді пленкалы каркаспен жабылған сиымдылығы 200 м3 екі ферментаторы бар (4-сурет). Қыста нәжіс ыстық сумен ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
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
0.1 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 м3 биогаз береді, оның 60% метан құрайды, ал өңдеуден кейін алынған бір тонна май 1300 м3 биогаз береді, оның 87 % метан құрайды. Жай сөзбен айтқанда бір тәулік ішінде бір сиырдан 2,5 м3 биогаз, семіртуге қойылған бұқадан 1,6 м3, шошқадан 0,3 м3 және құстан 0,02 м3 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 30-40о кезінде температурада (мезофильді бактериалды флоранын дамуы), сонымен бірге 50-60оС 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 метантүзетінбактериялар 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 +50С - ден + 200 С - ге дейінгі температурада, мезофильді +300 С - ден +420 С - ге дейінгі температурада, ал термофилді метаногендер +540С - ден + +560 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.
Биогаз алу үшін өсімдік және тұрмыстық қалдықтар, нәжіс, ағын сулар және т.б. қолдануға болады. Ферменттеу процесінде резервуарларда сұйықтық үш фракцияға бөлінеді. Жоғарғысы - газ көпіршіктерімен көтерілген ірі бөлшектерден түзілген қабық, ол біраз уақыттан соң қатты болып, биогаздың бөлінуіне бөгет жасайды. Ферментатордың орта бөлігінде сұйықтық жиналады, ал төменгі қабатында газтәрізді фракция тұнба түседі .
Бактериялар орта зонада активті болады. Сондықтан резервуардағы затты тәулігіне кем дегенде бір рет периодты түрде, ал мүмкіндігінше алты рет араластыру керек. Араластыру механикалық тетікпен, гидравликалық заттармен (насос арқылы рециркуляция), пневматикалық жүйе күшімен (биогазды біртіндеп рециркуляциялау) немесе өздігінен араластырудың әр түрлі әдістері көмегімен жүзеге асыруға болады [15].
Кез-келген ауыл шаруашылығында тек жел, күн энергияларын ғана емес биогазды да пайдалануға болады.
Биогаз - органикалық заттардың анаэробты микробиологиялық ыдырау өнімі, газ тәрізді отын. Биогазды технологиялар - бұл әр түрлі өсімдік текті және жануар текті органикалық қалдықтарды қайта өңдеудің, залалсыздандыру мен утилизациялаудың біршама радикалды, қалдықсыз, экологиялық таза әдісі.
Аз габаритті биогазды қондырғы жасағысы келгендер биогазды қандай шикізаттан және қандай технология бойынша алуға болатынын жан-жақты білуі қажет. Биогазды шығу тегі әртүрлі органикалық заттардың (биомассалар): құстың саңғырығы, өсімдіктің сабағы, сабан, жапырақтар және басқа да жеке шаруашылықтың органикалық қалдықтарының анаэробты (ауа қатысынсыз) ферментациясы (ыдырау) процесінің нәтижесінде алады. Осылайша, биогазды сұйық және ылғал күйінде ау қатысынсыз ашуға және ыдырауға қабілетті барлық шаруашылық-тұрмыстық қалдықтардан өндіруге болады. Анаэробты қондырғылар (ферментаторлар) кез-келген органикалық массаны процестің екі фазада жүруі: органикалық массаның ыдырауы (гидротация) және оның газификациясы барысында қайта өңдеуге мүмкіндік береді.
Биогазды қондырғыларда микробиологиялық ыдыраудан өткен органикалық массаны қолдану топырақтың құнарлылығын, түрлі мәдени өсімдіктердің өнімділігін 10-50 % - ға арттырады [16].
Органикалық қалдықтардың күрделі ашу процесінде бөлінетін биогаз мынадай газдар қоспасынан тұрады: метан - 55-75 %, көмірқышқыл газы - 23-33 %, күкіртсутек - 7 %. Метанды ашу - бактериалы процесс. Бұл процестің жүруінің және биогаз өндірісінің басты шарты - биомассада ауа қатысынсыз жылудың болуы, оны қарапайым биогазды қондырғыларда жасауға болады. Қондырғыларды жеке шаруашылықта биомассаны ашытуға арналған арнайы ферментаторлар түрінде құру қиын емес. Үй шаруашылығында ферментаторға енгізілетін негізгі шикізат тезек болып табылады.
Ферментатор ыдысына ірі мүйізді малдың тезегін салудың бірінші кезеңінде ферментация процесінің ұзақтығы 20 тәулік, шошқа тезегінде - 30 тәулік болуы керек. Түрлі органикалық компоненттерді бірге салу кезінде бір ғана компонентті салумен салыстырғанда газ көп мөлшерде алынады. Мысалы, ірі мүйізді мал мен құс саңғырығын қайта өңдеу кезінде биогаздағы метанның мөлшері 70 %-ға дейін барады. Бұл биогаздың отын ретінде тиімділігін айтарлықтай арттырады. Ашу процесі тұрақтанғаннан кейін шикізатты ферментаторға күнделікті салып отыру керек. Шикізаттың ұсынылған ылғалдылығы жазда - 92-95 %, қыста - 88-90 %.
Ферментаторда газ өндірумен қатар органикалық қалдықтарды патогенді микрофлорадан заласыздандыру, бөлінетін жағымсыз иістерді кетіру жүзеге асырылады. Алынған қоңыр түсті ил периодты түрде ферментатордан шығарылып, тыңайтқыш ретінде қолданылады.
Өңделетін массаны жылыту үшін оның биоферментаторда ыдырауы кезінде бөлінетін жылуды пайдаланады. Ферментатордағы температураны төмендеткенде органикалық массадағы микробиологиялық процестер баяулайтындықтан газ бөліну қарқындылығы да азаяды. Сондықтан биогаз құрылғысының (биоферментатордың) қалыпты жұмыс істеуінің біршама маңызды шарттарының бірі сенімді жылу оқшаулау (теплоизоляция) болып табылады.
Ферментацияның қажетті режимін қамтамасыз ету үшін ферментаторға салынатын тезекті ыстық сумен араластыру (мүмкіндігінше 35-40 ºС) ұсынылады. Сондай-ақ периодты түрдегі үстемелеу және ферментаторды тазалау кезінде жылу шығынын минимумға апару керек. Ферментаторды жақсы жылыту үшін жылулық эффектіні пайдалануға болады. Ол үшін күмбездің үстіне ағаш немесе жеңіл металдан тірек қойып, полиэтилен қабықшамен жабады. Ашытылатын шикізаттың температурасы 30-32 ºС, және ылғалдылығы 90-95 % болған кезде ең жақсы нәтиже алынады. Украинаның оңтүстігінде биогазды кондырғылар ферментатордағы органикалық массаны қосымша жылытпастан-ақ тиімді жұмыс істейді. Орта және солтүстік белдеулердегі аудандарда жылдың суық кезеңдерінде алынатын газдың бір бөлігі ашытылатын массаны қосымша жылытуға жұмсауға тура келеді, бұл биогазды қондырғылардың кұрылымын күрделендіреді [17].
Ферментацияның мезофильді режимі:
Артықшылықтары
oo Температураның оптималдыдан 20-қа ауытқуы кезінде газдың өнімділігі іс жүзінде төмендемейді;
oo Температураны ұстап тұру үшін аз энергетикалық шығын қажет болады;
oo Субстраттың ашу ұзақтығы -25-30 күн;
Кемшіліктері
oo Газ бөліну қарқындылығы төмен;
oo Берілген режимде алынған биошлам толығымен стерильденбеген болып табылады.
Ферментацияның термофильді режимі
Артықшылықтары
- гадың бөліну қарқындылығы жоғары;
- субстраттың толық ыдырауына аз уақыт кетеді - 12күн;
- берілген режимде алынған биошлам толығымен стерильді болып табылады, сондықтан оны жануарларға жемшөп ретінде қолдануға болады.
Кемшіліктері
oo Температура оптималдыдан 1-20-қа ауытқыған кезде газдың өнімділігі едәуір төмендейді;
oo Температураны ұстап тұру үшін көп энергетикалық шығын жұмсалады.
Сондай-ақ бір куб метрден өндірілген газдың мөлшері мыналарға тәуелді:
oo Шикізатқа. БГҚ үшін үй жануарларының тезегі, өсімдік массасы және басқа да органикалық қалдықтар шикізат ретінде қолданыла алады. Пайдаланылатын субстратқа байланысты биогаздың өнімділігі түрленеді. Мысал ретіндегі мәліметтер №1 кестеде көрсетілген.
Кесте 1
Ферментация кезіндегі биогаз өнімділігінің пайдаланылатын
шикізатқа тәуелділігі [18]
Шикізат (субстрат)
Биогаз (субстратқа м[3])
Құс саңғырығы
53,71
Жылқы тезегі
40,60
ІҚМ тезегі
32,40
ІҚМ тезегі (жас)
76,69
Қой тезегі
162,00
Шошқа тезегі
25,52
- Енгізілетін шикізаттың ылғалдылығына; Ашу процесі 50%-дан 95%-ға дейінгі ылғалдылықта өтеді, алайда мал шаруашылық қалдықтар үшін метантүзілу процесі шикізаттың ылғалдылығы 90-95% болғанда тиімді жүретіндігін ғалымдар дәлелдеді.
- субстраттың реакторда тұру уақытына; Субстраттың реакторда тұруының оптималды уақыты жұмыс істеу температурасына және ашытылатын шикізаттың түріне байланысты әр түрлі болып келеді. Ферментацияның мезофильді режимінде - 25-30 күн, термофильді режимде - 10-15 күн.
БГҚ ды шағын бизнесте пайдаланудың енді бір ерекшелігі биогазбен жұмыс істейтін дизельді электр станциясының сумен салқындату жүйесі кеңсені жылыту жүйесіне кірістірілгендігінде.
Бастапқыда айтылғандай БГҚ өндірісінің өнімдері биогаз және биошлам болып табылады. Биогаздың өнімділігі - фермертация пеоиодындағы субстрат бірлігіндегі (м3) биогаз шығымы (м3). Биогаз өнімділігі келесі параметрлерге тәуелді:
* Қондырғы реакторының көлеміне; қондырғы көлемі үлкен болған сайын газ шығымы көп
* Ашу процесі жүретін (ферментация) реактордың температурасы;
Биогаз алу өндірісінің технологиясы және биогаз қондырғыларына сипаттама беру. Биогаз технологиясы негізіне нәжіс және құс саңғырығының және де басқа да органикалық заттардың анаэробты жағдайдағы (ауа қатысынсыз) биологиялық ыдырауының күрделі табиғи процестер жатады. Осылайша анаэробты бактериялардың ерекше тобының әсерінен құрамында азот, фосфор және калий бар органикалық қосылыстардың минералдануымен өтетін процестері жүреді, нәтижесінде патогенді микрофлоралар, гельминт жұмыртқалары, арамшөп, арнайы фекальды иіс, нитраттар мен нитриттердің толық жойылуынан азоттың, фосфор және калийдің өсімдіктер үшін тиімді минералды формасы алынады. Ашу процесі өтетін сиымдылық метантенка немесе реактор деп аталады. Шикізатты тұрақты араластыра отыра ашудың тиімді температуралық режимін сақтағанда бастапқы затты салғанда және ашыған материалды шығарғанда биогаз шығымы реакторда 2-3 м3-1 м3 болады, ал құс саңғырығын қолданғанда 6 м3 болады. Бір сиыр тәулігіне 2,5 м3 газ, ал бордақаланған бұқа -1,6 м3, шошқа - 0,3 м3, құс- 0,02 м3 газбен қамтамасыз етеді [19-20].
Ауылшаруашылығы кез келген мемлекеттің экономикасының маңызды саласы болып табылады. Елдің экономикасының күшті болуы тікелей басқа елдермен салыстырғанда қамтасыз ету, соның ішінде адамдарды тағам өнімдерімен қамтамасыз етуге байланысты екені белгілі. Ауыл шаруашылығы бұл мәселені толығымен шешуге мүмкіндік береді. Біздің ел жерге өте бай, бірак климат қатаң, сондықтан еш инновациялық жағдайсыз жақсы нәтиже алу қиын. Қазіргі күннің маңызды тапсырмаларының бірі ауыл шаруашылық өнімділігін жоғарылату үшін қазіргі заманғы биотехнологияны жасап шығару және енгізу болып табылады. Ғылыми тәсілдер көптеген мәселелерді шешуге және осы саланың тиімділігін жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Қазіргі тандағы кез келген ферманың басты мәселелерінің бірі қалдықтарды пайдаға асыру (утилизация) болып табылады. Мал басы және құстар көп болған сайын нәтижесінде қалдықтар да көп болады. Күніне жануарлар бірнеше килограмм нәжіс пен ондаған литр зәр шығарады, олар қоршаған ортаға, жер асты суларына зиян келтіреді және жағымсыз иіс шығарады. Доңыз фермасының, мал қора және құс қорасының қалдықтарын сақтау үшін жануарлар мен құстардың өнімдерін сақтау үшін үлкен резервуар құру қажет. Сонымен қатар тазалайтын олындар салу керек, ол үшін көп қаражат қажет.
Әдетте ауылшаруашылығында жануарлардың тіршілік өнімдерін тыңайтқыш ретінде қолданған, бірақ оларды топыраққа жылына бір рет қана енгізеді, сонымен қатар нәжістер бұл мақсатта таза күйінде қажетті. Мал эпидемиясы кезінде олардың нәжістері адамдар және басқа жануарлар үшін қауіпті болады, сондықтан залалсыздандыруды талап етеді. Осы мақсатта бүкіл әлемде ауылшаруашылығында биотехнология негізінде құрылған органикалық қалдықтарды пайдаға асыру үшін арнайы қондырғылар қолдана бастады. Мұндай қондырғылар аз уақытта қалдықтардың көп мөлшерін қайта өңдеуге және сапалы тыңайтқыш пен биоотын алуға мүмкіндік береді [21].
Тіпті шағын ғана қондырғы да ферма қалдықтарын пайдаға асыру мәселесін шеше алады және оны арзан отынмен қамтамасыз етеді. Жануарлар нәжісі органикалық қалдықтарды пайдаға асыру үшін қондырғының герметикалық резервуарына түскеннен кейін онда ашу процесі басталады, яғни оттек қатысынсыз және қосымша қыздыру арқылы процесс тез өтеді. Нәтижесінде шыққанда сапала экологиялық таза тыңайтқыш пен биогаз алынады. Осындай тәсілмен алынған биогазды кәдімгі табиғи газ ретінде қолдануға болады, өйткені онда метан бар. Ашу процесі жоғары температурада өтеді, сондықтан жануарлардың тіршілік өнімдері залалсызданады, ал алынған тыңайтқышта арамшөп тұқымы көбеюге ұшырайды, ол тыңайтқыштың тиімділігін бірнешеге жоғарылатып және топырақты гербицидтермен өңдеу қажеттігін төмендетеді.
Қондырғыға шығын қалдықтарды сақтау үшін арналған резервуар құрылысына қарағанда аз кетуі мүмкін, сонымен қатар ол аз орын алады. Мұндай құрылғының бір пайдасы ол жылар бойы өз құнын атайды және пайда әкеледі. Қондырғымен алынған биогазды ғимараттарды қыздыру және ыстық су алу үшін, газ жабдықтарының жұмысы және территорияны жарықтандыру үшін қолдануға болады, бұл ауылшаруашылығы үшін биотехнологияның үлкен пайдасы бар екенін дәлелдейді [22].
Метантекте биомассадағы бактерия әсерінен органикалық заттардың бөлігі метан (60-70 %), көмірқышқыл газы (30- 40 %), аз мөлшерде күкіртсутек (0-3 %), сонымен қатар, аммиак және азот тотығы түзе отырып ыдырайды. Биогаздың жағымсыз иісі болмайды. Оның жану жылуы кубметріне 25 МДж болса, ол 0,6 л бензин, 0,85 л спирт, 1,7 кг ағаш жануына кг ағаш жануына немесе 1,4 кВт*сағ электрэнергиясын қолданғанға тең. Энергетикалықтан басқа биоконверсия процесі тағы бір тапсырманы шешуге мүмкіндік береді. Ашыған нәжісті егін шаруашылығында пайдалану кәдімгі нәжіске қарағанда ауылшаруашылығы өнімдерінің өнімділігін 10-15 % артық алуға мүмкіндік береді. Бұл анаэробты қайта өңдеу кезінде азоттың минералдануы және байланысуы жүретінімен түсіндіріледі [23].
Адамдарды арзан экологиялық таза энергиямен қамтамасыз ету қазіргі кезде барлық елде үлкен мәселе болуда. Әр түрлі мемлекеттер шешудің әр түрлі жолдарын іздеуде, бірақ сонымен бірге өз көршілерінің тәжірибелерін үйренуде. Біздің елде табиғи ресурстар қоры өте үлкен, бірақ уақыт өте келе олардың таусылуын ойлау керек, ал ол отын алудың жаңа көздерін іздеуге алып келеді. Экология және энергияның қажеттілігі осы күрделі тапсырманы шешудің бірінші жоспары болып табылады [24].
Бұл салада потенциал үлкен, өйткені отын көздері ретінде өсімдік қалдықтарын, тұрмыстық қалдықтарды, құс өндіруші және малөсіруші, өндіріс қалдықтарын қолдануға болады, бұл арзан энергия көзін алып қана қоймай, сонымен қатар, қалдықтарды пайдаға асыру мәселесін де шешуге мүмкіндік береді. Кейбір елдерде биоотын алу үшін пайдала агромәдениет қолданады, мысалы қант құрағы, жүгері, эсімдік майын т.б., ол тағам өнімдерінің құнын жоғарылатып және аштық мәселесі болып жатғқан елдердегі адамдар жағдайын тереңдетуі мүмкін. Ғалымдардың алдында тұрған қазіргі таңдағы тапсырма елдің энергетикалық мәселесін тиімді шешуге мүмкіндік беретін қазіргі заманғы технологияны өңдеп шығару болып табылады.
Бұл жағдайда барлық елде ерекше назар органикалық биомассаны қайта өңдеу нәтижесінде алынған биоотынға аударылады. Бұл жағдайда шикізат ретінде эсімдік биомассасымен қатар органикалық қалдықтар қолданылады. Оларды жағуға, газдауға, этил спиртін және биогаз алуға болады. Органикалық қалдықтарды қайта өңдеудің тиімді тәсілдерінің бірі биореактор мен газгольдер қолдану.Бұл жағдайда биомассаны арнайы қондырғыға салып орнатып, ашу процесінен соң одан бағалы экологиялық таза тыңайтқыш пен биогаз алады. Қазіргі кезде биогаз алудың шамамен алпысмыңдай әртүрлі технологиясы бар.
Өңделетін шикізаттың үздіксіз қоры болғанда биогаз өндірісі экономикалық түрде ақталады. Биогаз көмірқышқыл газы мен метанның жанғыш қоспасынан тұрады. Оны сақтауға, тасымалдауға және табиғи газбен қатар газды қондарғыларда қолдануға болады. Биогаздың тиімділігі жайында ғалымдар таласады. Олардың айтуынша, ол қоршаған ортаға отынның дәстүрлі түрлері, мысалы ағаш, көмір, бензин және дизельді отындарға қарағанда зияны аз десе, кейбірі мұнымен келіспейді. Қалай айтса да, Еуропа елдерінде және Америкада бұл программа енгізіле бастады.
Биотехнологияны қолдану агроөнеркәсіптік кешенде де орындалған, өйткені бұл белгілі бәсекелестік артықшылық беріп қана қоймай берілген сектордың экономикада инвестициясы үшін де тиімді жағдай жасайды. Сонымен қатар ауылшаруашылығы өндіріске қажетті жұмсалатын жоғары сапалы тыңайтқыштар және отынның көп мөлшерін қажет етеді. Қазіргі заманғы биотехнология көмегімен өндірістердің экологиялығын бірнешеге жоғарылатуға болады. Нәтижесінде [25], мынадай қорытынды жасауға болады, биотехнология - біздің экономиканың және агроөнеркәсіптік кешеннің болашағы.
Румынияда биогаз генераторы кеңінен таралған. Ең алғашқы жеке қондырғы (1-сурет) 1982 жылы желтоқсанда эксплуатацияға енгізілген. Содан бері ол үш конфоркалы және духовкалы қарапайым газды плитасы бар үш көрші отбасыларды газбен қамтамасыз етеді. Ферментатор екі рет пісірілген: алдымен электрлік пісіру, сосын сенімділік үшін газбен пісірілген ішінен төбе жабатын қаңылтыр төселген диаметрі 4 м және тереңдігі 2 м (көлемі шамамен 25 м3) шұңқырда болады. Антикоррозиялық қорғаныш үшін резервуардың ішкі беті шайырмен қапталған. Ферментатордың сыртқы жоғарғы жиегінде гидроқақпаның функциясын атқаратын тереңдігі 1 м бетоннан сақиналы ор жасалынған, сумен толтырылған бұл орда резервуарды жауып тұратын қоңыраудың вертикалды бөлігі жылжиды. Биіктігі 2,5 м қоңырау табақшалы екі миллиметрлік болаттан жасалған. Оның жоғарғы бөлігінде газ жиналады.
1 - шикізатпен бірге ферментатор шұңқыры, 2 - қоңырау, 3 - шығаратын келте құбыр, 4 - биогаз беретін құбырөткізгіш (шланг), 5 - су бар гидроқақпақ оры (канавка).
Сурет 1. Конустық қоңырау арқылы биогаз алу үшін қондырғы сызбанұсқасы
Бұл жобаның авторы газ жинаудың басқаша нұсқасын таңдаған , яғни басқа құрылғылардан ерекшеленетін ферментатордың ішінде болатын және үш шаруашылыққа 3 жер асты тармағы бар құбыр көмегімен жинайтын қондырғы тапқан. Сонымен қатар гидроқақпақ орындағы су ағында, қыс кезінде мұз боп қалады.
Ферментаторға шамамен 12м3 жас нәжіс салынып, үстіне сиыр зәрі құйылады (су қоспай). Генератор толғаннан кейін 7 күннен соң жұмыс жасайды.
Осыған ұқсас тағы қондырғы бар (2-сурет). Оның ферментаторы квадратты көлденең қимасы 2х2 м болатын шұңқырда жасалған. Шұңқыр қалыңдығы 10-12 см темірбетонды плитамен қапталған, цементпен сылақталған және герметикалық болу үшін шайырмен жабылған. Тереңдігі 50 см гидроқақпақ оры бетонды болып келеді, қоңырау қаңылтырмен пісірілген және төрт құлақшасымен бетонды резервуарда орнатылған төрт вертикалды бағыттаушымен еркін жылжи алады. Қоңырау биіктігі шамамен 3 м, оның 0,5 метрі орға енгізілген.
1 - шикізатпен бірге ферментатор шұңқыры, 2 - қоңырау, 3 - шығаратын келте құбыр, 4 - биогаз беретін құбырөткізгіш (шланг), 5 - су бар гидроқақпақ оры (канавка), 6 - жылытатын ыдыс, 7 - құбырөткізгіш.
Сурет 2. Пирамидалы қоңыраумен биогаз алу қондырғысының сызбанұсқасы
Алғашқы толтыруда фермкентаторға 8 м2 сиырдың жас нәжісі салынған, ал үстіне шамамен 400 л сиыр зәрі құйылған. 7- 8 күннен кейін қондырғы иесін толығымен газбен қамтамасыз еткен.
Осыған ұқсас 6 м3 аралас нәжісті (сиыр, қой және шошқа) қабылдауға есептелген биогаз генераторы бар. Бұл үш канфоркасы және духовкасы бар газды плитаның қалыпты жұмысын қамтамасыз етуге жеткілікті.
Тағы бір қондырғы қызық конструктивті деталімен ерекшеленеді: ферментатормен қатар оған Т-тәрізді шланг көмегімен бір-бірімен байланысқан үш үлкен тракторлы камера жалғанған. Биогаз қосылмайтын және қоңырауға жинақталатын түнгі уақыттарда қауіп туады, сонда артық қысым әсерінен соңғысы аударылады. Резиналы резервуар қосымша сиымдылық болады (3-сурет). Размері 2х2х1,5 ферментатор екі оттық жұмыс істеу үшін толығымен жеткілікті, ал қондырғының тиімді көлемі 1 м3-қа ұлғайғанда жеткілікті және тұрғын үйді жылытуға биогаз алуға болады. Қондырғының осы нұсқасының ерекшелігі қоңырау құрылғысы 138 см және биіктігі 150 см үрлемелі қайық жасау үшін қолданатын рәзіңкеленген лентадан тұрады. Ферментатор 140-300 см және көлемі 4,7 м3 металдық резервуардан тұрады. Қоңырау нәжіс ферментаторында тереңдігі 30 см атмосфераға биогаз шығымын гидравликалық жабуды қамтамасыз ету үшін енгізіледі. Ісінген резервуардың жоғары бөлігінде шлангпен жалғанған кран бар; ол арқылы газ плитиға үш конфоркасымен және суды жылыту үшін құбырға түседі. Ферментатордың жұмысында тиімді жағдай жасау үшін нәжісті ыстық сумен араластырады. Қондырғы шикізат ылғалдылығы 90 % және температура 30-35 0С болғанда жақсы нәтиже көрсетеді .
Сурет 3. Биогаз алудың резиналы резервуары
Ферментаторды қыздыру үшін жылыжай эффектісі қолданылады. Ыдысқа металдық каркас тұрғызылған, ол полиэтиленді пленкамен қапталады: жағымсыз ауа-райы жағдайында ол жылуды сақтап және шикізаттың ыдырау процесін жылдамдатуға мүмкіндік береді.
Румынияда биогаз генераторы мемлекеттік немесе кооперативті шаруашылықта қолданылады. Оның полиэтиленді пленкалы каркаспен жабылған сиымдылығы 200 м3 екі ферментаторы бар (4-сурет). Қыста нәжіс ыстық сумен ... 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