Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру процесін жетілдіру жобасы
Норматив сілтемелер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..8
Анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
Белгілер мен қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1Аналитикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...13
1.1Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиеттерге шолу ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.2.Өркениетті елдердегі биогаз қондырғылары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға салу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды араластыру ... ... ... ... ... ... ... ...24
1.5. Араластыру процесінің инженерлік . техникалық есептеулері ... ... ... ... ... 26
2 Биогаз қондырғысының техникалық параметрлерін анықтау ... ... ... ... ... ... ...29
2.1.Биогаз қондырғысын теориялық есептеу негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
3 Фермерлік шаруашылыққа арналған шағын биогаз қондырғысы ... ... ... ... ... .33
3.1. Биогаз қондырғысының технологиялық сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
3.2. Биогаз қондырғысының жұмыс істеу принціпі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...35
3.3. Биогаз жүру процесін технологиялық өңдеу ерекшеліктері ... ... ... ... ... ... ..37
4 Биогаз технологиясының техникалық қауыпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
5 Экология ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
6 Биогаз қондырғысының экономикалық тиімділігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
7 Бизнес жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
Анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
Белгілер мен қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .10
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 11
1Аналитикалық бөлім ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...13
1.1Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиеттерге шолу ... ... ... ... ... ... ... ..13
1.2.Өркениетті елдердегі биогаз қондырғылары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 14
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға салу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 22
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды араластыру ... ... ... ... ... ... ... ...24
1.5. Араластыру процесінің инженерлік . техникалық есептеулері ... ... ... ... ... 26
2 Биогаз қондырғысының техникалық параметрлерін анықтау ... ... ... ... ... ... ...29
2.1.Биогаз қондырғысын теориялық есептеу негіздері ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .29
3 Фермерлік шаруашылыққа арналған шағын биогаз қондырғысы ... ... ... ... ... .33
3.1. Биогаз қондырғысының технологиялық сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
3.2. Биогаз қондырғысының жұмыс істеу принціпі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...35
3.3. Биогаз жүру процесін технологиялық өңдеу ерекшеліктері ... ... ... ... ... ... ..37
4 Биогаз технологиясының техникалық қауыпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 40
5 Экология ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..44
6 Биогаз қондырғысының экономикалық тиімділігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..49
7 Бизнес жоспар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .53
Қорытынды ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .60
Қолданылған әдебиеттер ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...61
Дәстүрсіз, қарапайым энергия қорларын пайдалану және терең мазмұнды түрде зерттеу қазіргі кезде актуалды мәселе болып отыр. Күнделікті қолданатын энергиядан басқа дәстүрсіз энергия көздеріне күн сәулесі мен жел энергиясы, табиғи термольді қоры, және елді мекендерден, мал қоралардан шығатын органикалық қалдықтарды өңдеу арқылы энергия алу болып табылады. Ескере кететін бір жағдай ауыл шаруашылығындағы фермалар мен мал шаруашылықтарынан шығатын сұйық қисадраны дер кезінде өңдеген кезде энергетикалық, агрохимиялық, экологиялық және социалды жағдайларды жақсартуға болады. Орындалып отырған жоба тақырыбының жаңалығы және практикалық маңыздылығы:
Біріншіден – сұйық қисадраны арнайы қондырғыға анаэробты, ауасыз кеңістікте ашытқанда биогаз бөлінеді, ол тегін энергия көзі.
Екіншіден - өңдеуден шыққан қиларды жоғары сапалы органикалық тыңайтқыш ретінде бірден егіс даласында пайдалануға болады. Ондағы органикалық элементтер сақталады да, арам шөп дәндері өңдеу көзінде түгел өледі.
Үшіншіден – мал қораларынан шыққан қи-садраны құбырлар арқылы биогаз қондырғысына жеткізіп, өңделген соң егіс даласына бірден шығарады. Бұрынғыдай олар 1-2 жыл фермалардың қи сақтау орындарында жинақталмайды. Сондықтан қоршаған орта былғанбайды, қидың жарамсыз иісінен, бактериялардың мал және адамдар түрлі ауруға шалдықпайды. Фермалардың экологиялық жағдай жақсарып, жұмысшылардың социалды тұрмысы өзгереді. Соңғы кездегі мал қиының қоршаған ортаға, әсеріне салық салуын ескерсек, биогаз қондырғысының қажеттілігі өте зор.
Биохимиялық процесстен бөлінген биогаз иіссіз көгілдір түсті. Оның жану жылуы 18-24 Дж/м3 тең. Мысалыға көлемі 28 м3 ыдыстағы биогаздың жану энергиясы 16,8 м3 табиғи газға, 20,8 л мұнайға немесе 18,4 л дизельдегі жанар майдың жану энергиясына тең. Биогазды отын ретінде тікелей пештерге
жағуға болады, бірақ құрамында көмір қышқыл газы болғандықтан газ плиткаларына арнайы өзгерістер жасау қажет.
Биогазды пайдалану арқылы электр энергиясын алуға да болады, ол үшін газды қолғалтқышта жағып, генератордан электр тоғын алады. Жылу энергиясының механикалық энергияға айналу коэффициенты 38%, немесе 1000 м3 метанды жағу арқылы 2000 кВт/ электр энергиясын алуға болады. Биогазды маторға жанар майы ретінде пайдалануға болады, оның калориясы 6000 ккал/м3, октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, шөп, картошканың қызылшаның сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның тиімді ашуы үшін қолайлы және ылғалдығы 89-95% шамасында болуы тиіс.
Біріншіден – сұйық қисадраны арнайы қондырғыға анаэробты, ауасыз кеңістікте ашытқанда биогаз бөлінеді, ол тегін энергия көзі.
Екіншіден - өңдеуден шыққан қиларды жоғары сапалы органикалық тыңайтқыш ретінде бірден егіс даласында пайдалануға болады. Ондағы органикалық элементтер сақталады да, арам шөп дәндері өңдеу көзінде түгел өледі.
Үшіншіден – мал қораларынан шыққан қи-садраны құбырлар арқылы биогаз қондырғысына жеткізіп, өңделген соң егіс даласына бірден шығарады. Бұрынғыдай олар 1-2 жыл фермалардың қи сақтау орындарында жинақталмайды. Сондықтан қоршаған орта былғанбайды, қидың жарамсыз иісінен, бактериялардың мал және адамдар түрлі ауруға шалдықпайды. Фермалардың экологиялық жағдай жақсарып, жұмысшылардың социалды тұрмысы өзгереді. Соңғы кездегі мал қиының қоршаған ортаға, әсеріне салық салуын ескерсек, биогаз қондырғысының қажеттілігі өте зор.
Биохимиялық процесстен бөлінген биогаз иіссіз көгілдір түсті. Оның жану жылуы 18-24 Дж/м3 тең. Мысалыға көлемі 28 м3 ыдыстағы биогаздың жану энергиясы 16,8 м3 табиғи газға, 20,8 л мұнайға немесе 18,4 л дизельдегі жанар майдың жану энергиясына тең. Биогазды отын ретінде тікелей пештерге
жағуға болады, бірақ құрамында көмір қышқыл газы болғандықтан газ плиткаларына арнайы өзгерістер жасау қажет.
Биогазды пайдалану арқылы электр энергиясын алуға да болады, ол үшін газды қолғалтқышта жағып, генератордан электр тоғын алады. Жылу энергиясының механикалық энергияға айналу коэффициенты 38%, немесе 1000 м3 метанды жағу арқылы 2000 кВт/ электр энергиясын алуға болады. Биогазды маторға жанар майы ретінде пайдалануға болады, оның калориясы 6000 ккал/м3, октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, шөп, картошканың қызылшаның сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның тиімді ашуы үшін қолайлы және ылғалдығы 89-95% шамасында болуы тиіс.
1. Сассон А. Биотехнология . М. : Мир, - 1987
2. Ауланбергенов А. А . Сұйық қисадраны және суынды суларды ауасыз
метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. – Бастау « Жаршы ». № 8, - 2003
3. Баддер В. и др. Биогаз (теория и практика). М.,Колос,-1982.
4. Баротфи И., Рафаи П.Энергосберегающие технологии и агрегаты на
животноводческих фермах/Пер. с венг. Э.Шандора, А.И. Залепукина. М.:
Агропромиздат, 1988-228с.
5.Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановые сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатне, 1988.-204с.
6. Ковалев А. А., Лосяков В.П. Результаты исследований экспериментальной биогазовой установки//Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, №11, с60-62с.
7. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. – М.: Агропромиздат, 1989-160с.
8. Сейтбеков Л.С., Нестерев Е.Б., Матвеев В.А. Получение биогаза из отходов животного и растительного происхождения. – Алматы: ТОО «Издательство» «Бастау» 2004.-26с.
9. Ауланбергенов А.А. Удаление навоза из помещений животноводческих комплексов пневмогидравлическим способом.// Экспресс-информация. Серия 4, выпуск-11М.:ЦБНТИ Минводхоза СССР,1984-С1…6
10. Ауланбергенов Ә.А. Сұйық қи-садрадан биогаз алу негіздері. Ізденістер, нәтижелер №2, Алматы 2005.
11. Ауланбергенов Ә.А., Байзақова А. Сұйық қи-садра және жуынды суларды ауасыз метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. «Жаршы» Алматы 2003.
12. Ауланбергенов А.А., Байзакова А. Утилизация стоков фермерского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции. Книга 2, Алматы 2004.
13. Сидиганов Ю.Н. Оборудование и технология проведения исследований процесса анаэробного сбражования навоза. Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 7, 2006.
14.Сидиганов Ю.Н. особенности обеспечения биогазом АПК Республики Маринда. Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 7, 2006.
15. Ковалев А.А. Эффективность производства биогаза на живодноводческих фермах. Техника в сельском хозяйстве, № 3, 2001.
16. Шрамков В.М. Переработка органических отходов в удабрение и биогаз. Техника и оборудования для села, 1999.
17. Бакулов И. А. И др. Обеззараживание навозных стоков о условиях промышленного производства. М., Госагропром-издат, 1998.
18. Ауланбергенов А. А., Агибаев СБ., Сыдықбаев Ж. Т. Проблемы утилизации навозных стоков. КазГосИНТИ. -1995.
19.Ауланбергенов А. А., Нурумбетов М. С., Сабиров Э. М. Использование сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур- Биогазовая установка для утилизации стоков в животноводческих комплексах крупного рогатого скота. Волгоград. -1990.
20. НИ отчет ОНИЛ гидравлики и сельскозмилиорации «Научно – технические основы использования сточных вод живодноводческих комплексов». Алма –ата, - 1984.
21. НИ отчет ОНИЛ кафедры гидравлики и сельскозмелиорации «Разработка и иследования технологической линии отчистки и утилизации стоков комплексов по откорму КРС». Алма – ата, -1987.
2. Ауланбергенов А. А . Сұйық қисадраны және суынды суларды ауасыз
метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. – Бастау « Жаршы ». № 8, - 2003
3. Баддер В. и др. Биогаз (теория и практика). М.,Колос,-1982.
4. Баротфи И., Рафаи П.Энергосберегающие технологии и агрегаты на
животноводческих фермах/Пер. с венг. Э.Шандора, А.И. Залепукина. М.:
Агропромиздат, 1988-228с.
5.Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановые сбраживание сельскохозяйственных отходов. – Рига: Зинатне, 1988.-204с.
6. Ковалев А. А., Лосяков В.П. Результаты исследований экспериментальной биогазовой установки//Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1987, №11, с60-62с.
7. Ковалев Н.Г., Глазков И.К. Проектирование систем утилизации навоза на комплексах. – М.: Агропромиздат, 1989-160с.
8. Сейтбеков Л.С., Нестерев Е.Б., Матвеев В.А. Получение биогаза из отходов животного и растительного происхождения. – Алматы: ТОО «Издательство» «Бастау» 2004.-26с.
9. Ауланбергенов А.А. Удаление навоза из помещений животноводческих комплексов пневмогидравлическим способом.// Экспресс-информация. Серия 4, выпуск-11М.:ЦБНТИ Минводхоза СССР,1984-С1…6
10. Ауланбергенов Ә.А. Сұйық қи-садрадан биогаз алу негіздері. Ізденістер, нәтижелер №2, Алматы 2005.
11. Ауланбергенов Ә.А., Байзақова А. Сұйық қи-садра және жуынды суларды ауасыз метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. «Жаршы» Алматы 2003.
12. Ауланбергенов А.А., Байзакова А. Утилизация стоков фермерского хозяйства. Материалы международной научно-практической конференции. Книга 2, Алматы 2004.
13. Сидиганов Ю.Н. Оборудование и технология проведения исследований процесса анаэробного сбражования навоза. Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 7, 2006.
14.Сидиганов Ю.Н. особенности обеспечения биогазом АПК Республики Маринда. Механизация и электрификация сельского хозяйства, № 7, 2006.
15. Ковалев А.А. Эффективность производства биогаза на живодноводческих фермах. Техника в сельском хозяйстве, № 3, 2001.
16. Шрамков В.М. Переработка органических отходов в удабрение и биогаз. Техника и оборудования для села, 1999.
17. Бакулов И. А. И др. Обеззараживание навозных стоков о условиях промышленного производства. М., Госагропром-издат, 1998.
18. Ауланбергенов А. А., Агибаев СБ., Сыдықбаев Ж. Т. Проблемы утилизации навозных стоков. КазГосИНТИ. -1995.
19.Ауланбергенов А. А., Нурумбетов М. С., Сабиров Э. М. Использование сточных вод для орошения сельскохозяйственных культур- Биогазовая установка для утилизации стоков в животноводческих комплексах крупного рогатого скота. Волгоград. -1990.
20. НИ отчет ОНИЛ гидравлики и сельскозмилиорации «Научно – технические основы использования сточных вод живодноводческих комплексов». Алма –ата, - 1984.
21. НИ отчет ОНИЛ кафедры гидравлики и сельскозмелиорации «Разработка и иследования технологической линии отчистки и утилизации стоков комплексов по откорму КРС». Алма – ата, -1987.
Пән: Автоматтандыру, Техника
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 61 бет
Таңдаулыға:
Жұмыс түрі: Дипломдық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 61 бет
Таңдаулыға:
Ф.7.04.-08
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
ТАЛБИДИНОВ Д.
Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
5В080600 мамандығы- Аграрлық техника және технология
ШЫМКЕНТ, 2016
Ф.7.04-09
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
КАФЕДРА Су ресурстары жерді пайдалану және агротехника
Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі
__________т.ғ.к.,доц.Кенжибаева Г.С.
“_____”________2016 ж.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
5В080600 мамандығы- Аграрлық техника және технология
___________________________________ _______________________________
Орындаған
Д.Талбидинов
Ғылыми жетекшісі т.ғ.к. доцент
К.Баймаханов
ШЫМКЕНТ, 2016
Ф.7.04-10
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ
МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҚ ҒЫЛЫМДАРЫ ЖОҒАРЫ МЕКТЕБІ
Су ресурстары жерден пайдалану және агротехника кафедрасы
Мамандығы 5В080600- Аграрлық техника және технология
БЕКІТЕМІН
Су ресурстары жерден пайдалану
және агротехника
Кафедра меңгерушісі
________Г.С.Кенжибаева
“_____”__________2015 ж.
Дипломдық жобаны орындауға
Т А П С Ы Р М А №
Студент Талбидинов Д. АП-12-3к2 тобы
Жоба тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
Университет бойынша . 2015ж.№ бекітілген бұйрық
Жобаны аяқтау мерзімі 24.04.2016ж.
Жобаны орындауға берілген мәліметтер: биогаз қондырғысында қалдықтарды
араластыру процесін жетілдіру жобасы жайлы жалпы мәліметтер.
Дипломдық жобаны орындауға қатысты сұрақтар тізімі
1.Биогаз алудың тиімділігі
2.Биогаз алу тәсілдеріне сипаттама беру.
3.Әртүрлі малдан биогаз алу тәсілдері.
4. Биогаздың фермерлерге тиімділігі.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА ЖАЗБАСЫНЫҢ МАЗМҰНЫ
№ Бөлімдер Кеңесші Т.А.Ә қолы
1 2 3
1 Аналитикалық бөлім Баймаханов К.
2 Технологиялық бөлім Баймаханов К
3 Тіршілік қауіпсіздігі Баймаханов К.
4 Экология Баймаханов К
5 Экономика Ибраимова С.С.
6 Бизнес-жоспар Ибраимова С.С.
Сызба материалдардың тізімі
1 Биогаз алу технологиясының сұлбасы
2.Әртүрлі үй жануарлары қалдықтарын өңдегенде бір тәулікте бөлінетін
биогаз көлемі
3. Қарапайым биогаз қондырғысының сұлбасы
4. Биогаз қондырғысының сұлбасы
5.Техника-экономикалык көрсеткіш
Ұсынылған әдебиеттер
1. Ауланбергенов А. А . Сұйық қисадраны және суынды суларды ауасыз
метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. – Бастау Жаршы . № 8, - 2003
2. Баддер В. и др. Биогаз (теория и практика). М.,Колос,-1982.
3. Баротфи И., Рафаи П.Энергосберегающие технологии и агрегаты на
животноводческих фермахПер. с венг. Э.Шандора, А.И. Залепукина. М.:
Агропромиздат, 1988-228с.
4.Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановые сбраживание сельскохозяйственных
отходов. – Рига: Зинатне, 1988.-204с.
Тапсырманың берілген күні 1.09. 2015 ж
Дипломдық жобаның ғылыми жетекшісі ________т.ғ.к.доцент К.Баймаханов
Тапсырманы орындауға алған студент _____________Талбидинов Д.
Ф.7.04-11
Дипломдық жобаны орындауға
күнтізбелік кестесі
№ Бөлімдер Орындалу Орындау Тапсырма Тапсырма Кеңесші
% мерзімі берілген орындалған қолы
күн күн
1 Кіріспе 5
2 Аналитикалық 15 30 күн 30.11.2015 25.12.2015
бөлім
3 Технологиялық 40 30 күн 5.01.2016 5.02.2016
бөлім
4 Тіршілік 5 10күн 5.02.2016 15.02.2016
қауіпсіздігі
5 Экология 5 10күн 15.02.2016 25.03.2016
6 Экономика 10 10күн 26.03.2016 30.03.2016
7 Бизнес-жоспар 10 20күн 30.03.2016 15.04.2016
8 Қорытынды 5 3күн 17.04.2016 20.04.2016
9 Пайдаланған 5 4күн 21.04.2016 25.04.2016
әдебиет
Жалпы 100
Дипломдық жоба жетекшісі
К.Баймаханов
Дипломдық жоба орындаушы Д.Талбидинов
Норма бақылау
Г.С.Кенжибаева
Аннотация
Жоба тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы қарастырылған,студент Талбидинов
Д., ғылыми жетекші т.ғ.к.,доцент К.Баймаханов, қорғау мерзімі 2016ж
Дипломдық жобаның негізгі мақсаты қазіргі таңда шағын биогаз
қондырғысында органикалық қалдықтарды өңдеуден шыққан сұйық қисадыраны
ауасыз - қондырғыда, метантенкада, биореакторда өңдеу шаруашылықтың
санитарлы-гигиеналық жағдайын жақсартуға, энергетикалық ахуалын дұрыстауға,
органикалық таза тыңайтқыш алуға және экологиялық тепе-теңдігін,
жұмысшылардың әлеуметтік тұрмыс жағдайын жақсартуға мүмкіндік жасайтындығы
қарастырылды.
Шаруа қожалықтарында жасалынатын биоэнергетикалық қондырғы толық
автоматтандырылған, араластыру және толтыруға рециркуляциялық насос арқылы
жүргізілсе дайын болған метан газын жинау, компрессор, ресивер арқылы
болса, температурасын бір қалыпты 50-55°С ұстау уақыт, температура,
магнитті қосылғыш арқылы жүргізіледі. Көлемі 10м³ биореактордан 1,7...2,8м³
дейін метан алуға болады.
Дипломдық жоба 62 беттен, 3 суреттен, 9 кестеден тұрады.
Сонымен қатар дипломдық жобада еңбек қорғау, экология және бизнес
жоспары қарастырылған.
Мазмұны
Норматив
сілтемелер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 8
Анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
Белгілер мен
қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 10
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..11
1Аналитикалық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 13
1.1Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиеттерге
шолу ... ... ... ... ... ... ... ..1 3
1.2.Өркениетті елдердегі биогаз
қондырғылары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға
салу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды
араластыру ... ... ... ... ... ... . ... ..24
1.5. Араластыру процесінің инженерлік – техникалық
есептеулері ... ... ... ... ... 26
2 Биогаз қондырғысының техникалық параметрлерін
анықтау ... ... ... ... ... ... ...2 9
2.1.Биогаз қондырғысын теориялық есептеу
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...29
3 Фермерлік шаруашылыққа арналған шағын биогаз
қондырғысы ... ... ... ... ... .33
3.1. Биогаз қондырғысының технологиялық
сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
3.2. Биогаз қондырғысының жұмыс істеу
принціпі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 35
3.3. Биогаз жүру процесін технологиялық өңдеу
ерекшеліктері ... ... ... ... ... .. ... 37
4 Биогаз технологиясының техникалық
қауыпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
5
Экология ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...44
6 Биогаз қондырғысының экономикалық
тиімділігі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .49
7 Бизнес
жоспар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 60
Қолданылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .61
Нормативтік сілтемелер
Қазақстан Республикасының 2007 ж. 27 шілдедегі №389-1 Білім туралы
Заңы;
Қазақстан Республикасының 2004ж. 9 қарашадағы №603-II Техникалық
реттеу Заңы;
Қазақстан Республикасы Үкіметінің 2005 жылғы 2 наурыздағы № 195
қаулысымен бекітілген жоғары кәсіптік білімнің білім беру бағдарламаларын
іске асырушы ұйымдардың типтік ережелері;
МЖМБС 5.03.001-2004 Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпыға
міндетті білім беру стандарты. Жоғары кәсіптік білім. Бакалавриат. Негізгі
ережелері. (Қазақстан Республикасы Білім және ғылым Министрлігінің
23.09.2005 ж. №1, 18.08.2006ж. № 644 және №2, № 454 өзгерістері бар 2004ж.
30 сәуірдегі №380 бұйрығымен бекітілген);
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым Министрлігінің 2006ж.
7 қыркүйектегі №481 бұйрығымен бекітілген, білім беру ұйымдарында білім
алушыларды ағымдағы бақылаудан, аралық және мемлекеттік қорытынды
аттестациядан өткізу ережелері;
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым Министрлігінің 2007ж.
22 қарашасындағы № 566 бұйрығымен бекітілген кредиттік технология бойынша
оқу үрдісін ұйымдастыру ережесі;
МЖМБС 5.04.020-2008 Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпыға
міндетті білім беру стандарты. Қазақстан Республикасының білім беру жүйесі.
Жоғарғы оқу орындарында дипломдық жұмысты (жобаны) орындау ережесі. Негізгі
ережелер. Қазақстан Республикасы Білім және ғылым Министрлігінің 2008ж. 23
қаңтардағы №26 бұйрығымен бекітілген.
ҚР СТ 1.5 – 2000 Қазақстан Республикасының мемлекеттік стандарттау
жүйесі. Стандарттардың құрылуына, баяндалуына, ресімделуіне және мазмұнына
қойылатын талаптар.
ҚР СТ 1.12 – 2000 Нормативтік мәтіндік құжаттар. Құрылуына,
баяндалуына, ресімделуіне және мазмұнына қойылатын жалпы талаптар.
ҚР СМЖ 01-2008 Құжатталған рәсім. Құжаттаманы басқару.
ҰС СМЖ 1.1.01 Ұйым стандарты. Сапа менеджменті жүйесінің құжаттамасын құру,
баяндау және ресімдеу ережесі.
Анықтамалар
1.ҚР БжҒМ 2001 жылғы 11 наурыздағы №151 бұйрықпен бекітілген, Жоғарғы
оқу орындарының қызметін ұйымдастыру ережелері..
2.ҚР БжҒМ 2000 жылғы 12 шілдедегі №174 бұйрықпен бекітілген, Жоғарғы оқу
орындарында білім алушыларды қорытынды аттестациялауды ұйымдастыру және
өткізу тәртібі.
Белгілер мен қысқартулар
РМК – Республикалық Мемлекеттік Кәсіпорын;
ҚР СТ – Қазахстан Республикасының мемлекеттік стандарты;
ҚР - Казахстан Республикасы;
СБ - Сапа бойынша басшылық;
ҚР – СМЖ құжатталған рәсімі;
ИСО – Стандарттау бойынша Халықаралық Ұйым;
ӘОЖ - Әмбебап ондық жіктегіш;
СМЖ – Сапа менеджменті жүйесі;
ХЕҰ - Халықаралық еңбек ұйымының.
Кіріспе
Дәстүрсіз, қарапайым энергия қорларын пайдалану және терең мазмұнды
түрде зерттеу қазіргі кезде актуалды мәселе болып отыр. Күнделікті
қолданатын энергиядан басқа дәстүрсіз энергия көздеріне күн сәулесі мен жел
энергиясы, табиғи термольді қоры, және елді мекендерден, мал қоралардан
шығатын органикалық қалдықтарды өңдеу арқылы энергия алу болып табылады.
Ескере кететін бір жағдай ауыл шаруашылығындағы фермалар мен мал
шаруашылықтарынан шығатын сұйық қисадраны дер кезінде өңдеген кезде
энергетикалық, агрохимиялық, экологиялық және социалды жағдайларды
жақсартуға болады. Орындалып отырған жоба тақырыбының жаңалығы және
практикалық маңыздылығы:
Біріншіден – сұйық қисадраны арнайы қондырғыға анаэробты, ауасыз
кеңістікте ашытқанда биогаз бөлінеді, ол тегін энергия көзі.
Екіншіден - өңдеуден шыққан қиларды жоғары сапалы органикалық
тыңайтқыш ретінде бірден егіс даласында пайдалануға болады. Ондағы
органикалық элементтер сақталады да, арам шөп дәндері өңдеу көзінде түгел
өледі.
Үшіншіден – мал қораларынан шыққан қи-садраны құбырлар арқылы биогаз
қондырғысына жеткізіп, өңделген соң егіс даласына бірден шығарады.
Бұрынғыдай олар 1-2 жыл фермалардың қи сақтау орындарында жинақталмайды.
Сондықтан қоршаған орта былғанбайды, қидың жарамсыз иісінен, бактериялардың
мал және адамдар түрлі ауруға шалдықпайды. Фермалардың экологиялық жағдай
жақсарып, жұмысшылардың социалды тұрмысы өзгереді. Соңғы кездегі мал қиының
қоршаған ортаға, әсеріне салық салуын ескерсек, биогаз қондырғысының
қажеттілігі өте зор.
Биохимиялық процесстен бөлінген биогаз иіссіз көгілдір түсті. Оның
жану жылуы 18-24 Джм3 тең. Мысалыға көлемі 28 м3 ыдыстағы биогаздың жану
энергиясы 16,8 м3 табиғи газға, 20,8 л мұнайға немесе 18,4 л дизельдегі
жанар майдың жану энергиясына тең. Биогазды отын ретінде тікелей пештерге
жағуға болады, бірақ құрамында көмір қышқыл газы болғандықтан газ
плиткаларына арнайы өзгерістер жасау қажет.
Биогазды пайдалану арқылы электр энергиясын алуға да болады, ол үшін
газды қолғалтқышта жағып, генератордан электр тоғын алады. Жылу
энергиясының механикалық энергияға айналу коэффициенты 38%, немесе 1000 м3
метанды жағу арқылы 2000 кВт электр энергиясын алуға болады. Биогазды
маторға жанар майы ретінде пайдалануға болады, оның калориясы 6000 ккалм3,
октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, шөп, картошканың қызылшаның
сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның тиімді
ашуы үшін қолайлы және ылғалдығы 89-95% шамасында болуы тиіс.
Ғылыми зерттеулер және өзіміздің іздесітерге қарағанда, бір тонна
құрғақ затты анаэробты процессте өңдеу арқылы шошқаның қи-садрасынан 500 м3
биогаз немесе 360 кг шарты отын, ірі-қараның қи-садрасынан 450 м3 биогаз
немесе 321 кг шартты отын, құс саңғырығынан 650 м3 биогаз немесе 428 кг
шарты отын алуға болады.
Сондықтан да, дипломдық жобаның мақсаты ауылшаруашылығындағы
органикалық және басқа қалдықтарды өңдеу арқылы метан газын және таза
органикалық тыңайтқыш алу болып табылады.
Дипломалды іс-тәжрибесі ОҚО Мақтаарал ауданы Мырзакент ауылында
өткізілді.
1 Аналитикалық бөлім
1.1 Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиетке шолу
Биогаз қондырғыларын жасап пайдалану өнеркәсібі дамыған елдерде
кеңінен қолданылады. Ал, Индия, Қытай, Вьетнамда және тағы басқа да ауа
райы қолайлы жылы елдердің әрбір жеке үйлерінде бар. Олар өз-өздерін
күнделікті тұрмысқа қажетті метанмен қамтамасыз етеді және өңделшен қи-
садра шағын егістікті, бақшаны құналры тыңайтқышпен қамтамасыз етеді.
Америка Құрама Штатының ғалымдарының болжауы бойынша ауыл
шаруашылығынан жыл сайын 2 млрд тоннаға дейін қи-садра алынады екен. Оның
энергетикалық потенциалын жылумен бағалағанда 51 млн тонна бензинге тең.
Мысалыға Американың 110 мың бас ірі қараға бордақылау комплексінен 5000
тоннадан аса қи-садра шығады. Оны өңдеп тазартқанда 43,5 мың м3 таза метан
және протейінді мал азығы қосапасы және органикалық азоты мол тыңайтқыш
алады.
Финляндияның “А.В.Энбом ” акционерлік қоғамы қи-садраны өңдейтін
әртіүрлі 65; 120; 170м3 көлемде қондырғылар шығарады. Мұндағы әр циклдің
ұзақтығы 20 тәуліктей. Бір бірімен байланысқан технологиялық процессте
толассыз биогаз алынады және оны күнделікті ферме қажеттілігіне
пайдаланады. Қосымша энергия көздерін іздеп табу, оның ішінде биогазды
пайдалану Венгрияда, Германияда, Чехтарда және басқа Европа елдерінде
кеңінен қолданады.
Биотехнологиялық өңдеу жолымен газ алу, оны күнделікті шаруашылыққа
пайдаланудың тағы бір үлкен жағы қуатты органикалық тыңайтқыш алу.
Анаэробты ашыту кезінде арам шөптердің тұқымы өсу қабілеттігі толығымен
жойылады және қуатты тыңайтқыш өсімдікке қажетті қоректі заттарды азот,
фосфор, калий және басқа химиялық элементтерді толық сақтайды.
Қи-садраны өңдеу кезіндегі жүретін ең негізгі технологиялық процесс
биогаз реакторында (метантенка) өтеді. Оның формасы, көлемі және орналасуы
әр түрлі болады. Көп жағдайда формасы цилиндр тәрізді, көлемі өңдейтін қи-
садра аумағына байланысты болады. Орналасуы көлденең, тік және жартылай
қисайтылған болып келеді.
Биогазды алу тәсілдері өте көп, бірақ оны алу технологиялық процессі
әлі күнге дейін басқарылмай келеді. Қи-садраны ашыту және газ алу көп уақыт
жүреді, 20-25 тәулікке дейін. Осыған байланысты реактор өте үлкен көлемде
болуы тиіс, немесе тоқтаусыз процесс болуы үшін бірнеше реактор
қолданылады. Мысалы 20 мың м3 биогазды алу үшін реактордың көлемі 20 мың м3
болуы керек. Егер 1 м3 темір бетонды реактордың құны 35-50 мың теңге болса,
онда оның көлеміне көбейтсек өте көп қаржы керек болар еді. Реакторларды
пайдалану тәжірибесіне қарағанда Қытайда, Индияда және басқа жылы елдерде
бетоннан жасалынған метантенктер көп қолданады.
Метанның шығу технологиялық процессінің өнімділігін арттыру бір-
бірімен байланысты көптеген факторлар арқылы жүреді, оның негіздеріне
ашытылатын қи-садраның температурасы, ылғалдығы, араластыру тәсілдері,
қоспа ашытқылар және де басқа факторлар жатады.
Микроорганизмдердің өсу жылдамдығына және негізгі биохимиялық
реакциясының тез жүруіне әсер ететін басты фактор температура. Анаэробты
ашу кезінде температураның диапазоны өте кең, табиғатта метанның пайда
болуы 0 ден 970С температура арасында өтеді. Микроорганизмдердің тіршілік
әрекеті үш температуралық зонаға бөлінеді: психофильді - 200С дейін;
мезофильді 200С дан 400С дейін және термофильді 500С ден 700С дейін.
Органикалық заттардан газдың бөлініп шығып пайда болуына
температураның әсерін өткен ғасырдың басында К.Имхоф пен И.С.Корольков
бірінші болып зерттеулер жүргізген. Олар температура мен уақыт арасындағы
байланысты анықтады және реакторды өнімділігімен ұштастырған.
Анаэробты (ауасыз) ашыту мына тиімді температура арасында өтеді -
психофильді 15-17, мезофильді 33-35 және термофильді 53-550С. Реактордың
өнімділігін арттыру үшін термофильді процессте жүргізіледі. Мұнда қи-
садраны қыздыруға кететін энергия шығынын жалпы қондырғының құнын
көбейтеді, ал психофильді және мезофильді процесстер ұзақ жүреді және
метанның шығуы кемиді. Температура тұрақты болмай, көбейіп, не азайып
кететін болса, көрсеткіші бар болғаны екі-бес градусқа артса биогаздың
шығуы 10-15% кемиді.
Ашу процессінің тиімді өту үшін механикалық, гидравликалық және газды
араластырушы қондырғы арқылы жүргізеді. Механикалық араластырушы негізінен
кішігірім реакторларда, ал өте үлкен метантенкаларда гидравликалық
араластыру әдістерін қолданады. Мұнда реактордағы қи-садраның ылғалдылығы
95-98% болғандықтан органикалық заттар тұнып рекактордың төменгі жағына
отырады да, сұйықтар жоғарғы жағына жиналады. Бұл биогаз шығу процессін
тездетуін және өнімділігін кемітеді. Осыған байланысты әр екі-үш сағатта
араластырып отыру қажет.
Ашу процессін жақсарту үшін қи-садра 0,1% дейін карбалидті, бір тонна
субстратқа 20% алюминийдің гидроксид ертіндісін қосады. Міне, сонымен
ментанның шығу жолына тағыда басқа факторлар қатысады және осылардың бәрін
бір-бірімен үйлестіріп отырған жағдайда биогаз алу технологиялық жолы
жақсарады.
1.2. Тәуелсіз мемлекеттер достастығындағы биогаз қондырғыларына шолу
Қазіргі кезде Қазақтың ұлттық аграрлық университетінде шағын биогаз
қондырғыларын жасау ғылыми ізденіс жұмыстары жүргізілуде. Олар шағын шаруа
қожалықтарды, жеке үйлерді метан газымен қамтамасыз ету мақсатында
жасалынады.
Мал шаруашылығы ағынынан биогаз өндірісінің технологиялық процесін
автоматтандыруды қамтамасыз ететін және сапалы органикалық тыңайтқышты
алатын биоэнергетикалық қондырғыларға сараптама жасалынды. Республикамыздың
фермерлік шаруашылығында аз қуатты биогаздық қондырғының ендірілуі,
жергілікті ауылдарды энергетикалық және экономикалық мәселелердің шешілуіне
себепкер болады.
Запорож филиалының тәжірибие жасау шаруашылығына ВИЭСХ өндірістік-
биологиялық гумусты – газды қондырғыны пайдаланады. Оны 1000 сиырдан шыққан
сұйық қи-садраны өңдеу арқылы 3175 тонн.сұйық тыңайтқыш және 81 760 м3
биогазды жылына алады, ол дегеніміз жылына 80 тонна шартты отын.Украин
мемлекетінің жағдайында мал фермасындағы 200 бас ірі-қарадан алынатын
биогаз қондырғысының бағасы 40 мың сом құрды не бір бас мал үшін 200 сом.
Қаржыны өтеу мерзімі екі жыл.
Сумск қаласының М.В.Фрунзе атындағы ірілендірілген ғылыми-өндірістік
машина жасау заводында 1984 жылы Биогаз-301Сң қондырғысын жасап, оны
бірлестіктің көмекші шаруашылығын енгізілген. Ол 3000 бас шошқа фермасының
қи-садрасын төсенішсіз түріндегісін, механикалық жинауды сумен араластыра
жүргізіп өңдеуге арналған қондырғы. Бұл қондырғыны сондай-ақ ірі-қара
комплексінде және құс фермасының қи-садраларын өңдеуде пайдалануға болады.
Қондырғы ферманың бөлінбес бір бөлігі және ол технологиялық құрал-жабдықтар
комплексінен тұрады да, бастапқы өңделмеген қилар дайындау операцияларымен,
ашыту және ашыған массадан биогаз және сұйық және қатты органикалық
тыңайтқыштар процессін алуды жүргізеді кесте 1.
Кесте 1-Тәжірибе үшін жасалынған биогаз қондырғысының қысқаша
мәліметтер
Техника – Өндіріске Көптеп Өнімділігі Құрал-жабдЖылдық
экономика енгізілген шығарылу, ық экономикалы
көрсеткіштержылы мен тәжірибиел комплексінқ
іЗерттеу жері. ік, жеке ің бағасы тиімділі-гі
және шығарылған мың тг. , мың тг.
дайындап -дары.
шығарушы
мекеме
Запорождың Ірі-қара Тәжірибие 30-50 500 162,8
КТИМС фермасы400 үлгісіндегм3 м3тәу
бас і
Ауыл Москва Тәжірибие 81750 40 Күрделі қаржы-ны ақтау
шаруашылы-ғыоблысы, үлгісіндегм3 мерзімі 2 жыл.
н Инстринскиі. жылына
электрлендірй және
у Шаруашылығы жылына
ғылыми-зертт 3175
еу тонн
институты. сұйық
( ресей ) тыңайтқ
ыш.
Ашыту кезінде бастапқы қи-садралар үш құраушыға бөлінеді; газ
түріндегі фазаның биогазы, сұйық фаза – сұйық түрі, қатты фракция – сусыз
шлам. Алынған жанатын биогазды шошқа фермасының энергетикалық қажетін
өтеуге және қондырғының өз қажетін жұмсайды. Қондырғының өнімділігі қи-
садраны өңдеп тәулігіне 350 м3 биогаз алады. Қондарғының құрал-
жабдықтарының бағасы 130 мың сом 1984 жылғы.
Бірлестіктің көмекші шаруашылығының фермасына енгізілгеннен кейінгі
жылдық экономикалық тиімділігі – 92 мың сом. 1986-1987 жылдары Биогаз-
301Сң қондырғы түрінің тәжірибие жасау партиясын қарастырып отыр.
ВИЭСХ ұсынған тәжірибиелі биоэнергетикалық қондырғы Москва облысының
Инстринскийң совхозында жұмыс істейді. Резервуардағы термиялық
метантенканың сиымдылығы – 20 м3. Резервуардағы қи-садра 7-20 тәулік ішінде
ашиды, биогаздың максималды шығуы 16,2-20,3 м3 тәулігіне. Ашыған қи-садраны
жүгері егілген жерге енгізілгенде, сол учаскіде жүгері өнімі 17,5 артты қи-
садраны өңдемей берген жер учаскесіне қарағанда ВНИИКОМЖ мен Запорождың
КТИМС дәл осындай қи-садраны өңдеуші биогазды қондырғыны 400 бас ірі-қара
фермасына арнап жасаған. Қондырғы реакторының жұмысшы көлемі 125 м3, одан
500 м3 тәулігіне биогазды алады. Құрал-жабдықтарының көтерме бағасы – 162
820 сом. Өндіріске өндіргеннен кейінгі экономикалық тиімділігі 867,3 мың
сом жылына.
Латвия мемлекеттік ғылым академиясының микробилогия институты 1981
жылдан бастап сұйық қи-садраны өңдеудің анаэробты процессін зерттеуде.
Қазіргі кезде 16 лабораториялық биореакторлар жұмыс істейді. Латвия
мемлекетінің Огрең совхозының шошқа комплексіндегі төлдейтін фермасында
жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтижесіне сүйене отырып, жобалап
эксперименталды биоэнергиялық қондырғыны жасаған. Қондырғы екі реактордан
тұрады, әрқайсысының сиымдылығы 75 м3. Тәулігіне биогаздың орташа бөлініп
шығуы 1 м3 реактордың жұмысшы көлеміне, 2,55 м3 құрады. Кондырғының бірінші
жылы жұмыс істеуіне қарағанда термофильді режимде пайдалану мүмкіндігін
дәлелдеді. Оттегін ХПК орташа химиялық пайдалану шамамен 70-80 құрады,
сол кезеңдегі орташа құрғақ органикалық заттардың бөлінуі –33,4.
Жүргізілген тәжірибиеге қарағанда ашытылған субстрактың тыңайтқыш, және
метанды ашу процессінде биогенді заттар сақталады, гельминттер мен
патогенді микроорганизмдердің тұқымы өледі де, арам-шөптердің тұқымын
өсірмейтіндігі дәлелденіп отыр.
Биогазды алу проблемасының тәсілдері аз емес. Ал негізгі проблема
биогазды алу процессі әлі күнге дейін басқарылмай келеді. Сонымен қатар
метанның ашу процессі өте көп уақыт алады 7-20 тәулік. Ал бұл деген
метантенк өте үлкен көлемде болуы тиіс. Мысалы, 20 мың м3 биогазды алу үшін
реактордың көлемі 20 мың м3 болуы керек. Егер 1 м3 темір бетонды реактордың
құны 300 сом болса, онда оның көлемін көбейтсек өте көп қаржы керек болар
еді. Реактордың жасалу материалына байланысты құны да артады. Металдан
жасалған метантенк 10 есе темір бетоннан арзан. Егер өтетін процесс тиімді
болу үшін, биомассаға алдын ала жүргізілетін дайындық жасау қажет.
Институтта бұрыннан қолданып жүрген, шикізатты көлденең беру
тәсілінің орнына, тік беру тәсілімен алмастырып берілген. Оны былай
жүргізеді: ағынды сұйық қи-садраны реактордың төменгі конусына құйады, ал
дайын болған өнімді, затты жоғарғы патрубка арқылы алады. Осыған байланысты
шикі заттар біртіндеп реактордың сиымды ыдысының басынан төмен қарай тік
түседі де, органикалық заттардан газдың бөлініп шығу процессі кезінде ең
максималды түрінде жүріп, 1 тонна құрғақ органикалық заттан 250-600 м3 газ
алуға болады.
Қаржы шығынын максималды кеміту жолы, ол – рециркуляция: ашыған сұйық
қи-садраның бөлігін жаңа сұйық қи-садрамен қосып араластырып реакторға
құйады, яғни алдын ала ашыту схемасына қосу.
Бастапқы шикі зат көзінің биохимиялық қасиетімен кейінгі сұйық
заттармен араластырады да, процесс тез жүреді. Оны 5 есе тездетіп және
қажетті метантенканың көлемін біраз азайтады.
Қазіргі кезде, барлық дүние жүзінде ауыл шаруашылық өндірісінің
қалдықтарының метанды ашыған заттарына ғылыми-практикада көңіл аударуда;
оның ішінде қи-садраға және одан энергия көзінің бірі биогаз бен соңғы
ашыған өнімі органикалық тыңайтқыш алу.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, салом, картошканың, қызылшаның,
сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның ашуы
тиімді процессте жүруі үшін қолайлы ылғалдығы 89-95 шамасында болуы тиіс.
Ғылыми зерттеулер мен әдебиеттерге қарағанда, бір тонна құрғақ заттан
анаэробты процесстегі өңдеу арқылы алуға болады; шошқаның қи-садрасынан 500
м3 биогазды немесе 360 кг шартты отын түрінде; ірі-қараның қи-садра,
нәтижесінен – 450 м3 биогаз немесе 321 кг шартты отын түрінде Ш.О.Т., құс
саңғырығынан-650 м3 биогаз немесе 428 кг. ш.о.т.
Бұрынғы Кеңес Одағын құрған уақытша ғылыми техникалық комиссия-ның,
1982 жылғы 16 мартта ГНКТ СССР-дың №81 қаулысында Одақта биоконверсиялық
отыннан өте үлкен потенциялды мүмкіндігі бар ауыл шаруашылық малдарының қи-
садра, көң-тезектерінен, өсімдік қалдықтарынан саломдар, картоп, қылша
жапырақтары және басқалар. Барлық жыл ішіндегі қи-садра, көң-тезек пен
өсімдік қалдықтарының құрғақ заттар көлемі 2000 жылы 390 млн.тонн, одан
толық биоконверсиямен өңдегенде 70 млрд. м3 метан алуға болады. Бұл
дегеніміз 117 млн.тонн шартты отынға баламалы шамада құны бірдей болады
және сонымен қатар 100 есептегендегі құнарлы заттар сақталады да 17
млн.тонн минералды тыңайтқыш алынады.
Шикі заттардың анаэробты ашу кезінде зат шығады – биогаз және
органикалық тыңайтқыш және оларды әртүрлі мақсатқа пайдаланады. Биогазды
отын ретінде тікелей пештерге жағуға пайдаланады. Биогазды көмір қышқыл
газы өте көбірек болғандықтан жанарғының газ плитасының жанар майы
арнаулы конструкциясын жасауды қажет етеді.
Биогазды пайдалану арқылы электро энергиясын алуға болады, ол үшін
газды қозғалтқышта газды жағып генератордан электр тоғын алады. Жылу
энергиясының механикалық энергияға айналу коэффиценті 38, механикалық
энергияның электр энергиясына айналуы 94, ал жалпы коэффиценті 33. Газды
өңдеудің жалпы коэффиценті қосымша жылудың пайда болу есебінен жоғары
болады да 80 құрайды. 1000 м3 метанды немесе 1400 м3 биогазды жағу
арқылы 2000 квтсағат. Электр энергиясын алуға болады. Қосымша шылу
энергиясы мен пайдаланылған жылу 112,5 кг мазұтқа сәйкес келеді.
Биогазды матор майы ретінде де пайдаланады: калориясы 6000 ккалм3
октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С. Ашылған метан құрамында
аммоний тұзы, фосфор тотығы, калий тотығы және өсімдікке қажетті
микроэлементтерді қазірдің өзінде ауыл шаруашылдық өндірісінде өте жоғары
тиімді тыңайтқыш ретінде пайдаланады.
Өте көптеген зерттеулердің нәтижесінде іс-әрекеттік тәжірибиеге
қарағанда биогаз өндіруші қондырғының жұмысындағы қи-садраның анаэробты
ашылу оның дезодациялануын, дегельминтизациялануын, өсіп шығатын арам
шөптердің тұқымын құрту қабілеттілігі, тыңайтқыштық өсімдіктің минералды
формада тез сіңіруі.
Сонымен қоректі зат өсімдік үшін азот, фосфор және калий негізінде
жоғалмайды. Органикалық қалдықтарды өңдеп жасау әдістері үш проблеманы
шешудің белгілі үлесін қосады: экологиялық қоршаған ортаны қорғау; азық-
түлік, өте жоғарғы органикалық тыңайтқышты; энергетикалық - арзан отын алу.
Америка ғалымдары бұл проблемаларды кеңінен зерттеу және конструктивті
жұмыстың қи-садрадан биогаз алуын іске асыруда. Бұл мемлекеттегі ауыл
шаруашылығындағы жыл сайынғы шығатын қи-садра шамамен 2 млрд.тонн, немесе
185 млн.тонн құрғақ затпен есептегенде.
Американдық мемандардың болжауы бойынша сұйық қи-садраның
энергетикалық потенциалы жылумен жағылуы 51 млн.тонн бензинге тең. Қазіргі
кездегі Американың конструктивті зерттеулердегі ортақтандырылған биогазды
заводтарда жасауға бағытталған. Эаводтарды жақын жерлерге орналасқан мал
шаруашылық фермаларының сұйық қи-садралармен қамтамасыздандырылады немесе
арнаулы цехтар арқылы өте үлкен мал фермалар пен комплекстердің тазалаушы
құрылыстары мен жалғанған. Анаэробты рекакторда сұйық қи-садрадан биогаз
өңделіп жасалынады, оның өлшемдері мен өңдеу көлемін қуатын жұмыстың
темпиратуралық режимі анықтайды. Артықшылығын термофильді тәсілге береді
Т=43 – 520С, онда қи-садраның фермантациясы тезірек жүреді және
реактордың көлемі кішірек болады.
Барлық алынған биогаз қондырғының технологиялық қажетіне пайдаланады,
ал сонымен қатар сыртқы пайдалануына жаратылады. АҚШ өнеркәсібі мен
фермаларына калориферлер мен қазанның биогазды жандырғысымен, бтогазды жылу
генераторларын, биогазды брудердел және тағы басқа құрал - жабдықтар.
Соңғы кезде ФРГ-да, Скандинавия мен Нидерланды мемлекеттерінде мал
фермаларының саны артуда және барлығы биологиялық газ өндіруші
қондырғысымен жабдықталған. Нидерландияда 1982 жылы 500 астам биологиялық
газды өндіруші қондырғылар жасалған, ал ФРГ мен Швецияда биогазды
қондырғыны сериялап шығар бастады. Бірақта осы өндірістен шығарылған
қондырғылардың барлығы да фермадағы ал мал басына арнап жасалған.
Финнің А.В.Энбомң акционерлік қоғамдық кәсіпорны қи-садраны өңдеу
арқылы биогаз бен өте жоғары сапалы тыңайтқышты өндіретін қондырғының жаңа
түрін меңгерді. Қондырғы көлемінің 65; 120; 170 м3 шығарады. Бір тонна
сұйық қи-садраны өңдеу процессі кезінде циклдың ұзақтығы шамамен 20
тәуліктей, ағынды сұйықтың былғаныштығы 90-ке дейін кеміді.
1984 жылы А.В.Энбомң акционерлік қоғамы СССР-ға 4 биогазды
қондырғыны басқару аппаратурасымен және жинақталынған құрал-жабдығымен алып
келіп берілген. Қосымша энергия көзін іздеп табу, оның ішінде биогазды
бұрынғы социалистік мемлекеттер – ВНР, ГДР, ЧССР, ПНР және т.б.
Венгар халық республикасында бірінші өнеркәсіпті қондырғымен биогазды
өндіріп шығаруды Гедоллдағы ауыл шаруашылық университетінің мамандары жете
зерттеп, 1983 жылы Демседе құрылысын жасап бітірген, оның жұмыс істеу
өнімділігі 1 млн.м3 биогазды жылына шығарады. Демседе алынған тәжірибиеге
байланысты биогаз қондырғысының бірнеше сериясының кіші және орташа
өнеркәсіптің байлаудағы 2 ден 12 мың бас ірі-қараның қи-садрасын өңдейтін
кәсіпорны.
1985 жылдан бастап ауыл шаруашылық кәсіпорнының Еленица ГДР
кооперативтінде биогазды қондырғы жұмыс істейді. Қондыорғы бірінші
кезеңдегі жұмыс істеуде тәулігіне 20 м3 шошқаның сұйық қи-садрасынан алды.
Осы биогаздың нәтижесінде кооператив тәулігіне шамамен 100 кг тас көмірді
үнемдейді. Нормалы пайдалану кезінде және 350 шошқаның қи-садрасын
қондырғымен өңдеу кезінде тәулігіне 50-60 м3 биогазды өңдеп шығарады.
Сонымен қазіргі кезде сұйық қисадрадан биогаз алудың технологиялық
өңдеуіне өте көп көңіл аударуда, оның себебі экономикалық себеппен
түсіндіріледі, оның факторлары қоршаған ортаны қорғауға байланысты,
сондықтан өте жоғарғы сапалы энергияны жасаушы азотты жоғалтады да,
қолайсыз иісті шығаратын затты жоғалтады.
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға салу
Метантенка оқтын-оқтын мезгіл-мезгіл, толассыз және жартылай
толассыз режимде жұмыс істеу мүмкін. Тәулігіне бір рет толтыра салу кезінде
ыдырау жылдамдығы толтыра салу кезеңі аралығында шамалы өзгереді.
Х.Димовскийдің 35 көрстеуінше, толтырып салғаннан кейін газдың шығуы ең
жоғарғы болып және метантенканы келесі толтыра салуға дейінгіге газдың
шығуы 2 рет артады. Қалдықты зерттегендегі ылғалдығы 91,7%, оның ішіндегі
органикалық зат 56,6%, органикалық былғану жүктемесі 3,5 кг м3 тәу.
құрады, ашытылу ұзақтығы – 13,3 тәулік. Қалдықты толассыз қосу кезіндегі
органикалық заттардың ыдырау жылдамдығы және газдың шығуы тұрақты.
И.И.Юкельсон және басқалар, толассыз теория процессін 1қолданып, қалалық
төгінді су қалдықтарын ашытуда биологиялық газды алу үшін толассыз және
оқтын-оқтын жұмыс істейтін реакциялық аппараттардың тиімділігін салыстыр-
ған. Оқтын-оқтын процессіндегі қалдықтың органикалық бөлігінің ыдырауын
реакция теңдеуінің тәртібімен анықтағанда көрсетілгендей, ол барлық ашытулу
кезеңінде өзгереді. Бастапқы кезеңде қалдықты салғаннан кейін, оның 20-22%
ыдырауының реакциясын шамамен нөлдік рет теңдеуімен көрсетуге болады; ол
адан ары қарай баяулайды да, ол жоғарғы ретті теңдеумен өтеді.
Мұндай ретті теңдеу реакциясының өзгеруі жүретін процесстің күрделігін
көрсетеді. Толассыз ашытылу режимінде, сол ыдырау мәнін сақтай отыра өтуі,
кейбір құрылыстары-ның көлемін үлкейтуге әкеліп соғады. Толассыз жұмыс
істейтін реактордың тиімділігін арттыру жолы, оны өзгермейтін жалпы көлемін
сақтай отыра сеакцияларға бөлу арқылы іске асырылады. Бірінші реттік
реакция теңдеуінің негізінде ыдырау дәрежесінің аппараттағы оқтын-оқтын
әсерін және бір сатылы және көп сатылы аппараттағы толассыз әсері
анықталған кесте 2.
Кесте 2-Әртүрлі түріндегі реактордағы органикалық заттардыың
қалдығының ыдырау мәні, органикалық заттың биологиялық ыдырауынан
алынған.
Уақыт Оқтын-оқтын Толассыз жұмыс істейтін араластырушы
тәулікпен жұмыс істейтін реактор
реактор.
Бір сатылы Үш сатылы Бес сатылы
1. 63 50 57,8 59,1
2. 86 67,6 78,4 81,2
3. 85 75 87,5 90,3
4. 99,8 85,7 96,3 98,1
Бұл кестеден көрінгендей, ыдырау сатысының санын арттырған сайын,
толассыз жұмыс істейтін реактордағы ыдырауына жақындайды. Толассыз жұмыс
ітейтін реактордың ең үлкен көлеміне бір сатылы процессті қажет етеді, ең
кішісінің - саты саны, бірақ тек қана і(8 болғанда оның көлемі оқтын-оқтын
жұмыс істейтін реактордың көлеміне тең болады. Сондықтан екі ашытқыш
толассыз жұмыс істейтін метантенка барлық реакциялы көлеміне кеміте
алмайды, егер процесс жылдамдығына әсерін тигізуі тұрақты болып қалатын
болса. Мезофильді және термофильді процесстің әрі метантенканың көлемін
кішірейтуге болады, сонымен қатар әр сатыдағы процесс шапшаңдығын өзгерте
отырып және басқа факторлардың әсерін қолданумен. Сірә, сол толассыз
процесстер теориясы негізінде, тіпті қалдықтың өте көп уақытта бір сатылы
метантенканың толассыз жұмыс істеуінде болғанмен, түсірілетін сында да
азғантай бөлігі ашымай қалуы және қалдықтың зарарсызданбаған бөлшегінің
екендігін күтуге болады. Сонымен бірге алдын ала жылытылған шикі қалдық
толассыз тиеу және оны ашып тұрған қалдық массасымен жақсылап араластырып
кезінде құрылысты бір қалыпты жилу режимімен қамтамсыздандырады және оның
жұмысын көтеіңкі дозамен салынады.
Соңында метантенкаларды толассыз ашыту режиміне көшіру-өндіріс
мәжениетін жаңа сатыға өтуі өзін-өзі жәлелдейді, себебі бұл жағдайда
процессті автоматтандыруға және механикаландыруға ммкіндік туады, пайдалану
кезіндегі қаржы шығынын кемітуге, газдың бір қалыпты бөлінуіне және
түсірілетін қалдықтың біртекті болуын жасайды. Метантенканың толассыз
режимде жұмыс істеуі Москва қаласының Курьяновский және Люберецкая аэрация
станциясының жүргізген дұрыс тәжірибиесі бар.
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды араластыру
Метентенканың ішіндегіні араластыруды жүргізудің мақсаты, метантенка-
ның барлық көлемін тиімді пайдалануды қамтамасыздандыру, оның ішінде
араласпай қалатын зонаны болдырмау, қалдықтардың қабат-қабат қыртыстануын,
құмдардың шегуін және қабыршақтарды пайда болуын болдырмау, температуралық
аймақты туралап теңестіру. Бұдан басқа, араластыру метоболиттердің
шоғырлануына туралап, ашу процессінің пайда болуына мүмкіндік туғызуы тиіс
және микроорганизмдер үшін субстратты аралығы немесе олардың тіршілік
әрекетінің ингибиторы болуы тиіс, сонымен қатар, уытты заттардың салынған
қалдықта жиналуы, бактериалды ферменттер мен оның субстраттардың арасында
тығыз байланысты ұстау және тағы басқалар. Сонымен, араластыру ортаның
біртектігін сақтауға арналған. Сонымен бірге 1 бөлімде айтылғандай
араластыру қарқындылығының кейбір шегі бар, одан артып кетсе,
бактериалдардың жеке топтардың бір бірінен бактерияның арасында тығыз
ұқсастықта болады. Жаман араластырған кезде, метантенканың тиімді көлемі
кемиді және ондағы қалдықтың болу уақыты азайады, демек, органикалық
заттардың ыдырауы және биогаздың шығуы төмендейді. Метантенканың пайдалы
көлемі 70% кеміген жағдайы белгілі 48. Тиімсіз араластырудың
температураны кемумен байланыстыру көбірек әсерін тигізеді. сурет ... .
Нашар араластыру есебінен метантенканың тиімді көлемін 50% кеміткенде
t=350С, ашытылу нәтижесі өте көп уақыт болуынан 30 тәулік 5%-ке, ал
t=300C – 16 азайады.
Әсіресе, қалдықтың метантенкадан қысқа уақытта болуындағы араластыру
көп әсерін тигізеді. Сурет көрінгендей =10 тәуліктегі БПК бөліп алу
тиімділігі 2 есе кемиді, ал прооцесс температурасын 300С градусқа дейін
төмендеткенде, ашытыуы процессі тіптен болмайды.
Метантенкадағы қалдықты араластыру механикалық араластырушының
көмегімен іске асырылады, сонымен рециркуляциялаумен жүргізіледі. Соңғы
тәсіл іс әрекетте өте аз пайдаланады, бірақта ол механикалық араластырушыға
қарағанда тиімді. Ашытылу процессін газбен араластыруда қолайлы әсерін
тигізуі бірнеше себептермен түсіндіріледі. Сығылған газды қалдық ішімен
берген кезде газды түйіршіктердің үдемелі көтерілуі есебінен өте жақсы
араластыру процессі жүреді. Сонымен, метаногенді микроорганизмдерден майда
газ түйіршіктері механикалық түрде бөлініп шығады, оның қоректі ортамен
жалғасуын жеңілдетеді. Метантенкаға сығылған газ беру кезінде, еріген
көмірқышқылды қоблануы артады, ол сутегінің акцепторы болады да, оның
парциалды қысымын кемітеді және осы арқылы метаногендердің ацетат-
ыдырауының тіршілік әрекетінің жағдайын жақсартады, осының нәтижесінде
метанның шығуы артады. СО2 қоюлануының артуынан метантенкадағы жүктеме
ұлғаюы мүмкін.
Белгіленуі:1-тиім араластырудағы 350С; 2-араластырмаудағы, 350С; 3-
араластырмаудағы, 300;
Сурет 1.Ашытылу тиімділігіне араластыру мен температураның әсері-ашытылу
ұзақтығы
Метнантенкадағы қалдықты рецеркуляциялы сығылған газбен араластырудың
іс әрекеттегі тәжірибиені көп жүргізген Родигер фирмасы ФРГ, сонымен, ең
жақсы нәтиже қалдықта уытты заттар болған жағдайда алынған. Біздің
мемлекетімізде бұл әдіс қи-садраны ашыту кезінде пайдалана бастады.
Иркутскінің ауыл шаруашылық институтында барботерді есептеу жетілдірген,
сол арқылы анаэробты биореактордан биогазды алған [2].
Көмірқышқылының коюлануын арттыру жағылатын газды өндіру арқылы жетуі
мүмкін, сонымен қатар метантенкадағы қысымды ұлғайтумен іске асырылады.
МИСИМоскваның инженерлі құрылыс институты1 орындаған жұмыста, ашу
процессінің тиімді өтуі үшін, ең шекті минималды ара қатынасын 1:40 тең
деп, еріген көмірқышқылының жалпы саны мен салынған органикалық заттарды
сақтап тұру қажет. Ол үшін газ түріндегі көмірқышқылының қайтуын кеміту
қажет және жоғарыда айтылған әдістердің біреуімен ерітілген көмір
қышқылының санын арттыру. Метантенкадағы
қысымды 0,15 МПа1,5 атм. көтеруі арқылы термофильді ашыту ең жақсы
көрсеткіштері қамтамасыздандыруды жоғарғы 2-3 рет жүктеме 6 кг м3
тәу. орнына 3,5-18 мүмкін, бұл тәсіл өте жоғарғы қойлтырылған қалдықты
ашыту тиімді болуы мүмкін.
Сонымен бірге мынадай көз қарас бар, тазаланбаған газдың
рецеркуляциясы газды пайда болуына кері әерін тигізуі мүмкін, себебі
ингибирлі метаногез, СО2 диффузиясы ортаның қышқылдығы арттыруға мүмкіндік
береді.
1.5. Араластыру процесінің инженерлік – техникалық есептеулері
Араластыру процесіндегі сұйық сорғыш пен гидромониторлық саптаманы
есептеу. Метантенканың ішіндегі заттарды араластыруды жүргізудің
мақсаты, метантенканың барлық көлемін тиімді пайдалануды қамтамасыз ету,
оның ішінде араласпай қалатын зонаны болдырмау, қалдықтардың қабат-қабат
қыртыстануын, құмдардың шөгуін болдырмау және қабыршақтардың пайда
болуына жол бермеу, температуралық аймақты туралап теңестіру. Бұдан басқа,
араластыру метоболиттердің шоғырлануына туралап, ашу процесінің пайда
болуына мүмкіндік туғызуы тиіс және микроорганизмдер үшін субстратты
аралығы немесе олардың тіршілік әрекетінің ингибиторы болуы тиіс, сонымен
қатар, уытты заттардың салынған қалдықта жиналуы, бактериалды ферменттер
мен оның субстраттардың арасына тығыз байланысты ұстау және тағы
басқалар. Сонымен, араластыру ортаның біртектігін сақтауға арналған.
Сонымен бірге 1 бөлімде айтылғандай араластыру қарқындылығының кейбір шегі
бар, одан артып кетсе, бактериалдардың жеке топтардың бір бірінен
бактерияның арасында тығыз ұқсастықта болады. Нашар араластырған кезде,
метантенканың тиімді көлемі кемиді және ондағы қалдықтың болу уақыты
азаяды, демек, органикалық заттардың ыдырауы және биогаздың шығуы
төмендейді. Метантенканың пайдалы көлемі 70% кеміген жағдайы белгілі.
Тиімсіз араластырудың температураны кемумен байланыстыру көбірек әсерін
тигізеді. Нашар араластыру есебінен метантенканың тиімді көлемін 50%
кеміткенде t = 35(C, ашытылу нәтижесі өте көп уақыт болуынан 30 тәулік
5%-ке, ал t = 30(C-16 азаяды. Әсіресе, қалдықтың метантенкадан қысқа
уақытта болуындағы араластыру көп әсерін тигізеді. Егер τ=10 тәуліктегі
БПК бөліп алу тиімділігі 2 есе кемиді, ал процесс температурасын 30(C
градусқа дейін төмендеткенде, ашытуы процесі тіптен болмайды.
Метантенкадағы қалдықты араластыру механикалық араластырушының
көмегімен іске асырылады, сонымен қатар рециркуляциялаумен жүргізіледі.
Соңғы тәсіл іс-әрекетте өте аз пайдаланады, бірақта ол механикалық
араластырушыға қарағанда тиімді. Ашытылу процесін газбен араластыруда
қолайлы әсерін тигізуі бірнеше себептермен түсіндіріледі. Сығылған газды
қалдық ішімен берген кезде газды түйіршіктердің үдемелі көтерілуі есебінен
өте жақсы араластыру процесі жүреді. Сонымен, метаногенді
микроорганизмдерден майда газ түйіршіктері механикалық түрде бөлініп
шығады, оның қоректі ортамен жалғасуын жеңілдетеді. Метантенкаға сығылған
газ беру кезінде, еріген көмірқышқылды қоблануы артады, ол сутегінің
акцепторы болады да, оның парциалды қысымын кемітеді және осы арқылы
метаногендердің ацетат-ыдырауының тіршілік әрекетінің жағдайын
жақсартады, осының нәтижесінде метанның шығуы артады. СО2 қоюлануының
артуынан метантенкадағы жүктеме ұлғаюы мүмкін.
Метантенкадағы қалдықты рецеркуляциялы сығылған газбен
араластырудың іс-әрекеттегі тәжірибені көп жүргізген Родигер фирмасы
ФРГ, сонымен, ең жақсы нәтиже қалдықта уытты заттар болған жағдайда
алынған. Біздің мемлекетімізде бұл әдіс қи-садыраны ашыту кезінде
пайдалана бастады. Иркутскінің ауыл шаруашылық институтында барботерді
есептеу жетілдірген, сол арқылы анаэробты биореактордан биогазды алған.
Көмірқышлының қоюлануын арттыруға жағылатын газды өндіру арқылы
жетуі мүмкін, сонымен қатар метантенкадағы қысымды ұлғайтумен іске
асырылады. МИСИМоскваның инженерлі құрылыс институты орындаған жұмыста,
ашу процесінің тиімді өтуі үшін, ең шекті минималды ара қатынасын 1:40 тең
болғанда, еріген көмріқышқылының жалпы саны мен салынған органикалық
заттарды сақтап тұру қажет. Ол үшін газ түріндегі көмірқышқылының қайтуын
кеміту және жоғарыда айтылған әдістердің біреуімен ерітілген көмір
қышқылының санын арттыру қажет. Метантенкадағы қысымды 0,15 Мпа (1,5 атм.)
көтеру арқылы термофильді ашыту ең жақсы көрсеткіштері жоғарғы (2-3 рет)
жүктеме (6кг м³ тәу.) орнына (3,5-18) қамтамасыз етуі мүмкін, бұл
тәсілмен өте жоғарғы қойыртылған қалдықты ашыту тиімді болуы мүмкін.
Сонымен бірге мынадай көзқарас бар, тазаланбаған газдың рецеркуляциясы
газдың пайда болуына кері әсерін тигізуі мүмкін, себебі ингибирлі
метаногез, СО2 диффузиясы ортаның қышқылдығын арттыруға мүмкіндік береді.
Биореактордағы сұйық қи-садыраны араластыру үшін насос пен
гидромониторлық саптаманы инженерлік есептеу қажет болады.
Ең алдымен жалпы саптамадан шығатын су шығынын анықтаймыз:
Q = εω,
(1)
мұндағы ω- қабырға ауданы 5000см²;
ε – ағынның қалыпты
ω° - тесіктің ауданы
Саптама тесігінің ауданын мына формуламен табамыз
ω° = ,
(2)
мұндағы d - саптама ауданы, м²
P1 - тегістің ортасындағы қысым, Па
P2 – ағынның тесіктен шыққандағы қысымы, Па;
р – сұйық тығыздығындағы 40(С температурада және 95% ылғалдылықта
р=1220,24кг м²;
(3)
Мұндағы дөңгелек тесіктер үшін табылған мәндерді формулаға қойып
тесіктен шығатын сұйық шығынын табамыз.
Q = 0,58 ∙ 0,0038 ∙ , (4)
Саптамадан шығатын сұйықтыққа
Q = ,
(5)
мұндағы
ωn - саптаманың ауданы, м²;
Р2 – саптамадан шығар жердегі су қысымы, Па;
ε = 0,59, α = 0,25 тең болғанда.
Сонда судың шығыны
Q = 0,0038 (6)
Есептелген формуладағы мәндерді кабылдауға болатынын тексеретін теңдеу
Rc =
(7)
мұндағы
с – қысылған жердегі;
Rc – гидравликалық радиус;
dc = , (8)
cонда
с = ,
(9)
егер
Rc=
(10)
Гидравликалық радиус
Re=
(11)
Бұл есептеудің дұрыстығын дәлелдейді.
Су сорғыштың шығанын мына формуламен табады
Q = ПДВ2С2,
(12)
мұндағы
В2 құбырдан шыға берісіндегі судың қалыңдығы,м;
С2 – судың абсолютты жылдамдығы, мс;
Сонда
Q =3,14∙ 0,158∙ 0,07 ∙ 1871=65м³час,
(13)
Су сорғыштың сору биіктігі
(14)
мұндағы Нвак - вакуумметрикалық биіктік,м;
- жылдамдық қысымы
Айдамалау биіктігі
Нпл = Нг.пай + ∑һс
(15)
мұндағы
Нг.пай - геометриялық айдамалау биіктігі;
∑һс - құбырдағы қысымның кедергілерден азаюы
Н=Нвс+Ннаг=90,6+7=97,6
(16)
Су сорғыштың білегіндегі қуат
N=pq∙Q∙H= (17)
Тез жүру коэффициентін мына формуламен табамыз
ns=3,65 (18)
Cонымен, каталог арқылы өзімізге қажет ортадан тепкіш 4км-6 қабылдаймыз:
Сұйықтың су беруі 65м³час;
Толық қысымы 65м³час;
Қуаты 55 кВт.
2 Биогаз қондырғысының технологиялық параметрлерін анықтау
2.1. Биогаз қондырғысын теориялық есептеу негіздері
Метантенканың технологиялық есептеулерін жүргізгенде мына негізгі
көрсеткіштерін анықтауды қажет етеді:
-Метантенкаға салу кезіндегі қалдықтың құрғақ күлсіз заттың қоюлануы,
S кгм3;
-ашытылу температурасы, t,0С;
-метантенкаға құрғақ күлсіз заттардыжүктімелеу d, кгм3.тәу
-метантенкада қалдықтың гидравликалық болу уақыты ашытылу
ұзақтығы, тәулікте;
-салынған құрғақ күлсіз заттарды бірлік массасынан шығатын меншікті
биогаз, Вменш,.м3кг.тәу.;
-биогаздың шығу шапшаңдығы, в м3.тәу.;
-метантенканың қажетті жұмысшы көлемі V, м3;
Қалдықтағы құрғақ күлсіз заттырдың қоюлануын есептеу үшін қалдықтың
берілген ылғалдығындағы көлемдік тығыздығын көл білу қажет. көл
мәнін мына формуламен есептейді.
(19)
мұндағы шын-қалдықтың шын тығыздығы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
ТАЛБИДИНОВ Д.
Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
5В080600 мамандығы- Аграрлық техника және технология
ШЫМКЕНТ, 2016
Ф.7.04-09
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
КАФЕДРА Су ресурстары жерді пайдалану және агротехника
Қорғауға жіберілді
Кафедра меңгерушісі
__________т.ғ.к.,доц.Кенжибаева Г.С.
“_____”________2016 ж.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА
Тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
5В080600 мамандығы- Аграрлық техника және технология
___________________________________ _______________________________
Орындаған
Д.Талбидинов
Ғылыми жетекшісі т.ғ.к. доцент
К.Баймаханов
ШЫМКЕНТ, 2016
Ф.7.04-10
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ
МИНИСТРЛІГІ
М.ӘУЕЗОВ АТЫНДАҒЫ ОҢТҮСТІК ҚАЗАҚСТАН
МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҚ ҒЫЛЫМДАРЫ ЖОҒАРЫ МЕКТЕБІ
Су ресурстары жерден пайдалану және агротехника кафедрасы
Мамандығы 5В080600- Аграрлық техника және технология
БЕКІТЕМІН
Су ресурстары жерден пайдалану
және агротехника
Кафедра меңгерушісі
________Г.С.Кенжибаева
“_____”__________2015 ж.
Дипломдық жобаны орындауға
Т А П С Ы Р М А №
Студент Талбидинов Д. АП-12-3к2 тобы
Жоба тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы
Университет бойынша . 2015ж.№ бекітілген бұйрық
Жобаны аяқтау мерзімі 24.04.2016ж.
Жобаны орындауға берілген мәліметтер: биогаз қондырғысында қалдықтарды
араластыру процесін жетілдіру жобасы жайлы жалпы мәліметтер.
Дипломдық жобаны орындауға қатысты сұрақтар тізімі
1.Биогаз алудың тиімділігі
2.Биогаз алу тәсілдеріне сипаттама беру.
3.Әртүрлі малдан биогаз алу тәсілдері.
4. Биогаздың фермерлерге тиімділігі.
ДИПЛОМДЫҚ ЖОБА ЖАЗБАСЫНЫҢ МАЗМҰНЫ
№ Бөлімдер Кеңесші Т.А.Ә қолы
1 2 3
1 Аналитикалық бөлім Баймаханов К.
2 Технологиялық бөлім Баймаханов К
3 Тіршілік қауіпсіздігі Баймаханов К.
4 Экология Баймаханов К
5 Экономика Ибраимова С.С.
6 Бизнес-жоспар Ибраимова С.С.
Сызба материалдардың тізімі
1 Биогаз алу технологиясының сұлбасы
2.Әртүрлі үй жануарлары қалдықтарын өңдегенде бір тәулікте бөлінетін
биогаз көлемі
3. Қарапайым биогаз қондырғысының сұлбасы
4. Биогаз қондырғысының сұлбасы
5.Техника-экономикалык көрсеткіш
Ұсынылған әдебиеттер
1. Ауланбергенов А. А . Сұйық қисадраны және суынды суларды ауасыз
метандық ашыту арқылы биогаз алу жолдары. – Бастау Жаршы . № 8, - 2003
2. Баддер В. и др. Биогаз (теория и практика). М.,Колос,-1982.
3. Баротфи И., Рафаи П.Энергосберегающие технологии и агрегаты на
животноводческих фермахПер. с венг. Э.Шандора, А.И. Залепукина. М.:
Агропромиздат, 1988-228с.
4.Дубровский В.С., Виестур У.Э. Метановые сбраживание сельскохозяйственных
отходов. – Рига: Зинатне, 1988.-204с.
Тапсырманың берілген күні 1.09. 2015 ж
Дипломдық жобаның ғылыми жетекшісі ________т.ғ.к.доцент К.Баймаханов
Тапсырманы орындауға алған студент _____________Талбидинов Д.
Ф.7.04-11
Дипломдық жобаны орындауға
күнтізбелік кестесі
№ Бөлімдер Орындалу Орындау Тапсырма Тапсырма Кеңесші
% мерзімі берілген орындалған қолы
күн күн
1 Кіріспе 5
2 Аналитикалық 15 30 күн 30.11.2015 25.12.2015
бөлім
3 Технологиялық 40 30 күн 5.01.2016 5.02.2016
бөлім
4 Тіршілік 5 10күн 5.02.2016 15.02.2016
қауіпсіздігі
5 Экология 5 10күн 15.02.2016 25.03.2016
6 Экономика 10 10күн 26.03.2016 30.03.2016
7 Бизнес-жоспар 10 20күн 30.03.2016 15.04.2016
8 Қорытынды 5 3күн 17.04.2016 20.04.2016
9 Пайдаланған 5 4күн 21.04.2016 25.04.2016
әдебиет
Жалпы 100
Дипломдық жоба жетекшісі
К.Баймаханов
Дипломдық жоба орындаушы Д.Талбидинов
Норма бақылау
Г.С.Кенжибаева
Аннотация
Жоба тақырыбы: Шағын биогаз қондырғысында қалдықтарды араластыру
процесін жетілдіру жобасы қарастырылған,студент Талбидинов
Д., ғылыми жетекші т.ғ.к.,доцент К.Баймаханов, қорғау мерзімі 2016ж
Дипломдық жобаның негізгі мақсаты қазіргі таңда шағын биогаз
қондырғысында органикалық қалдықтарды өңдеуден шыққан сұйық қисадыраны
ауасыз - қондырғыда, метантенкада, биореакторда өңдеу шаруашылықтың
санитарлы-гигиеналық жағдайын жақсартуға, энергетикалық ахуалын дұрыстауға,
органикалық таза тыңайтқыш алуға және экологиялық тепе-теңдігін,
жұмысшылардың әлеуметтік тұрмыс жағдайын жақсартуға мүмкіндік жасайтындығы
қарастырылды.
Шаруа қожалықтарында жасалынатын биоэнергетикалық қондырғы толық
автоматтандырылған, араластыру және толтыруға рециркуляциялық насос арқылы
жүргізілсе дайын болған метан газын жинау, компрессор, ресивер арқылы
болса, температурасын бір қалыпты 50-55°С ұстау уақыт, температура,
магнитті қосылғыш арқылы жүргізіледі. Көлемі 10м³ биореактордан 1,7...2,8м³
дейін метан алуға болады.
Дипломдық жоба 62 беттен, 3 суреттен, 9 кестеден тұрады.
Сонымен қатар дипломдық жобада еңбек қорғау, экология және бизнес
жоспары қарастырылған.
Мазмұны
Норматив
сілтемелер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... 8
Анықтамалар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 9
Белгілер мен
қысқартулар ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 10
Кіріспе ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..11
1Аналитикалық
бөлім ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... 13
1.1Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиеттерге
шолу ... ... ... ... ... ... ... ..1 3
1.2.Өркениетті елдердегі биогаз
қондырғылары ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .14
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға
салу ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .22
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды
араластыру ... ... ... ... ... ... . ... ..24
1.5. Араластыру процесінің инженерлік – техникалық
есептеулері ... ... ... ... ... 26
2 Биогаз қондырғысының техникалық параметрлерін
анықтау ... ... ... ... ... ... ...2 9
2.1.Биогаз қондырғысын теориялық есептеу
негіздері ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ...29
3 Фермерлік шаруашылыққа арналған шағын биогаз
қондырғысы ... ... ... ... ... .33
3.1. Биогаз қондырғысының технологиялық
сұлбасы ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...33
3.2. Биогаз қондырғысының жұмыс істеу
принціпі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 35
3.3. Биогаз жүру процесін технологиялық өңдеу
ерекшеліктері ... ... ... ... ... .. ... 37
4 Биогаз технологиясының техникалық
қауыпсіздігі ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .40
5
Экология ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...44
6 Биогаз қондырғысының экономикалық
тиімділігі ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... .49
7 Бизнес
жоспар ... ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... ... ... ... 53
Қорытынды ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 60
Қолданылған
әдебиеттер ... ... ... ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
... ... ... ... ... ... .61
Нормативтік сілтемелер
Қазақстан Республикасының 2007 ж. 27 шілдедегі №389-1 Білім туралы
Заңы;
Қазақстан Республикасының 2004ж. 9 қарашадағы №603-II Техникалық
реттеу Заңы;
Қазақстан Республикасы Үкіметінің 2005 жылғы 2 наурыздағы № 195
қаулысымен бекітілген жоғары кәсіптік білімнің білім беру бағдарламаларын
іске асырушы ұйымдардың типтік ережелері;
МЖМБС 5.03.001-2004 Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпыға
міндетті білім беру стандарты. Жоғары кәсіптік білім. Бакалавриат. Негізгі
ережелері. (Қазақстан Республикасы Білім және ғылым Министрлігінің
23.09.2005 ж. №1, 18.08.2006ж. № 644 және №2, № 454 өзгерістері бар 2004ж.
30 сәуірдегі №380 бұйрығымен бекітілген);
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым Министрлігінің 2006ж.
7 қыркүйектегі №481 бұйрығымен бекітілген, білім беру ұйымдарында білім
алушыларды ағымдағы бақылаудан, аралық және мемлекеттік қорытынды
аттестациядан өткізу ережелері;
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым Министрлігінің 2007ж.
22 қарашасындағы № 566 бұйрығымен бекітілген кредиттік технология бойынша
оқу үрдісін ұйымдастыру ережесі;
МЖМБС 5.04.020-2008 Қазақстан Республикасының мемлекеттік жалпыға
міндетті білім беру стандарты. Қазақстан Республикасының білім беру жүйесі.
Жоғарғы оқу орындарында дипломдық жұмысты (жобаны) орындау ережесі. Негізгі
ережелер. Қазақстан Республикасы Білім және ғылым Министрлігінің 2008ж. 23
қаңтардағы №26 бұйрығымен бекітілген.
ҚР СТ 1.5 – 2000 Қазақстан Республикасының мемлекеттік стандарттау
жүйесі. Стандарттардың құрылуына, баяндалуына, ресімделуіне және мазмұнына
қойылатын талаптар.
ҚР СТ 1.12 – 2000 Нормативтік мәтіндік құжаттар. Құрылуына,
баяндалуына, ресімделуіне және мазмұнына қойылатын жалпы талаптар.
ҚР СМЖ 01-2008 Құжатталған рәсім. Құжаттаманы басқару.
ҰС СМЖ 1.1.01 Ұйым стандарты. Сапа менеджменті жүйесінің құжаттамасын құру,
баяндау және ресімдеу ережесі.
Анықтамалар
1.ҚР БжҒМ 2001 жылғы 11 наурыздағы №151 бұйрықпен бекітілген, Жоғарғы
оқу орындарының қызметін ұйымдастыру ережелері..
2.ҚР БжҒМ 2000 жылғы 12 шілдедегі №174 бұйрықпен бекітілген, Жоғарғы оқу
орындарында білім алушыларды қорытынды аттестациялауды ұйымдастыру және
өткізу тәртібі.
Белгілер мен қысқартулар
РМК – Республикалық Мемлекеттік Кәсіпорын;
ҚР СТ – Қазахстан Республикасының мемлекеттік стандарты;
ҚР - Казахстан Республикасы;
СБ - Сапа бойынша басшылық;
ҚР – СМЖ құжатталған рәсімі;
ИСО – Стандарттау бойынша Халықаралық Ұйым;
ӘОЖ - Әмбебап ондық жіктегіш;
СМЖ – Сапа менеджменті жүйесі;
ХЕҰ - Халықаралық еңбек ұйымының.
Кіріспе
Дәстүрсіз, қарапайым энергия қорларын пайдалану және терең мазмұнды
түрде зерттеу қазіргі кезде актуалды мәселе болып отыр. Күнделікті
қолданатын энергиядан басқа дәстүрсіз энергия көздеріне күн сәулесі мен жел
энергиясы, табиғи термольді қоры, және елді мекендерден, мал қоралардан
шығатын органикалық қалдықтарды өңдеу арқылы энергия алу болып табылады.
Ескере кететін бір жағдай ауыл шаруашылығындағы фермалар мен мал
шаруашылықтарынан шығатын сұйық қисадраны дер кезінде өңдеген кезде
энергетикалық, агрохимиялық, экологиялық және социалды жағдайларды
жақсартуға болады. Орындалып отырған жоба тақырыбының жаңалығы және
практикалық маңыздылығы:
Біріншіден – сұйық қисадраны арнайы қондырғыға анаэробты, ауасыз
кеңістікте ашытқанда биогаз бөлінеді, ол тегін энергия көзі.
Екіншіден - өңдеуден шыққан қиларды жоғары сапалы органикалық
тыңайтқыш ретінде бірден егіс даласында пайдалануға болады. Ондағы
органикалық элементтер сақталады да, арам шөп дәндері өңдеу көзінде түгел
өледі.
Үшіншіден – мал қораларынан шыққан қи-садраны құбырлар арқылы биогаз
қондырғысына жеткізіп, өңделген соң егіс даласына бірден шығарады.
Бұрынғыдай олар 1-2 жыл фермалардың қи сақтау орындарында жинақталмайды.
Сондықтан қоршаған орта былғанбайды, қидың жарамсыз иісінен, бактериялардың
мал және адамдар түрлі ауруға шалдықпайды. Фермалардың экологиялық жағдай
жақсарып, жұмысшылардың социалды тұрмысы өзгереді. Соңғы кездегі мал қиының
қоршаған ортаға, әсеріне салық салуын ескерсек, биогаз қондырғысының
қажеттілігі өте зор.
Биохимиялық процесстен бөлінген биогаз иіссіз көгілдір түсті. Оның
жану жылуы 18-24 Джм3 тең. Мысалыға көлемі 28 м3 ыдыстағы биогаздың жану
энергиясы 16,8 м3 табиғи газға, 20,8 л мұнайға немесе 18,4 л дизельдегі
жанар майдың жану энергиясына тең. Биогазды отын ретінде тікелей пештерге
жағуға болады, бірақ құрамында көмір қышқыл газы болғандықтан газ
плиткаларына арнайы өзгерістер жасау қажет.
Биогазды пайдалану арқылы электр энергиясын алуға да болады, ол үшін
газды қолғалтқышта жағып, генератордан электр тоғын алады. Жылу
энергиясының механикалық энергияға айналу коэффициенты 38%, немесе 1000 м3
метанды жағу арқылы 2000 кВт электр энергиясын алуға болады. Биогазды
маторға жанар майы ретінде пайдалануға болады, оның калориясы 6000 ккалм3,
октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, шөп, картошканың қызылшаның
сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның тиімді
ашуы үшін қолайлы және ылғалдығы 89-95% шамасында болуы тиіс.
Ғылыми зерттеулер және өзіміздің іздесітерге қарағанда, бір тонна
құрғақ затты анаэробты процессте өңдеу арқылы шошқаның қи-садрасынан 500 м3
биогаз немесе 360 кг шарты отын, ірі-қараның қи-садрасынан 450 м3 биогаз
немесе 321 кг шартты отын, құс саңғырығынан 650 м3 биогаз немесе 428 кг
шарты отын алуға болады.
Сондықтан да, дипломдық жобаның мақсаты ауылшаруашылығындағы
органикалық және басқа қалдықтарды өңдеу арқылы метан газын және таза
органикалық тыңайтқыш алу болып табылады.
Дипломалды іс-тәжрибесі ОҚО Мақтаарал ауданы Мырзакент ауылында
өткізілді.
1 Аналитикалық бөлім
1.1 Дипломдық жоба тақырыбы бойынша әдебиетке шолу
Биогаз қондырғыларын жасап пайдалану өнеркәсібі дамыған елдерде
кеңінен қолданылады. Ал, Индия, Қытай, Вьетнамда және тағы басқа да ауа
райы қолайлы жылы елдердің әрбір жеке үйлерінде бар. Олар өз-өздерін
күнделікті тұрмысқа қажетті метанмен қамтамасыз етеді және өңделшен қи-
садра шағын егістікті, бақшаны құналры тыңайтқышпен қамтамасыз етеді.
Америка Құрама Штатының ғалымдарының болжауы бойынша ауыл
шаруашылығынан жыл сайын 2 млрд тоннаға дейін қи-садра алынады екен. Оның
энергетикалық потенциалын жылумен бағалағанда 51 млн тонна бензинге тең.
Мысалыға Американың 110 мың бас ірі қараға бордақылау комплексінен 5000
тоннадан аса қи-садра шығады. Оны өңдеп тазартқанда 43,5 мың м3 таза метан
және протейінді мал азығы қосапасы және органикалық азоты мол тыңайтқыш
алады.
Финляндияның “А.В.Энбом ” акционерлік қоғамы қи-садраны өңдейтін
әртіүрлі 65; 120; 170м3 көлемде қондырғылар шығарады. Мұндағы әр циклдің
ұзақтығы 20 тәуліктей. Бір бірімен байланысқан технологиялық процессте
толассыз биогаз алынады және оны күнделікті ферме қажеттілігіне
пайдаланады. Қосымша энергия көздерін іздеп табу, оның ішінде биогазды
пайдалану Венгрияда, Германияда, Чехтарда және басқа Европа елдерінде
кеңінен қолданады.
Биотехнологиялық өңдеу жолымен газ алу, оны күнделікті шаруашылыққа
пайдаланудың тағы бір үлкен жағы қуатты органикалық тыңайтқыш алу.
Анаэробты ашыту кезінде арам шөптердің тұқымы өсу қабілеттігі толығымен
жойылады және қуатты тыңайтқыш өсімдікке қажетті қоректі заттарды азот,
фосфор, калий және басқа химиялық элементтерді толық сақтайды.
Қи-садраны өңдеу кезіндегі жүретін ең негізгі технологиялық процесс
биогаз реакторында (метантенка) өтеді. Оның формасы, көлемі және орналасуы
әр түрлі болады. Көп жағдайда формасы цилиндр тәрізді, көлемі өңдейтін қи-
садра аумағына байланысты болады. Орналасуы көлденең, тік және жартылай
қисайтылған болып келеді.
Биогазды алу тәсілдері өте көп, бірақ оны алу технологиялық процессі
әлі күнге дейін басқарылмай келеді. Қи-садраны ашыту және газ алу көп уақыт
жүреді, 20-25 тәулікке дейін. Осыған байланысты реактор өте үлкен көлемде
болуы тиіс, немесе тоқтаусыз процесс болуы үшін бірнеше реактор
қолданылады. Мысалы 20 мың м3 биогазды алу үшін реактордың көлемі 20 мың м3
болуы керек. Егер 1 м3 темір бетонды реактордың құны 35-50 мың теңге болса,
онда оның көлеміне көбейтсек өте көп қаржы керек болар еді. Реакторларды
пайдалану тәжірибесіне қарағанда Қытайда, Индияда және басқа жылы елдерде
бетоннан жасалынған метантенктер көп қолданады.
Метанның шығу технологиялық процессінің өнімділігін арттыру бір-
бірімен байланысты көптеген факторлар арқылы жүреді, оның негіздеріне
ашытылатын қи-садраның температурасы, ылғалдығы, араластыру тәсілдері,
қоспа ашытқылар және де басқа факторлар жатады.
Микроорганизмдердің өсу жылдамдығына және негізгі биохимиялық
реакциясының тез жүруіне әсер ететін басты фактор температура. Анаэробты
ашу кезінде температураның диапазоны өте кең, табиғатта метанның пайда
болуы 0 ден 970С температура арасында өтеді. Микроорганизмдердің тіршілік
әрекеті үш температуралық зонаға бөлінеді: психофильді - 200С дейін;
мезофильді 200С дан 400С дейін және термофильді 500С ден 700С дейін.
Органикалық заттардан газдың бөлініп шығып пайда болуына
температураның әсерін өткен ғасырдың басында К.Имхоф пен И.С.Корольков
бірінші болып зерттеулер жүргізген. Олар температура мен уақыт арасындағы
байланысты анықтады және реакторды өнімділігімен ұштастырған.
Анаэробты (ауасыз) ашыту мына тиімді температура арасында өтеді -
психофильді 15-17, мезофильді 33-35 және термофильді 53-550С. Реактордың
өнімділігін арттыру үшін термофильді процессте жүргізіледі. Мұнда қи-
садраны қыздыруға кететін энергия шығынын жалпы қондырғының құнын
көбейтеді, ал психофильді және мезофильді процесстер ұзақ жүреді және
метанның шығуы кемиді. Температура тұрақты болмай, көбейіп, не азайып
кететін болса, көрсеткіші бар болғаны екі-бес градусқа артса биогаздың
шығуы 10-15% кемиді.
Ашу процессінің тиімді өту үшін механикалық, гидравликалық және газды
араластырушы қондырғы арқылы жүргізеді. Механикалық араластырушы негізінен
кішігірім реакторларда, ал өте үлкен метантенкаларда гидравликалық
араластыру әдістерін қолданады. Мұнда реактордағы қи-садраның ылғалдылығы
95-98% болғандықтан органикалық заттар тұнып рекактордың төменгі жағына
отырады да, сұйықтар жоғарғы жағына жиналады. Бұл биогаз шығу процессін
тездетуін және өнімділігін кемітеді. Осыған байланысты әр екі-үш сағатта
араластырып отыру қажет.
Ашу процессін жақсарту үшін қи-садра 0,1% дейін карбалидті, бір тонна
субстратқа 20% алюминийдің гидроксид ертіндісін қосады. Міне, сонымен
ментанның шығу жолына тағыда басқа факторлар қатысады және осылардың бәрін
бір-бірімен үйлестіріп отырған жағдайда биогаз алу технологиялық жолы
жақсарады.
1.2. Тәуелсіз мемлекеттер достастығындағы биогаз қондырғыларына шолу
Қазіргі кезде Қазақтың ұлттық аграрлық университетінде шағын биогаз
қондырғыларын жасау ғылыми ізденіс жұмыстары жүргізілуде. Олар шағын шаруа
қожалықтарды, жеке үйлерді метан газымен қамтамасыз ету мақсатында
жасалынады.
Мал шаруашылығы ағынынан биогаз өндірісінің технологиялық процесін
автоматтандыруды қамтамасыз ететін және сапалы органикалық тыңайтқышты
алатын биоэнергетикалық қондырғыларға сараптама жасалынды. Республикамыздың
фермерлік шаруашылығында аз қуатты биогаздық қондырғының ендірілуі,
жергілікті ауылдарды энергетикалық және экономикалық мәселелердің шешілуіне
себепкер болады.
Запорож филиалының тәжірибие жасау шаруашылығына ВИЭСХ өндірістік-
биологиялық гумусты – газды қондырғыны пайдаланады. Оны 1000 сиырдан шыққан
сұйық қи-садраны өңдеу арқылы 3175 тонн.сұйық тыңайтқыш және 81 760 м3
биогазды жылына алады, ол дегеніміз жылына 80 тонна шартты отын.Украин
мемлекетінің жағдайында мал фермасындағы 200 бас ірі-қарадан алынатын
биогаз қондырғысының бағасы 40 мың сом құрды не бір бас мал үшін 200 сом.
Қаржыны өтеу мерзімі екі жыл.
Сумск қаласының М.В.Фрунзе атындағы ірілендірілген ғылыми-өндірістік
машина жасау заводында 1984 жылы Биогаз-301Сң қондырғысын жасап, оны
бірлестіктің көмекші шаруашылығын енгізілген. Ол 3000 бас шошқа фермасының
қи-садрасын төсенішсіз түріндегісін, механикалық жинауды сумен араластыра
жүргізіп өңдеуге арналған қондырғы. Бұл қондырғыны сондай-ақ ірі-қара
комплексінде және құс фермасының қи-садраларын өңдеуде пайдалануға болады.
Қондырғы ферманың бөлінбес бір бөлігі және ол технологиялық құрал-жабдықтар
комплексінен тұрады да, бастапқы өңделмеген қилар дайындау операцияларымен,
ашыту және ашыған массадан биогаз және сұйық және қатты органикалық
тыңайтқыштар процессін алуды жүргізеді кесте 1.
Кесте 1-Тәжірибе үшін жасалынған биогаз қондырғысының қысқаша
мәліметтер
Техника – Өндіріске Көптеп Өнімділігі Құрал-жабдЖылдық
экономика енгізілген шығарылу, ық экономикалы
көрсеткіштержылы мен тәжірибиел комплексінқ
іЗерттеу жері. ік, жеке ің бағасы тиімділі-гі
және шығарылған мың тг. , мың тг.
дайындап -дары.
шығарушы
мекеме
Запорождың Ірі-қара Тәжірибие 30-50 500 162,8
КТИМС фермасы400 үлгісіндегм3 м3тәу
бас і
Ауыл Москва Тәжірибие 81750 40 Күрделі қаржы-ны ақтау
шаруашылы-ғыоблысы, үлгісіндегм3 мерзімі 2 жыл.
н Инстринскиі. жылына
электрлендірй және
у Шаруашылығы жылына
ғылыми-зертт 3175
еу тонн
институты. сұйық
( ресей ) тыңайтқ
ыш.
Ашыту кезінде бастапқы қи-садралар үш құраушыға бөлінеді; газ
түріндегі фазаның биогазы, сұйық фаза – сұйық түрі, қатты фракция – сусыз
шлам. Алынған жанатын биогазды шошқа фермасының энергетикалық қажетін
өтеуге және қондырғының өз қажетін жұмсайды. Қондырғының өнімділігі қи-
садраны өңдеп тәулігіне 350 м3 биогаз алады. Қондарғының құрал-
жабдықтарының бағасы 130 мың сом 1984 жылғы.
Бірлестіктің көмекші шаруашылығының фермасына енгізілгеннен кейінгі
жылдық экономикалық тиімділігі – 92 мың сом. 1986-1987 жылдары Биогаз-
301Сң қондырғы түрінің тәжірибие жасау партиясын қарастырып отыр.
ВИЭСХ ұсынған тәжірибиелі биоэнергетикалық қондырғы Москва облысының
Инстринскийң совхозында жұмыс істейді. Резервуардағы термиялық
метантенканың сиымдылығы – 20 м3. Резервуардағы қи-садра 7-20 тәулік ішінде
ашиды, биогаздың максималды шығуы 16,2-20,3 м3 тәулігіне. Ашыған қи-садраны
жүгері егілген жерге енгізілгенде, сол учаскіде жүгері өнімі 17,5 артты қи-
садраны өңдемей берген жер учаскесіне қарағанда ВНИИКОМЖ мен Запорождың
КТИМС дәл осындай қи-садраны өңдеуші биогазды қондырғыны 400 бас ірі-қара
фермасына арнап жасаған. Қондырғы реакторының жұмысшы көлемі 125 м3, одан
500 м3 тәулігіне биогазды алады. Құрал-жабдықтарының көтерме бағасы – 162
820 сом. Өндіріске өндіргеннен кейінгі экономикалық тиімділігі 867,3 мың
сом жылына.
Латвия мемлекеттік ғылым академиясының микробилогия институты 1981
жылдан бастап сұйық қи-садраны өңдеудің анаэробты процессін зерттеуде.
Қазіргі кезде 16 лабораториялық биореакторлар жұмыс істейді. Латвия
мемлекетінің Огрең совхозының шошқа комплексіндегі төлдейтін фермасында
жүргізілген ғылыми-зерттеу жұмыстарының нәтижесіне сүйене отырып, жобалап
эксперименталды биоэнергиялық қондырғыны жасаған. Қондырғы екі реактордан
тұрады, әрқайсысының сиымдылығы 75 м3. Тәулігіне биогаздың орташа бөлініп
шығуы 1 м3 реактордың жұмысшы көлеміне, 2,55 м3 құрады. Кондырғының бірінші
жылы жұмыс істеуіне қарағанда термофильді режимде пайдалану мүмкіндігін
дәлелдеді. Оттегін ХПК орташа химиялық пайдалану шамамен 70-80 құрады,
сол кезеңдегі орташа құрғақ органикалық заттардың бөлінуі –33,4.
Жүргізілген тәжірибиеге қарағанда ашытылған субстрактың тыңайтқыш, және
метанды ашу процессінде биогенді заттар сақталады, гельминттер мен
патогенді микроорганизмдердің тұқымы өледі де, арам-шөптердің тұқымын
өсірмейтіндігі дәлелденіп отыр.
Биогазды алу проблемасының тәсілдері аз емес. Ал негізгі проблема
биогазды алу процессі әлі күнге дейін басқарылмай келеді. Сонымен қатар
метанның ашу процессі өте көп уақыт алады 7-20 тәулік. Ал бұл деген
метантенк өте үлкен көлемде болуы тиіс. Мысалы, 20 мың м3 биогазды алу үшін
реактордың көлемі 20 мың м3 болуы керек. Егер 1 м3 темір бетонды реактордың
құны 300 сом болса, онда оның көлемін көбейтсек өте көп қаржы керек болар
еді. Реактордың жасалу материалына байланысты құны да артады. Металдан
жасалған метантенк 10 есе темір бетоннан арзан. Егер өтетін процесс тиімді
болу үшін, биомассаға алдын ала жүргізілетін дайындық жасау қажет.
Институтта бұрыннан қолданып жүрген, шикізатты көлденең беру
тәсілінің орнына, тік беру тәсілімен алмастырып берілген. Оны былай
жүргізеді: ағынды сұйық қи-садраны реактордың төменгі конусына құйады, ал
дайын болған өнімді, затты жоғарғы патрубка арқылы алады. Осыған байланысты
шикі заттар біртіндеп реактордың сиымды ыдысының басынан төмен қарай тік
түседі де, органикалық заттардан газдың бөлініп шығу процессі кезінде ең
максималды түрінде жүріп, 1 тонна құрғақ органикалық заттан 250-600 м3 газ
алуға болады.
Қаржы шығынын максималды кеміту жолы, ол – рециркуляция: ашыған сұйық
қи-садраның бөлігін жаңа сұйық қи-садрамен қосып араластырып реакторға
құйады, яғни алдын ала ашыту схемасына қосу.
Бастапқы шикі зат көзінің биохимиялық қасиетімен кейінгі сұйық
заттармен араластырады да, процесс тез жүреді. Оны 5 есе тездетіп және
қажетті метантенканың көлемін біраз азайтады.
Қазіргі кезде, барлық дүние жүзінде ауыл шаруашылық өндірісінің
қалдықтарының метанды ашыған заттарына ғылыми-практикада көңіл аударуда;
оның ішінде қи-садраға және одан энергия көзінің бірі биогаз бен соңғы
ашыған өнімі органикалық тыңайтқыш алу.
Ашыған метанға қи-садра, көң-тезек, салом, картошканың, қызылшаның,
сабақты жапырақтары және басқа да органикалық қалдықтар массаның ашуы
тиімді процессте жүруі үшін қолайлы ылғалдығы 89-95 шамасында болуы тиіс.
Ғылыми зерттеулер мен әдебиеттерге қарағанда, бір тонна құрғақ заттан
анаэробты процесстегі өңдеу арқылы алуға болады; шошқаның қи-садрасынан 500
м3 биогазды немесе 360 кг шартты отын түрінде; ірі-қараның қи-садра,
нәтижесінен – 450 м3 биогаз немесе 321 кг шартты отын түрінде Ш.О.Т., құс
саңғырығынан-650 м3 биогаз немесе 428 кг. ш.о.т.
Бұрынғы Кеңес Одағын құрған уақытша ғылыми техникалық комиссия-ның,
1982 жылғы 16 мартта ГНКТ СССР-дың №81 қаулысында Одақта биоконверсиялық
отыннан өте үлкен потенциялды мүмкіндігі бар ауыл шаруашылық малдарының қи-
садра, көң-тезектерінен, өсімдік қалдықтарынан саломдар, картоп, қылша
жапырақтары және басқалар. Барлық жыл ішіндегі қи-садра, көң-тезек пен
өсімдік қалдықтарының құрғақ заттар көлемі 2000 жылы 390 млн.тонн, одан
толық биоконверсиямен өңдегенде 70 млрд. м3 метан алуға болады. Бұл
дегеніміз 117 млн.тонн шартты отынға баламалы шамада құны бірдей болады
және сонымен қатар 100 есептегендегі құнарлы заттар сақталады да 17
млн.тонн минералды тыңайтқыш алынады.
Шикі заттардың анаэробты ашу кезінде зат шығады – биогаз және
органикалық тыңайтқыш және оларды әртүрлі мақсатқа пайдаланады. Биогазды
отын ретінде тікелей пештерге жағуға пайдаланады. Биогазды көмір қышқыл
газы өте көбірек болғандықтан жанарғының газ плитасының жанар майы
арнаулы конструкциясын жасауды қажет етеді.
Биогазды пайдалану арқылы электро энергиясын алуға болады, ол үшін
газды қозғалтқышта газды жағып генератордан электр тоғын алады. Жылу
энергиясының механикалық энергияға айналу коэффиценті 38, механикалық
энергияның электр энергиясына айналуы 94, ал жалпы коэффиценті 33. Газды
өңдеудің жалпы коэффиценті қосымша жылудың пайда болу есебінен жоғары
болады да 80 құрайды. 1000 м3 метанды немесе 1400 м3 биогазды жағу
арқылы 2000 квтсағат. Электр энергиясын алуға болады. Қосымша шылу
энергиясы мен пайдаланылған жылу 112,5 кг мазұтқа сәйкес келеді.
Биогазды матор майы ретінде де пайдаланады: калориясы 6000 ккалм3
октанды саны 110, тұтану температурасы 6450С. Ашылған метан құрамында
аммоний тұзы, фосфор тотығы, калий тотығы және өсімдікке қажетті
микроэлементтерді қазірдің өзінде ауыл шаруашылдық өндірісінде өте жоғары
тиімді тыңайтқыш ретінде пайдаланады.
Өте көптеген зерттеулердің нәтижесінде іс-әрекеттік тәжірибиеге
қарағанда биогаз өндіруші қондырғының жұмысындағы қи-садраның анаэробты
ашылу оның дезодациялануын, дегельминтизациялануын, өсіп шығатын арам
шөптердің тұқымын құрту қабілеттілігі, тыңайтқыштық өсімдіктің минералды
формада тез сіңіруі.
Сонымен қоректі зат өсімдік үшін азот, фосфор және калий негізінде
жоғалмайды. Органикалық қалдықтарды өңдеп жасау әдістері үш проблеманы
шешудің белгілі үлесін қосады: экологиялық қоршаған ортаны қорғау; азық-
түлік, өте жоғарғы органикалық тыңайтқышты; энергетикалық - арзан отын алу.
Америка ғалымдары бұл проблемаларды кеңінен зерттеу және конструктивті
жұмыстың қи-садрадан биогаз алуын іске асыруда. Бұл мемлекеттегі ауыл
шаруашылығындағы жыл сайынғы шығатын қи-садра шамамен 2 млрд.тонн, немесе
185 млн.тонн құрғақ затпен есептегенде.
Американдық мемандардың болжауы бойынша сұйық қи-садраның
энергетикалық потенциалы жылумен жағылуы 51 млн.тонн бензинге тең. Қазіргі
кездегі Американың конструктивті зерттеулердегі ортақтандырылған биогазды
заводтарда жасауға бағытталған. Эаводтарды жақын жерлерге орналасқан мал
шаруашылық фермаларының сұйық қи-садралармен қамтамасыздандырылады немесе
арнаулы цехтар арқылы өте үлкен мал фермалар пен комплекстердің тазалаушы
құрылыстары мен жалғанған. Анаэробты рекакторда сұйық қи-садрадан биогаз
өңделіп жасалынады, оның өлшемдері мен өңдеу көлемін қуатын жұмыстың
темпиратуралық режимі анықтайды. Артықшылығын термофильді тәсілге береді
Т=43 – 520С, онда қи-садраның фермантациясы тезірек жүреді және
реактордың көлемі кішірек болады.
Барлық алынған биогаз қондырғының технологиялық қажетіне пайдаланады,
ал сонымен қатар сыртқы пайдалануына жаратылады. АҚШ өнеркәсібі мен
фермаларына калориферлер мен қазанның биогазды жандырғысымен, бтогазды жылу
генераторларын, биогазды брудердел және тағы басқа құрал - жабдықтар.
Соңғы кезде ФРГ-да, Скандинавия мен Нидерланды мемлекеттерінде мал
фермаларының саны артуда және барлығы биологиялық газ өндіруші
қондырғысымен жабдықталған. Нидерландияда 1982 жылы 500 астам биологиялық
газды өндіруші қондырғылар жасалған, ал ФРГ мен Швецияда биогазды
қондырғыны сериялап шығар бастады. Бірақта осы өндірістен шығарылған
қондырғылардың барлығы да фермадағы ал мал басына арнап жасалған.
Финнің А.В.Энбомң акционерлік қоғамдық кәсіпорны қи-садраны өңдеу
арқылы биогаз бен өте жоғары сапалы тыңайтқышты өндіретін қондырғының жаңа
түрін меңгерді. Қондырғы көлемінің 65; 120; 170 м3 шығарады. Бір тонна
сұйық қи-садраны өңдеу процессі кезінде циклдың ұзақтығы шамамен 20
тәуліктей, ағынды сұйықтың былғаныштығы 90-ке дейін кеміді.
1984 жылы А.В.Энбомң акционерлік қоғамы СССР-ға 4 биогазды
қондырғыны басқару аппаратурасымен және жинақталынған құрал-жабдығымен алып
келіп берілген. Қосымша энергия көзін іздеп табу, оның ішінде биогазды
бұрынғы социалистік мемлекеттер – ВНР, ГДР, ЧССР, ПНР және т.б.
Венгар халық республикасында бірінші өнеркәсіпті қондырғымен биогазды
өндіріп шығаруды Гедоллдағы ауыл шаруашылық университетінің мамандары жете
зерттеп, 1983 жылы Демседе құрылысын жасап бітірген, оның жұмыс істеу
өнімділігі 1 млн.м3 биогазды жылына шығарады. Демседе алынған тәжірибиеге
байланысты биогаз қондырғысының бірнеше сериясының кіші және орташа
өнеркәсіптің байлаудағы 2 ден 12 мың бас ірі-қараның қи-садрасын өңдейтін
кәсіпорны.
1985 жылдан бастап ауыл шаруашылық кәсіпорнының Еленица ГДР
кооперативтінде биогазды қондырғы жұмыс істейді. Қондыорғы бірінші
кезеңдегі жұмыс істеуде тәулігіне 20 м3 шошқаның сұйық қи-садрасынан алды.
Осы биогаздың нәтижесінде кооператив тәулігіне шамамен 100 кг тас көмірді
үнемдейді. Нормалы пайдалану кезінде және 350 шошқаның қи-садрасын
қондырғымен өңдеу кезінде тәулігіне 50-60 м3 биогазды өңдеп шығарады.
Сонымен қазіргі кезде сұйық қисадрадан биогаз алудың технологиялық
өңдеуіне өте көп көңіл аударуда, оның себебі экономикалық себеппен
түсіндіріледі, оның факторлары қоршаған ортаны қорғауға байланысты,
сондықтан өте жоғарғы сапалы энергияны жасаушы азотты жоғалтады да,
қолайсыз иісті шығаратын затты жоғалтады.
1.3 Органикалық қалдықтарды биореакторға салу
Метантенка оқтын-оқтын мезгіл-мезгіл, толассыз және жартылай
толассыз режимде жұмыс істеу мүмкін. Тәулігіне бір рет толтыра салу кезінде
ыдырау жылдамдығы толтыра салу кезеңі аралығында шамалы өзгереді.
Х.Димовскийдің 35 көрстеуінше, толтырып салғаннан кейін газдың шығуы ең
жоғарғы болып және метантенканы келесі толтыра салуға дейінгіге газдың
шығуы 2 рет артады. Қалдықты зерттегендегі ылғалдығы 91,7%, оның ішіндегі
органикалық зат 56,6%, органикалық былғану жүктемесі 3,5 кг м3 тәу.
құрады, ашытылу ұзақтығы – 13,3 тәулік. Қалдықты толассыз қосу кезіндегі
органикалық заттардың ыдырау жылдамдығы және газдың шығуы тұрақты.
И.И.Юкельсон және басқалар, толассыз теория процессін 1қолданып, қалалық
төгінді су қалдықтарын ашытуда биологиялық газды алу үшін толассыз және
оқтын-оқтын жұмыс істейтін реакциялық аппараттардың тиімділігін салыстыр-
ған. Оқтын-оқтын процессіндегі қалдықтың органикалық бөлігінің ыдырауын
реакция теңдеуінің тәртібімен анықтағанда көрсетілгендей, ол барлық ашытулу
кезеңінде өзгереді. Бастапқы кезеңде қалдықты салғаннан кейін, оның 20-22%
ыдырауының реакциясын шамамен нөлдік рет теңдеуімен көрсетуге болады; ол
адан ары қарай баяулайды да, ол жоғарғы ретті теңдеумен өтеді.
Мұндай ретті теңдеу реакциясының өзгеруі жүретін процесстің күрделігін
көрсетеді. Толассыз ашытылу режимінде, сол ыдырау мәнін сақтай отыра өтуі,
кейбір құрылыстары-ның көлемін үлкейтуге әкеліп соғады. Толассыз жұмыс
істейтін реактордың тиімділігін арттыру жолы, оны өзгермейтін жалпы көлемін
сақтай отыра сеакцияларға бөлу арқылы іске асырылады. Бірінші реттік
реакция теңдеуінің негізінде ыдырау дәрежесінің аппараттағы оқтын-оқтын
әсерін және бір сатылы және көп сатылы аппараттағы толассыз әсері
анықталған кесте 2.
Кесте 2-Әртүрлі түріндегі реактордағы органикалық заттардыың
қалдығының ыдырау мәні, органикалық заттың биологиялық ыдырауынан
алынған.
Уақыт Оқтын-оқтын Толассыз жұмыс істейтін араластырушы
тәулікпен жұмыс істейтін реактор
реактор.
Бір сатылы Үш сатылы Бес сатылы
1. 63 50 57,8 59,1
2. 86 67,6 78,4 81,2
3. 85 75 87,5 90,3
4. 99,8 85,7 96,3 98,1
Бұл кестеден көрінгендей, ыдырау сатысының санын арттырған сайын,
толассыз жұмыс істейтін реактордағы ыдырауына жақындайды. Толассыз жұмыс
ітейтін реактордың ең үлкен көлеміне бір сатылы процессті қажет етеді, ең
кішісінің - саты саны, бірақ тек қана і(8 болғанда оның көлемі оқтын-оқтын
жұмыс істейтін реактордың көлеміне тең болады. Сондықтан екі ашытқыш
толассыз жұмыс істейтін метантенка барлық реакциялы көлеміне кеміте
алмайды, егер процесс жылдамдығына әсерін тигізуі тұрақты болып қалатын
болса. Мезофильді және термофильді процесстің әрі метантенканың көлемін
кішірейтуге болады, сонымен қатар әр сатыдағы процесс шапшаңдығын өзгерте
отырып және басқа факторлардың әсерін қолданумен. Сірә, сол толассыз
процесстер теориясы негізінде, тіпті қалдықтың өте көп уақытта бір сатылы
метантенканың толассыз жұмыс істеуінде болғанмен, түсірілетін сында да
азғантай бөлігі ашымай қалуы және қалдықтың зарарсызданбаған бөлшегінің
екендігін күтуге болады. Сонымен бірге алдын ала жылытылған шикі қалдық
толассыз тиеу және оны ашып тұрған қалдық массасымен жақсылап араластырып
кезінде құрылысты бір қалыпты жилу режимімен қамтамсыздандырады және оның
жұмысын көтеіңкі дозамен салынады.
Соңында метантенкаларды толассыз ашыту режиміне көшіру-өндіріс
мәжениетін жаңа сатыға өтуі өзін-өзі жәлелдейді, себебі бұл жағдайда
процессті автоматтандыруға және механикаландыруға ммкіндік туады, пайдалану
кезіндегі қаржы шығынын кемітуге, газдың бір қалыпты бөлінуіне және
түсірілетін қалдықтың біртекті болуын жасайды. Метантенканың толассыз
режимде жұмыс істеуі Москва қаласының Курьяновский және Люберецкая аэрация
станциясының жүргізген дұрыс тәжірибиесі бар.
1.4. Биореактордағы органикалық қалдықтарды араластыру
Метентенканың ішіндегіні араластыруды жүргізудің мақсаты, метантенка-
ның барлық көлемін тиімді пайдалануды қамтамасыздандыру, оның ішінде
араласпай қалатын зонаны болдырмау, қалдықтардың қабат-қабат қыртыстануын,
құмдардың шегуін және қабыршақтарды пайда болуын болдырмау, температуралық
аймақты туралап теңестіру. Бұдан басқа, араластыру метоболиттердің
шоғырлануына туралап, ашу процессінің пайда болуына мүмкіндік туғызуы тиіс
және микроорганизмдер үшін субстратты аралығы немесе олардың тіршілік
әрекетінің ингибиторы болуы тиіс, сонымен қатар, уытты заттардың салынған
қалдықта жиналуы, бактериалды ферменттер мен оның субстраттардың арасында
тығыз байланысты ұстау және тағы басқалар. Сонымен, араластыру ортаның
біртектігін сақтауға арналған. Сонымен бірге 1 бөлімде айтылғандай
араластыру қарқындылығының кейбір шегі бар, одан артып кетсе,
бактериалдардың жеке топтардың бір бірінен бактерияның арасында тығыз
ұқсастықта болады. Жаман араластырған кезде, метантенканың тиімді көлемі
кемиді және ондағы қалдықтың болу уақыты азайады, демек, органикалық
заттардың ыдырауы және биогаздың шығуы төмендейді. Метантенканың пайдалы
көлемі 70% кеміген жағдайы белгілі 48. Тиімсіз араластырудың
температураны кемумен байланыстыру көбірек әсерін тигізеді. сурет ... .
Нашар араластыру есебінен метантенканың тиімді көлемін 50% кеміткенде
t=350С, ашытылу нәтижесі өте көп уақыт болуынан 30 тәулік 5%-ке, ал
t=300C – 16 азайады.
Әсіресе, қалдықтың метантенкадан қысқа уақытта болуындағы араластыру
көп әсерін тигізеді. Сурет көрінгендей =10 тәуліктегі БПК бөліп алу
тиімділігі 2 есе кемиді, ал прооцесс температурасын 300С градусқа дейін
төмендеткенде, ашытыуы процессі тіптен болмайды.
Метантенкадағы қалдықты араластыру механикалық араластырушының
көмегімен іске асырылады, сонымен рециркуляциялаумен жүргізіледі. Соңғы
тәсіл іс әрекетте өте аз пайдаланады, бірақта ол механикалық араластырушыға
қарағанда тиімді. Ашытылу процессін газбен араластыруда қолайлы әсерін
тигізуі бірнеше себептермен түсіндіріледі. Сығылған газды қалдық ішімен
берген кезде газды түйіршіктердің үдемелі көтерілуі есебінен өте жақсы
араластыру процессі жүреді. Сонымен, метаногенді микроорганизмдерден майда
газ түйіршіктері механикалық түрде бөлініп шығады, оның қоректі ортамен
жалғасуын жеңілдетеді. Метантенкаға сығылған газ беру кезінде, еріген
көмірқышқылды қоблануы артады, ол сутегінің акцепторы болады да, оның
парциалды қысымын кемітеді және осы арқылы метаногендердің ацетат-
ыдырауының тіршілік әрекетінің жағдайын жақсартады, осының нәтижесінде
метанның шығуы артады. СО2 қоюлануының артуынан метантенкадағы жүктеме
ұлғаюы мүмкін.
Белгіленуі:1-тиім араластырудағы 350С; 2-араластырмаудағы, 350С; 3-
араластырмаудағы, 300;
Сурет 1.Ашытылу тиімділігіне араластыру мен температураның әсері-ашытылу
ұзақтығы
Метнантенкадағы қалдықты рецеркуляциялы сығылған газбен араластырудың
іс әрекеттегі тәжірибиені көп жүргізген Родигер фирмасы ФРГ, сонымен, ең
жақсы нәтиже қалдықта уытты заттар болған жағдайда алынған. Біздің
мемлекетімізде бұл әдіс қи-садраны ашыту кезінде пайдалана бастады.
Иркутскінің ауыл шаруашылық институтында барботерді есептеу жетілдірген,
сол арқылы анаэробты биореактордан биогазды алған [2].
Көмірқышқылының коюлануын арттыру жағылатын газды өндіру арқылы жетуі
мүмкін, сонымен қатар метантенкадағы қысымды ұлғайтумен іске асырылады.
МИСИМоскваның инженерлі құрылыс институты1 орындаған жұмыста, ашу
процессінің тиімді өтуі үшін, ең шекті минималды ара қатынасын 1:40 тең
деп, еріген көмірқышқылының жалпы саны мен салынған органикалық заттарды
сақтап тұру қажет. Ол үшін газ түріндегі көмірқышқылының қайтуын кеміту
қажет және жоғарыда айтылған әдістердің біреуімен ерітілген көмір
қышқылының санын арттыру. Метантенкадағы
қысымды 0,15 МПа1,5 атм. көтеруі арқылы термофильді ашыту ең жақсы
көрсеткіштері қамтамасыздандыруды жоғарғы 2-3 рет жүктеме 6 кг м3
тәу. орнына 3,5-18 мүмкін, бұл тәсіл өте жоғарғы қойлтырылған қалдықты
ашыту тиімді болуы мүмкін.
Сонымен бірге мынадай көз қарас бар, тазаланбаған газдың
рецеркуляциясы газды пайда болуына кері әерін тигізуі мүмкін, себебі
ингибирлі метаногез, СО2 диффузиясы ортаның қышқылдығы арттыруға мүмкіндік
береді.
1.5. Араластыру процесінің инженерлік – техникалық есептеулері
Араластыру процесіндегі сұйық сорғыш пен гидромониторлық саптаманы
есептеу. Метантенканың ішіндегі заттарды араластыруды жүргізудің
мақсаты, метантенканың барлық көлемін тиімді пайдалануды қамтамасыз ету,
оның ішінде араласпай қалатын зонаны болдырмау, қалдықтардың қабат-қабат
қыртыстануын, құмдардың шөгуін болдырмау және қабыршақтардың пайда
болуына жол бермеу, температуралық аймақты туралап теңестіру. Бұдан басқа,
араластыру метоболиттердің шоғырлануына туралап, ашу процесінің пайда
болуына мүмкіндік туғызуы тиіс және микроорганизмдер үшін субстратты
аралығы немесе олардың тіршілік әрекетінің ингибиторы болуы тиіс, сонымен
қатар, уытты заттардың салынған қалдықта жиналуы, бактериалды ферменттер
мен оның субстраттардың арасына тығыз байланысты ұстау және тағы
басқалар. Сонымен, араластыру ортаның біртектігін сақтауға арналған.
Сонымен бірге 1 бөлімде айтылғандай араластыру қарқындылығының кейбір шегі
бар, одан артып кетсе, бактериалдардың жеке топтардың бір бірінен
бактерияның арасында тығыз ұқсастықта болады. Нашар араластырған кезде,
метантенканың тиімді көлемі кемиді және ондағы қалдықтың болу уақыты
азаяды, демек, органикалық заттардың ыдырауы және биогаздың шығуы
төмендейді. Метантенканың пайдалы көлемі 70% кеміген жағдайы белгілі.
Тиімсіз араластырудың температураны кемумен байланыстыру көбірек әсерін
тигізеді. Нашар араластыру есебінен метантенканың тиімді көлемін 50%
кеміткенде t = 35(C, ашытылу нәтижесі өте көп уақыт болуынан 30 тәулік
5%-ке, ал t = 30(C-16 азаяды. Әсіресе, қалдықтың метантенкадан қысқа
уақытта болуындағы араластыру көп әсерін тигізеді. Егер τ=10 тәуліктегі
БПК бөліп алу тиімділігі 2 есе кемиді, ал процесс температурасын 30(C
градусқа дейін төмендеткенде, ашытуы процесі тіптен болмайды.
Метантенкадағы қалдықты араластыру механикалық араластырушының
көмегімен іске асырылады, сонымен қатар рециркуляциялаумен жүргізіледі.
Соңғы тәсіл іс-әрекетте өте аз пайдаланады, бірақта ол механикалық
араластырушыға қарағанда тиімді. Ашытылу процесін газбен араластыруда
қолайлы әсерін тигізуі бірнеше себептермен түсіндіріледі. Сығылған газды
қалдық ішімен берген кезде газды түйіршіктердің үдемелі көтерілуі есебінен
өте жақсы араластыру процесі жүреді. Сонымен, метаногенді
микроорганизмдерден майда газ түйіршіктері механикалық түрде бөлініп
шығады, оның қоректі ортамен жалғасуын жеңілдетеді. Метантенкаға сығылған
газ беру кезінде, еріген көмірқышқылды қоблануы артады, ол сутегінің
акцепторы болады да, оның парциалды қысымын кемітеді және осы арқылы
метаногендердің ацетат-ыдырауының тіршілік әрекетінің жағдайын
жақсартады, осының нәтижесінде метанның шығуы артады. СО2 қоюлануының
артуынан метантенкадағы жүктеме ұлғаюы мүмкін.
Метантенкадағы қалдықты рецеркуляциялы сығылған газбен
араластырудың іс-әрекеттегі тәжірибені көп жүргізген Родигер фирмасы
ФРГ, сонымен, ең жақсы нәтиже қалдықта уытты заттар болған жағдайда
алынған. Біздің мемлекетімізде бұл әдіс қи-садыраны ашыту кезінде
пайдалана бастады. Иркутскінің ауыл шаруашылық институтында барботерді
есептеу жетілдірген, сол арқылы анаэробты биореактордан биогазды алған.
Көмірқышлының қоюлануын арттыруға жағылатын газды өндіру арқылы
жетуі мүмкін, сонымен қатар метантенкадағы қысымды ұлғайтумен іске
асырылады. МИСИМоскваның инженерлі құрылыс институты орындаған жұмыста,
ашу процесінің тиімді өтуі үшін, ең шекті минималды ара қатынасын 1:40 тең
болғанда, еріген көмріқышқылының жалпы саны мен салынған органикалық
заттарды сақтап тұру қажет. Ол үшін газ түріндегі көмірқышқылының қайтуын
кеміту және жоғарыда айтылған әдістердің біреуімен ерітілген көмір
қышқылының санын арттыру қажет. Метантенкадағы қысымды 0,15 Мпа (1,5 атм.)
көтеру арқылы термофильді ашыту ең жақсы көрсеткіштері жоғарғы (2-3 рет)
жүктеме (6кг м³ тәу.) орнына (3,5-18) қамтамасыз етуі мүмкін, бұл
тәсілмен өте жоғарғы қойыртылған қалдықты ашыту тиімді болуы мүмкін.
Сонымен бірге мынадай көзқарас бар, тазаланбаған газдың рецеркуляциясы
газдың пайда болуына кері әсерін тигізуі мүмкін, себебі ингибирлі
метаногез, СО2 диффузиясы ортаның қышқылдығын арттыруға мүмкіндік береді.
Биореактордағы сұйық қи-садыраны араластыру үшін насос пен
гидромониторлық саптаманы инженерлік есептеу қажет болады.
Ең алдымен жалпы саптамадан шығатын су шығынын анықтаймыз:
Q = εω,
(1)
мұндағы ω- қабырға ауданы 5000см²;
ε – ағынның қалыпты
ω° - тесіктің ауданы
Саптама тесігінің ауданын мына формуламен табамыз
ω° = ,
(2)
мұндағы d - саптама ауданы, м²
P1 - тегістің ортасындағы қысым, Па
P2 – ағынның тесіктен шыққандағы қысымы, Па;
р – сұйық тығыздығындағы 40(С температурада және 95% ылғалдылықта
р=1220,24кг м²;
(3)
Мұндағы дөңгелек тесіктер үшін табылған мәндерді формулаға қойып
тесіктен шығатын сұйық шығынын табамыз.
Q = 0,58 ∙ 0,0038 ∙ , (4)
Саптамадан шығатын сұйықтыққа
Q = ,
(5)
мұндағы
ωn - саптаманың ауданы, м²;
Р2 – саптамадан шығар жердегі су қысымы, Па;
ε = 0,59, α = 0,25 тең болғанда.
Сонда судың шығыны
Q = 0,0038 (6)
Есептелген формуладағы мәндерді кабылдауға болатынын тексеретін теңдеу
Rc =
(7)
мұндағы
с – қысылған жердегі;
Rc – гидравликалық радиус;
dc = , (8)
cонда
с = ,
(9)
егер
Rc=
(10)
Гидравликалық радиус
Re=
(11)
Бұл есептеудің дұрыстығын дәлелдейді.
Су сорғыштың шығанын мына формуламен табады
Q = ПДВ2С2,
(12)
мұндағы
В2 құбырдан шыға берісіндегі судың қалыңдығы,м;
С2 – судың абсолютты жылдамдығы, мс;
Сонда
Q =3,14∙ 0,158∙ 0,07 ∙ 1871=65м³час,
(13)
Су сорғыштың сору биіктігі
(14)
мұндағы Нвак - вакуумметрикалық биіктік,м;
- жылдамдық қысымы
Айдамалау биіктігі
Нпл = Нг.пай + ∑һс
(15)
мұндағы
Нг.пай - геометриялық айдамалау биіктігі;
∑һс - құбырдағы қысымның кедергілерден азаюы
Н=Нвс+Ннаг=90,6+7=97,6
(16)
Су сорғыштың білегіндегі қуат
N=pq∙Q∙H= (17)
Тез жүру коэффициентін мына формуламен табамыз
ns=3,65 (18)
Cонымен, каталог арқылы өзімізге қажет ортадан тепкіш 4км-6 қабылдаймыз:
Сұйықтың су беруі 65м³час;
Толық қысымы 65м³час;
Қуаты 55 кВт.
2 Биогаз қондырғысының технологиялық параметрлерін анықтау
2.1. Биогаз қондырғысын теориялық есептеу негіздері
Метантенканың технологиялық есептеулерін жүргізгенде мына негізгі
көрсеткіштерін анықтауды қажет етеді:
-Метантенкаға салу кезіндегі қалдықтың құрғақ күлсіз заттың қоюлануы,
S кгм3;
-ашытылу температурасы, t,0С;
-метантенкаға құрғақ күлсіз заттардыжүктімелеу d, кгм3.тәу
-метантенкада қалдықтың гидравликалық болу уақыты ашытылу
ұзақтығы, тәулікте;
-салынған құрғақ күлсіз заттарды бірлік массасынан шығатын меншікті
биогаз, Вменш,.м3кг.тәу.;
-биогаздың шығу шапшаңдығы, в м3.тәу.;
-метантенканың қажетті жұмысшы көлемі V, м3;
Қалдықтағы құрғақ күлсіз заттырдың қоюлануын есептеу үшін қалдықтың
берілген ылғалдығындағы көлемдік тығыздығын көл білу қажет. көл
мәнін мына формуламен есептейді.
(19)
мұндағы шын-қалдықтың шын тығыздығы ... 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