8932

Біогазова технологія утилізації органічних відходів і виробництва енергії

Контрольная

Энергетика

Біогазова технологія утилізації органічних відходів і виробництва енергії Біогаз - енергоносій, який є сумішшю метану (60 - 70%), діоксиду вуглецю (30 - 40%), невеликої кількості сірководню, водню, аміаку та оксиду азоту(5%). Склад бі...

Украинкский

2013-02-20

581 KB

28 чел.

Біогазова технологія утилізації органічних відходів і виробництва енергії

Біогаз – енергоносій, який є сумішшю метану (60 – 70%), діоксиду вуглецю (30 – 40%), невеликої кількості сірководню, водню, аміаку та оксиду азоту(5%).

Склад біогазу може змінюватись в залежності від сировини (біомаси), мікроорганізмів, що беруть участь у процесі, добавок та фізичних факторів.

Основний компонент біогазу – метан - виникає в результаті ферментаційних реакцій, які забезпечують життєдіяльність метаноутворюючих мікроорганізмів у процесі перетворення енергії хімічних зв’язків біомаси в енергію хімічних зв’язків метану.

Біохімічний процес перетворення енергії, який відбувається без доступу кисню, називається метановим бродінням або біометаногенезом.

Відкритий процес у 1776 р. Вольтом, котрий встановив наявність метану у болотному газі (який ще називають: клар-газом; паливом, отриманим з відходів; блукаючими вогниками, гобар-газом). При горінні біогаз дає полум’я синього кольору, не має запаху, горіння відбувається без диму.

Середня теплотворна здатність 1 м3 біогазу 21 – 29 МДж в залежності від вмісту СО2, а  традиційних енергоносіїв така:

  •  1 м3 природного газу 34 МДж;
  •  1 кг рідкого палива 42 МДж.

За теплотворною здатністю 1м3 біогазу еквівалентний 4 кВт-год електроенергії, 0.62 л гасу, 1.5 кг вугілля, 3.5 кг дров, 0.43 кг бутану. Біогаз може бути використаний для отримання теплової енергії, електроенергії, а також як моторне паливо.

Коефіцієнт трансформації енергії біомаси у енергію метану досягає 90%.

Найбільш рентабельним є використання біогазу для отримання електроенергії (загальний ККД з врахуванням тепла, яке утворюється при виробництві енергії, становить 80 – 85%). Безпосередньо в електричну перетворюється ~33% енергії метану. Біогаз також можна використовувати як пальне для двигунів (його октанове число 110 – 115, нижня межа займання 645°С), але при цьому біогаз повинен бути стисненим до 200 – 250 атм.

  1.  Сировина для отримання біогазу

Сировиною для біогазу є біомаса – органічні речовини, які є відходами рослинного або тваринного походження. При використанні біомаси з великим вмістом клітковини в біогазі утворюються рівні кількості метану і діоксиду вуглецю. При збільшенні в біомасі азотовмісних речовин та жиру концентрація метану збільшується, а діоксиду вуглецю зменшується. Приблизний склад біомаси різного походження представлений в таблицях 1 та 2.

Біомаса належить до відновлюваних джерел енергії. Річне світове виробництво біомаси еквівалентне 26.65 ТВт – год. (тера = 1012 ) енергії. Це майже у 3 рази більше як кількість електроенергії, що виробляється за такий же період всіма генераторами у світі.

Таблиця 1.

Хімічний склад відходів рослинництва, %  щодо  сухої речовини

(В.Баадер, 1982).

Складова

Солома

Кукурудзяне стебло

Бурякова гичка

Картопляне бадилля

житня

пшенична

Органічна речовина

95.4

91.4

91.7

78.5

78.9

Сира клітковина

47.5

45.5

33.3

11.5

23.8

Сирий жир

1.5

1.6

1.7

1.5

3.2

Сирий протеїн

2.9

2.9

7.5

12.5

14.6

Лігнін

15-20

15-20

5.5

-

-

Відношення C:N

80-150

90-165

30-65

18

17

Азот

0.46

0.46

1.20

2.00

2.34

Фосфор

0.12

0.09

0.11

0.26

0.20

Калій

0.88

0.79

2.32

3.57

1.67

Кальцій

0.19

0.14

0.19

1.40

2.57

Магній

0.06

0.07

0.30

0.60

0.83

 

Таблиця 2.

Хімічний склад гною сільськогосподарських тварин та птиць, % на суху речовину (В. Баадер, 1982 р.)

Складова

Велика рогата худоба

Свині

Кури

Корови

Тварини на відгодівлі

Органічна речовина

77 85

77-85

77-84

76-77

Сира клітковина

27.6 –50.3

-

19.5-21.4

13.0-17.8

Сирий жир

2.9-4.3

-

3.5-4.0

2.4-5.0

Сирий протеїн

9.3-20.7

-

16.4-21.5

20.5-42.1

Лігнін

16-30

16-30

-

9.6-14.3

Відношення C:N

9.5-15

9-15

9-15

9-15

Азот

1.9-6.5

2.3-4.0

4.0-10.3

2.3-5.7

Фосфор

0.2-0.7

0.4-1.1

1.9-2.5

1.0-2.7

Калій

2.4

1.0-2.0

1.4-3.1

1.0-2.9

Кальцій

2.3-4.9

0.6-1.4

-

5.6-11.6

Магній

-

0.5-0.6

-

0.9-11

 

  1.  Біохімічні та мікробіологічні характеристики процесу біометаногенезу

Біометаногенез здійснюється за три етапи:

  •  розчинення і гідроліз органічних сполук;
  •  ацетогенез;
  •  метаногенез.

Відповідно до цих етапів біометаногенезу у процесі задіяні три групи мікроорганізмів (див. табл. 3).

Таблиця 3.

Фази біометаногенезу.

Групи бактерій, які беруть участь у процесі

Вихідні речовини

Продукти

1. Біогідроліз полімерів та ацидогеноз

Гідролітичні ацетоногени

Комплекс органічних речовин

Вищі жирні кислоти (масляна, пропіонова, молочна)

2. Ацетогенез (отримання оцтової кислоти) та дегідрогенізація

Гідрогенпродукуючі бактерії

Вищі жирні кислоти

H2, CO2, CH3COOH

(водень, вуглекислий газ, оцтова кислота)

3. Метаногенез

Метаноутворюючі бактерії

H2, CO2, CH3COOH

CH4, CO2 (метан, вуглекислий газ)

Зауваження: ацидогеноз – отримання вищих жирних кислот;  ацетогеноз – отримання оцтової кислоти.

На першому етапі  процесу задіюються мікроорганізми, що володіють целюлозолітичною, протеолітичною, ліполітичною, сульфовідновлюючою, денітрифікуючою та іншими видами активності. Склад домінуючої мікрофлори цієї фази залежить від складу мікрофлори вхідної сировини, а також від хімічної природи проміжних продуктів розпаду органічних речовин.

Кількість аеробних та факультативно анаеробних мікроорганізмів в цій фазі досягає 106 кл/мл, а вміст облігатних анаеробів на 2-3 порядки вищий. Серед целюлозоруйнуючих бактерій виявлені штами Bacterioides ruminicola, Butyrivibrio fibriosolvens (руйнують целюлозу).

Серед протеолітичних бактерій виділяються штами роду Clastridium, Peptococcus anaerobis, Bacterioides, Eubacterium, Bifidobacterium. Загальна кількість протеолітичних бактерій досягає 105 кл/мл.

У цій фазі біля 76% органічних речовин перетворюється у вищі жирні кислоти, до 20% - в ацетат і 4% - у водень. Цю фазу можна умовно розділити на дві частини: гідролізу і ацидогенозу (кислотоутворення).

На другому етапі в процес задіюються ацетогенні і гідрогенпродукуючі бактерії. Вони перетворюють пропіонат в ацетат, СО2 та Н2, якщо в середовищі одночасно присутні водень-споживаючі бактерії, оскільки водень є інгібітором оцтовокислих бактерій. В 1967 р. Брайакт та ін. встановили, що оцтовокислі та метаноутворюючі мікроорганізми - симбіонти, їх раніше вважали одним мікробом, який називали Methanobacillus omelianskii.

Водень утворюється при окисленні NАДН2 з утворенням NАД. Вміст Н2 в середовищі залежить від ацетогенних бактерій та воднеспоживаючих метаногенів. Метаногенна система буде працювати ефективно тільки при низькому парціальному тиску водню. За цієї умови вуглецеві сполуки конвертуються в ацетат, СО2 та Н2 і не будуть накопичуватись жирні кислоти. В умовах завантаження біореактора субстратом, що швидко розкладається, концентрація Н2 може збільшуватись і в середовищі будуть накопичуватись пропіонова, масляна та оцтова кислоти.

Третій етап – метаногенний. В ньому задіяні метаноутворюючі бактерії. З біохімічної точки зору метанове бродіння – це анаеробне дихання, в результаті якого електрони від органічних речовин переносяться до вуглекислого газу, котрий потім відновлюється до метану. Окрім різних органічних субстратів (таких, як оцтова кислота), донором електронів для метанобактерій слугує водень, котрий продукується декількома типами анаеробних бактерій.

В умовах строгого анаеробіозу метан можна отримати з ароматичних сполук. У цьому процесі беруть участь декілька видів мікроорганізмів, відповідальних за різні стадії деградації ароматичних кілець до ацетату, який є одним із субстратів для метанобактерій. Його дегідрування дає електрони, які потрібні для відновлення двоокису вуглецю до метану, див. нижче схему основних реакцій метаногенезу.

6Н5СООН + 24Н2О → 12СН3СООН + 4НСООН +8Н2

 (бензоат)

12СН3СООН →12СН4 + 12СО2

   (ацетат)                                                                                                     (7.1)

4НСООН → 4СО2 + 4Н2

(форміат)

3СО2 + 12Н2 → 3СН4 + 6Н2О

6Н5СООН + 18Н2О → 15СН4 + 13СО2

  1.  Характеристика метаноутворюючих бактерій

Після створення Хангейтом Р.Е. в 1985 р. спрощеної техніки культивування метаноутворюючих бактерій, виділено біля 30 видів метаногенів, які належать до 14 родів та 6 - ти родин. Деякі з них представлені у табл. 4.

Метаноутворюючі бактерії належать до древніх архебактерій, які виникли 3 – 3.5 млрд. років тому. Вони досить  поширені у природі там, де утворюються анаеробні умови: в болотному та річному мулі, в осадах морів та океанів, в рубцях жуйних тварин та трактах живлення ряду інших тварин.

Клітини метаногенів мають різну форму, вони бувають: сферичні, ланцетовидні, паличкоподібні, нитчасті, деякі мають джгутики. Клітинна стінка бактерій не має муреїну, а  ліпіди не містять жирних кислот.

Таблиця 4.

Характеристика метаноутворюючих бактерій.

Рід та вид

Характеристика культури

Субстрат

Methanobacterium 

formicum

bryantii

thermoautotrophicum

Палички - від довгих до ниткоподібних; у клітинній стінці міститься псевдомуреїн

Водень та форміат

Водень

Те саме

Methanobrevibacterium

ruminantium

smithi

orboriphilus

Грудки, короткі палички; у клітинній стінці міститься псевдомуреїн

Водень та форміат

Те саме

Водень

Methanococus

vannielii

voltae

 thermolithotrophicus

mazei

Рухомі нерегулярні невеликі коки; у клітинній стінці містяться поліпепдідні суб’єодиниці

Водень та форміат

Те саме

Те саме

Водень, метанол, метиламін, ацетат

Methanomicrobium mobile

Рухомі короткі палички та нерегулярні рухомі невеликі коки; у клітинній стінці містяться поліпептидні субодиниці

Водень та форміат

Methanobacterium

cariaci

marisnigri

Рухомі невеликі коки; у клітинній стінці містяться поліпептидні субодиниці

Те саме

Те саме

Mtthanospirillum hungatei

Рухомі палички; у клітинній стінці містяться поліпептиди

Водень та форміат

Methanosarcina barkeri

Нерегулярні коки, згру- повані у пакети; у клітинній стінці містяться гетерополісахариди

Водень, ацетат, метанол, метиламін

Methanothrix soehngenii

Палички від довгих до ниток; у клітинній стінці не міститься мура- шина кислота

Ацетат

Methanothermus fervidus

Нерухомі палички; у клітинній стінці міститься псевдомуреїн

Водень

Велику частину нейтральних ліпідів становлять прості ефіри гліцерину та довголанцюгового спирту – фітанолу.

У метаболізмі метаноутворюючих бактерій беруть участь кофермент М (2 – меркаптоетансульфонова кислота), фактор Г420, який включає флавін та ряд інших сполук, не знайдених у інших організмів.

Нуклеотидна послідовність у 16 р-РНК також відрізняє метаногенів від інших організмів. Вміст ГЦ основ у ДНК коливається від 30,7 до 61,0 мол. %.

Всі метаноутворюючі бактерії - строгі анаероби. Деякі з них мезофіли, інші термофіли, які розмножуються при температурі 60 - 80°С. (М. thermoautotrophicum). Оптимальне значення рН для різних видів 6,5 – 8,0. Деякі штами спроможні рости у середовищі з 5 ÷ 7%   та більше NaCl.

Як джерело сірки бактерії найчастіше використовують сульфід, а як джерело азоту – амоній. Деякі види потребують наявності дріжджового автолізату або суміші вітамінів. Для росту деяких необхідний ацетат або інші органічні речовини.

Багато метаногенів можуть рости в автотрофних умовах при наявності єдиного джерела вуглецю - вуглекислоти. Як субстрат більшість метаногенів споживають форміат, який трансформується до метану, див. рис. 2.

При переробці різних комунальних та промислових стоків харчового виробництва основним субстратом для метаногенів є ацетат, який перетворюється ними у метан (рис. 2). До цієї групи метаногенів належать Methanosarcina barceu; Metanococcus mazei; Methanotrix soengenii. При конверсії ацетату у метан з їх допомогою вільна енергія субстрату змінюється мало (∆G0' = -32 кДж), швидкість їх росту низька і генерація метану триває не менше 10 діб. Деякі метаногени конвертують у метан, метанол та метиламін, див. нижче.

                            4/3∙СН3ОН → СН4 + 1/2∙СО2 + 2/3∙Н2О; (7.2)

                            4/3∙СН3NН2 – 2/3∙Н2О → СН4 + 1/3∙СО2, (7.3)

або інша схема:

                                       4СН3ОН → 3СН4 + СО2 + 2Н2О; (7.4)

                                  4СН3NН2 + 2Н2О → 3СН4 + СО2 + 4NН3; (7.5)

                                           СН3СООН → СН4 + СО2 . (7.6)

Схема утворення метану з СО2 та інших сполук показана на рис.1. Метан може також утворюватися з СО2 та Н2, які генеруються в результаті діяльності ацетогенних бактерій. Схема відновлення СО2 до метану показана на рис. 2.

Отже, метаноутворюючі бактерії можуть використовувати різні субстрати для конвертації їх у метан: молекулярний водень та вуглець, оксид вуглецю, мурашину кислоту, метанол, метиламін, диметиламін, триметиламін, ацетат.

Встановлено, що синтез метану протікає у мембранах клітин бактерій та спряжений з генерацією трансмембранного потенціалу, енергія якого трансформується у АТФ. Таким чином, здійснюється анаеробне дихання, при якому акцептором електронів виступає СО2. Вихід енергії на кожен утворений моль метану у метаногенів не перевищує двох молів АТФ. Тому для свого росту метаноутворюючі бактерії повинні синтезувати значну кількість метану. Зі 100% метаболізованих сполук вуглецю вони трансформують у клітинний матеріал лише 5 – 10%, інше конвертують у метан.

7.4. Технологія отримання метану

Технологічно метанове бродіння поділяють на два етапи: дозрівання метанового біоценозу та ферментацію. Протягом першого етапу розвиваються бактерії, які беруть участь у анаеробному розкладі початкових органічних речовин та продуктів їх розпаду. Внаслідок діяльності цих мікроорганізмів утворюються оптимальні умови для активного біосинтезу метану.

Швидкість метаногенезу у звичайних умовах мала. Для інтенсифікації процесу метаногенезу та отримання біогазу з великим вмістом метану необхідна оптимізація умов, при яких швидкість ферментативних реакцій була б максимальною. Значною мірою метаногенез залежить від хімічного складу середовища та фізичних факторів.

  1.  Залежність біометаногенезу від в’язкості субстрату та величини твердих фракцій

Сприятливим для життєдіяльності метаноутворюючих мікроорганізмів є середовище, в якому концентрація твердих речовин становить 8-12 масових відсотків. При такій концентрації середовище може вільно перемішуватись. При вищій концентрації твердих речовин підвищується в’язкість субстрату і погіршуються умови для протікання ферментативних реакцій, що призводить до зниження виходу біогазу. Тому необхідно контролювати розміри твердих часток, з яких складається біомаса і який не повинен перевищувати 30 мм (В. Баадер, 1982). У гіршому випадку початкова біомаса мусить бути подрібнена. В тих випадках, коли використовуються відходи домашнього господарства або рідкий гній, співвідношення між твердими компонентами і водою повинно становити 1:1(100 кг відходів на 100 кг води), що приблизно буде відповідати концентрації твердих речовин 8-12% за вагою.

 

  1.  Залежність біометаногенезу від співвідношення хімічних речовин у субстраті

Біомаса метаноутворюючих бактерій складається з 54% водню, 20% кисню, 12% азоту, 2% фосфору і 1% сірки. Крім того, в біомасі містяться калій, натрій, кальцій, магній і ряд мікроелементів, найважливіші з яких кобальт, молібден та нікель. Для формування клітинної маси необхідні всі ці речовини. Співвідношення ХПК : N : Р має бути 700 : 5 : 1, співвідношення С : N - 20 : 1. Не можна допускати надлишку азоту. Рівень токсичності іонів аміаку для метаноутворюючих бактерій 1500 – 2000 мг/л; ціаніду (CN-) – 0,5 – 1,0 мг/л; калію, натрію і кальцію – 3000 – 6000 мг/л. Для підтримки співвідношення C : N на оптимальному рівні у виробничих умовах змішують гній з високим вмістом водню з відходами, у яких великий вміст азоту.

Інгібування метаногенезу викликають сульфіти, які при метановому бродінні сульфатвідновлюючі бактерії відновлюють до H2S. Метаногенез інгібується при концентрації сульфітів 100 – 159 мг/л.

При метаногенезі на 50% скорочується вміст розчинних солей важких металів при таких концентраціях іонів(мг/л): залізо – 1- 10; цинк – 10-4; кадмій – 10-7; мідь – 10-12 і 10-16 (для двовалентної форми).

Процес метаногенезу сповільнюється у присутності різних детергентів (при їх концентрації біля 15 мг/л), антибіотиків та інших речовин.

  1.  Вплив Еh та рН на біометаногенез

Метаногени строгі анаероби, і тому кисень для них є отрутою. Величина окисно-відновлювального потенціалу (Eh), при якому гальмується ріст метаногенів, рівна 330 мВ; оптимальна – 400 мВ. Короткочасна аерація метантенка, до речі, не призводить до загибелі метаногенів, оскільки супровідна факультативно аеробна мікрофлора утилізує кисень і через 1,5 – 2 доби метаногенез відновлюється. Але цього не можна допускати, тому що  технологічний процес метаногенезу все ж  призупиняється.

Суттєвий вплив на метаногенез має кислотність субстрату. Інтенсивне утворення метану відбувається  при рН 6,8 – 7,4; при рН нижчих від 6,8 і вищих від 7,4 метаболічна активність бактерій знижується. Зниження величини рН середовища („прокисання”) зв’язане з порушеннями швидкості утворення летючих жирних кислот (мурашиної, оцтової, особливо пропіонової, а також масляної) та дальшими їх перетвореннями, що закінчуються утворенням метану. Подібні дефекти виникають переважно завдяки збільшенню подачі в метантенк вуглеводнів, що легко ферментують, а також порушенню співвідношення вуглецю та азоту у субстраті.

Кількість газу, що отримується з одного моля кислоти в процесі бродіння, можна визначити за рівнянням Басвела:

,(7.7)

де n, а, b – число атомів вуглецю у відповідній кислоті при 30°С та нормальному тиску.

Зі збільшенням довжини вуглеводного ланцюга кислоти збільшується кількість отриманого газу. З одного грама мурашиної кислоти отримується 540 мл газу; з одного граму оцтової – 823 мл, з одного грама масляної – 1055 мл, з одного грама капронової – 1224 мл.

За швидкістю бродіння органічні кислоти упорядковуються за зростанням: пропіонова, капронова, валеріанова, мурашина, масляна, оцтова. Найбільш інтенсивно бродить оцтова кислота.

Висока швидкість утворення біогазу досягається при концентрації летючих карбонових кислот в межах 50 – 500 мг/л. Щоб не допускати збільшення кількості летючих кислот вище граничного рівня і одночасного пониження рН, додають вапно.

Підвищення рН середовища ( 8,5) зв’язане або з високою концентрацією азотовмісних органічних речовин у субстраті і утворення з них великої кількості амонію, або з наявністю в середовищі значних концентрацій лужноземельних металів.  Зазвичай при таких порушеннях припиняють завантаження у ферментер нових порцій сировини. Як наслідок, надлишок утворених кислот поступово конвертується у метан, рН середовища підвищується до оптимальних значень і процес продовжується. У деяких випадках зменшують об’єм завантаження реактора.

  1.  Залежність біометаногенезу від температури

Процес метаногенезу протікає у широкому діапазоні температур: 0 - 20°С – психрофільний режим, 20 - 40°С – мезофільний  і 40 - 60°С – термофільний температурний режими. Температура – один із суттєвих параметрів, які впливають на метаболічну активність та репродуктивну здатність  мікроорганізмів.

Перевагу здебільшого надають мезофільному режимові, оскільки при цьому досягається економія енергії.

Метанове бродіння – процес ендотермічний, який потребує постійного підігріву для підтримки температури ферментації. Метантенки і сировина переважно підігріваються за рахунок спалювання утвореного газу. На підтримання потрібної температури ферментації витрачають від 15 – 20% (мезофільний процес) до 30 – 50% (термофільний процес) утвореного біогазу. Тому  одним із важливих моментів експлуатації метантенків є їх надійна теплоізоляція.

Термофільна ферментація (при 50 - 57°С) відбувається інтенсивніше, ніж мезофільна, але процес є менш стабільним.

  1.  Тривалість біометаногенезу

Тривалість процесу ферментації біомаси у випадку природної метаногенної мікрофлори у мезофільному режимі не менше як 14 діб. В більшості випадків процес метаногенезу відбувається протягом 24 – 28 діб і більше. Тривалість переробки гною великої рогатої худоби становить два – чотири тижні. Для рідких випорожнень зі свинарників достатньо десятиденного бродіння. Переробка посліду домашньої птиці займає біля 20 днів. В цілому, з точки зору дезинфекції залишку від бродіння, достатньо двотижневої переробки при температурі 35°С, щоб знищити всі патогенні ентеробактерії та ентеровіруси, а також 90% популяції Ascaris Lumbricoides та Ancylostoma (найпростіші).

Процес ферментації можна прискорити, додаючи у метантенк посівний матеріал спеціально селекціонованої мікрофлори. Зі збродженого мулу метантенка станції аерації м. Києва виділяли термофільну целюлозолітичну культуру Clostridium thermocellum шт. 5 СТ та термофільну метаногенну культуру Methanosarcina sp. шт. 13 М. Добавка цих культур підвищувала ефективність мікробної конверсії сільськогосподарських відходів у біогаз.

Шляхом використання посівного матеріалу з мулу та осаду від крафт-процесу досягалося протікання метаногенезу за 8-24 дні.

  1.  Інтенсифікація метаногенезу

Інтенсифікувати метанове бродіння можна, знижуючи швидкість подачі субстрату, підлужуючи середовище хімічними речовинами, розбавляючи стоки водою, видаляючи токсичні сполуки шляхом попередньої обробки стоків.

Інтенсифікувати процес можна також, розділяючи його на дві стадії: попередню – в якій в окремому апараті реалізується гідроліз субстратів, і основну – власне метаногенез. Це дозволяє локалізувати специфічну для кожної стадії мікрофлору та забезпечити найбільш сприятливі умови для розвитку кожної групи мікроорганізмів: у першій – переважно гідролітичну та ацетогенну, у другій – головним чином метаногени. Встановлено, що метаногени люблять закріплюватись на твердих поверхнях, тому в метантенку потрібно поміщати спеціальні засоби (щітки, гранули, волокна) для фіксації мікрофлори.

  1.  Склад та конструкції біогазових установок

Біогазова установка (БГУ), див. рис.3, в загальному вигляді являє собою комплект обладнання, у який включають: ємність для накопичування біомаси, ферментер або реактор (камеру для бродіння – метантенк), резервуар або газгольдер (газозбірник). Виробництво біогазу забезпечується  анаеробною ферментацією біомаси (субстрату) рослинного чи тваринного походження або стоків різних виробництв харчової та целюлозопереробної промисловості.

В БГУ також входить допоміжне обладнання: системи підігріву та перемішування, трубопроводи, насоси та газові компресори, центрифуги, контрольно - вимірювальна апаратура та засоби автоматизації.

Субстрат може  подаватися до БГУ безперервно (проточна система) або через визначені проміжки часу. При цьому об’єм поступаючої та перебродженої біомас повинен бути однаковим. При такій технологічній схемі забезпечується найбільша продуктивність БГУ.

Періодична або циклічна система використання реакторів, яких на установці повинно бути два або більше, передбачає поступове заповнення їх свіжим субстратом. Обов’язковим є неповне звільнення реактора від перебродженого субстрату, що тут відіграє роль закваски. Через декілька діб після заповнення бродильної камери починається метаногенез, інтенсивність якого після досягнення максиму знижується. Для безперебійного та рівномірного забезпечення споживача біогазом при такій схемі роботи БГУ необхідно об’єднати декілька реакторів у блок.

При періодичній системі бродильні камери використовується менш ефективно, ніж при системі неперервного режиму роботи реактора. Періодичність заповнення реактора потребує будівництво сховища для біомаси. Щоб уникнути попадання повітря під час вивантаження субстрату, реактор необхідно заповнювати біогазом з допоміжних ємностей.

У найпростіших реакторах першого покоління всі процеси протікали в одній ємності без поділу на стадії або фази, бактеріальні клітини були у завислому стані і в міру розмноження видалялися разом із перебродженою масою. Важливою умовою нормального функціонування таких реакторів була необхідність підтримувати рівномірність швидкостей розмноження бактерій і подачі сировини у реактор, за умови, що концентрація органічної речовини в сировині не менша від 2%. При менших концентраціях органічної речовини густина бактеріальних клітин різко зменшується, а процес практично зупиняється.

Цей недолік усунули в реакторах другого покоління, в яких бактерії з потрібною густиною знаходяться в іммобілізованому стані. В таких реакторах можна зброджувати субстрати з низьким вмістом органічних речовин (0,5% за сухою речовиною) при високій швидкості його пропускання через реактор (такі реактори часто називають „анаеробними фільтрами”). Носієм бактерій у таких системах використовують гальку, керамічні, поліхлорвінілові, поліуретанові кільця або скловолокно.

Втілюються технології, що ґрунтуються на розділені процесу метанового бродіння на фази: кислотну та метанову. Двофазний процес здійснюється у двох реакторах, що з’єднані послідовно. Швидкість подачі сировини та об’єм реакторів розраховані так, щоб у першому протікала тільки стадія утворення кислот, значення рН середовища не повинно перевищувати 6,5. Ця бражка подається у другий реактор, в якому з великою швидкістю протікає безпосередньо утворення метану. Двофазний процес дозволяє збільшити загальну швидкість метаногенезу у два-три рази. Інколи на практиці, при використанні двофазного процесу, з метою додаткової генерації товарного біогазу процес бродіння в першому ферментері роблять при 35 - 37°С, а у другому – при 55°С. При нормальних умовах ферментації на кожну тонну збродженої  речовини утворюється до 300 – 600 м3  біогазу.

Система, при котрій ферментаційна камера одночасно відіграє роль реактора та ємності для тимчасового зберігання шламу (твердий залишок після бродіння), називається акумулятивною або басейновою. Прикладів впровадження такої системи у виробництво мало.

Бродильні камери або реактори – це основні частини БГУ. Рентабельність біогазового виробництва значною мірою залежить від конструктивних особливостей бродильної камери. В діючих БГУ перевагу мають реактори овальної і циліндричної форми. В таких реакторах з найменшими затратами можна перемішувати субстрат, вивантажувати шлам, видаляти біогаз і руйнувати тверду кірку, яка наростає на субстраті і обмежує вихід біогазу. В реакторах циліндричної форми умови для перемішування субстрату гірші, ніж у реакторах овальної форми. Надаючи реактору циліндричної форми похило-горизонтальне положення, можна зручніше розмістити обладнання для перемішування та створити кращі умови для видалення шламу.

При виготовленні реакторів використовують бетон, залізобетон, стальний лист, склопластик. Еластичні реактори виготовляють з використанням прогумованого матеріалу або пластику, надаючи їм овальної форми. Реактори заглиблюють у ґрунт, а при розміщенні на поверхні огороджують жорсткими конструкціями.

У всіх випадках бродильна камера повинна бути абсолютно герметична, володіти теплоізоляцією та корозійною стійкістю. У бродильній камері повинна підтримуватися стала температура, для чого там встановлюють нагрівні установки. З цією метою використовують тепло видаленого з реактора шламу і підігрів, на що іде до 30% енергії біогазу. Відомо декілька технічних рішень нагрівальних приладів, які використовуються в БГУ.

Крім цього в біотенку необхідно періодично знищувати тверду кірку, яка утворюється на поверхні субстрату. Щоб уникнути її утворення необхідне перемішування субстрату. Для перемішування біомаси у бродильних камерах встановлюють механічні і гідравлічні пристрої. З цією метою використовують інколи отриманий біогаз, який подають у реактор компресором. Швидкість перемішування субстрату не повинна перевищувати 0,5 м/с. При більших швидкостях можуть розриватися оболонки мікробних клітин і процес метаногенезу суттєво сповільнюється.

7.6. Оптимізація роботи БГУ

Оптимізація роботи БГУ потребує інформації про хімічний склад біомаси та про її кількість протягом дня і року. Від однієї корови масою 500 кг за добу з гноєм отримують 4,8 кг сухої органічної речовини, з якої дістають 1,0 – 2,4 м3 біогазу. Еквівалентний об’єм біогазу отримують від дев’яти свиней  на відгодівлі (масою 60 кг) або від п’яти свиноматок.

Для оптимізації роботи БГУ при виробництві біогазу необхідно також враховувати весь комплекс фізичних і хімічних факторів, про які згадувалося вище.

Оптимізація роботи БГУ включає і визначення мети використання біогазу та шламу, котрий може використовуватись як високоякісне добриво завдяки присутності калію і фосфору та інших поживних речовин, що знаходяться у доступній для рослин формі і співвідношенні. Оскільки шлам не має неприємного запаху, його внесення у ґрунт доцільне також з екологічної точки зору. Шлам може використовуватись для виробництва цінних біологічно активних речовин, які застосовуються у медицині та сільському господарстві, в т.ч.  як добавка до корму КРХ і птиці.

Діоксид вуглецю, який входить до складу біогазу, можна використовувати як консервант кормів або для підвищення ефективності фотосинтезу в теплицях. Надосадкова рідина, що залишається після бродіння, не має неприємного запаху, кількість органічних речовин на 80% менша, а біологічна потреба  кисню на 80% нижча, ніж до анаеробної ферментації. За санітарно-гігієнічними показниками надосадкову рідину можна зливати у каналізаційну мережу або водойми. Але для безвідходного виробництва і підвищення рентабельності БГУ, надосадкову рідину доцільно використовувати для вирощування гідробіонтів, які потім можна додавати у раціон сільськогосподарських тварин або використовувати їх біомасу для виробництва біогазу.

  1.  Використання біотехнології виробництва біогазу

Виробництво біогазу можна розглядати з екологічної точки зору як безвідходний процес, що дозволяє переробляти тверді і рідкі органічні відходи.

  1.  Анаеробні системи очистки стоків

Для очистки стічних вод, при утилізації відходів тваринних ферм, виробництві кормового вітаміну В12, стоків пивоварного виробництва, міських стоків та у інших випадках, використовують метанове бродіння, див. табл. 5.

Для анаеробного бродіння стоків застосовують біореактори великих об’ємів, виготовлених з металу або залізобетону у вигляді вертикальних або горизонтальних циліндрів чи прямокутних резервуарів.

У різних країнах використовується багато великих біогазових установок для очистки стоків промислових підприємств та відходів ферм. Метанове бродіння традиційно застосовують при очистці міських стоків, для утилізації активного мулу після аеробної ферментації, див. рис. 4. Фінська фірма „Тампелла” запропонувала систему очистки стоків харчових та паперових заводів (рис. 5). Біореактор „Таман” сконструйований з можливістю реалізації двостадійного процесу (кисла та метаногенна стадії), причому на метаногенній стадії застосовується гранульований шлам. Інтенсифікація метаноутворення досягається в результаті використання у другій стадії шламу, отриманого в першій, і великої концентрації метаноутворюючих бактерій. Обидві зони можуть бути розміщені в одному вертикальному циліндрі, що розділений горизонтальною перегородкою на верхню об’ємом 300 м3 та нижню – 350 м3 зони.

Таблиця 5.

 Види біореакторів та біотехнологічних систем.

Біореактор

Принцип дії та конструкція

Схема

Традиційний біореактор для метанового бродіння

Герметичні металеві або залізобетонні ємності у вигляді вертикальних циліндрів. Повільне пере- мішування газом або механічним способом. Повна заміна субстракта на протязі 10–20 діб

Контактний біореактор

Апарат повного перемі- шування, з відстійником (сеператором біомаси, яка повертається у біоре- актор). Повна заміна суб- страту протягом 5–15 діб

Біореактор „киплячого” шару

Вертикальний циліндр; стоки подаються знизу зі швидкістю, що забезпе- чує утворення киплячого шару носія (наприклад, піску) з біомасою

Анаеробний фільтр

Вертикальний циліндр з насадкою з твердого по- ристого носія, до якого прикріплюється анаероб- на мікрофлора. Стоки подаються і проходять через шар насадки.

Біореактор з шаром біомаси (активного мулу)

Сточні води рівномірно розподіляються по пло-щині нижньої частини реактора і спрямовуються вверх зі швидкістю, що забезпечує утворення гра нул біомаси у вигляді розпушеного шару, у вер- хній частині знаходиться пристрій для розділення твердої, рідкої та газопо- дібної фаз

Двоступеневий біореактор

Ферментаційний простір розділений на дві части- ни: у першій реалізується процес біодеградації суб- страту та кислотоутво- рення, а у другій – мета-ногенез

7.7. 2.  Використання біотехнології для виробництва біомаси гідробіонтів

У Московському університеті в 1980 р. була створена експериментальна біосолярна установка для виробництва біогазу з біомаси мікроводоростей. Конструкцією системи передбачена рециркуляція всіх біогенних компонент, див. рис. 7. Фотосинтетичний блок біосолярної установки, площею 30 м3, забезпечує отримання біомаси хлорели, яка після концентрування та гомогенізації з метою руйнування клітинних структур подається до бродильної камери, де відбувається анаеробна ферментація біомаси і утворення біогазу.

Подібні установки можна використовувати для виробництва біогазу і цінного добрива з водоростей, які забруднюють поверхню штучних водосховищ, таких, наприклад, як Київське, Канівське та Кременчуцьке.

  1.   Метанове бродіння відходів

Метанове бродіння з метою отримання біогазу широко застосовується для деструкції відходів свиноферм, ферм з вирощування великої рогатої худоби, сміття міських звалищ. У Латвії в господарстві „Огре” за часів СРСР виконувалися роботи з метанового бродіння відходів свиноферми з поголів’ям 2500 голів у двох горизонтальних біореакторах з об’ємами 75 м3. Режим роботи термофільний (54° С), середньодобова заміна субстрату в біореакторі 20%. Гнійні стоки завантажують у ємність для свіжого гною, а потім насосом – у ємність для попереднього підігріву і перекачують у біореактор. Біогаз збирається у верхній частині біореактора і в газгольдері, а звідти трубопроводом подається у котел для спалювання  інжекційними горілками низького тиску. Підігріта в котлі тепла вода поступає в бойлер, а звідти - частина для обігріву приміщення для тварин. Зброджений субстрат (шлам) витісняється з біореактора і вивозиться для удобрювання полів. Середній склад рідкого добрива (в %): сухої речовини – 1,0 – 5,0; органічної речовини – 0,25 – 4,2: фосфору – 0,05 – 0,7; азоту – 0,31 – 1,14; рН - 6,5 – 8,3. Доведено експериментально високу якість такого добрива, особливо для поливу полів з багаторічними травами. Урожай зеленої маси при цьому збільшується у два рази. Досвід роботи цієї установки показав перспективність термофільного метанового зброджування відходів ферм як економічно, так і екологічно виправданого способу знезараження гною. До 50% енергії, отриманої від біогазу, можна використовувати у технологічному циклі  тваринницьких комплексів, решта витрачається на підтримку процесу.

На великих тваринницьких комплексах переферментований гній фракціонують. Рідку фракцію доцільно додатково обробляти і рециркулювати, а тверду – використовувати як високоякісне органічне добриво.

Своєрідними компостами є міські звалища. Товщина шару сміття на міських звалищах інколи досягає 10 – 20 м. В міських відходах містяться різні органічні речовини, а вологість коливається від 20 до 50%, тому у масі відходів протікають спочатку аеробні, а потім анаеробні процеси. Умовно мікробіологічні процеси, які відбуваються на звалищах, можна розділити на чотири етапи, які відрізняються газовим складом, див. рис. 7. Спочатку між частинками сміття знаходиться повітря, яке містить біля 20% кисню. Через деякий час воно поглинається мікрофлорою і починається діяльність анаеробної мікрофлори, яка не генерує метан. Метаногени розвиваються дещо пізніше. В залежності від місцевих умов, через декілька місяців або років наступає стабільне метанове бродіння і у газі, що виділяється з товщі звалища, міститься 50 - 55% СН4, біля 40% СО2  і  5% N2. Для отримання біогазу на великих звалищах на різній глибині монтують перфоровані труби, через які відкачують газ.

В Данії провели дослідження міських звалищ і дійшли до висновку, що 45 з них придатні для отримання біогазу. На цих звалищах біля 38 млн. тонн сміття, і біогаз може утворюватись протягом 25 років. В Іспанії на великому продуктовому ринку в м. Барселоні створені експериментальні установки з переробки відходів ринку у біогаз. Доведена висока рентабельність такої переробки. Вихід метану становить ~ 0,478 м3 СН4 / кг сухої маси летючих компонентів.

7.7.4. Застосування БГУ  в різних країнах

Конференція ООН з науки і техніки для країн, що розвиваються, і експерти Економічної і Соціальної комісії з країн Азії і Тихого океану підкреслюють переваги інтегроваих сільськогосподарських програм у яких використовують біогаз. Такі програми скеровані на розробку харчових культур, а також на виробництво білка з культур водоростей, створення рибних ферм, переробку відходів і перетворення різних викидів у добрива і енергію у формі метану. Більше ніж 38% від 95-мільйонного поголів’я ВРХ  у світі, 72%  залишків цукрової тростини і 95% відходів бананів, кави і цитрусових припадає на країн, що розвиваються, де зосереджені великі кількості сировини для метанового бродіння.

На сьогодні широке розповсюдження отримали БГУ у сільських районах Індії. Тут робляться фундаментальні і прикладні дослідження у Дослідному центрі біохімічної інженерії в Індійському технологічному інституті. Програма „Гобар-газ” (агентство з розвитку і популяризації) забезпечує виробників біогазу технічною допомогою і розподіляє фонди для створення БГУ, які працюють на гної від трьох-чотирьох голів ВРХ з тим, щоб задовольнити потребу  енергії для однієї сім’ї.

На Кубі застосовують метанове бродіння для  утилізації відходів ВРХ і отримання біогазу.

Християнські сім’ї в Китаї широко використовують невеликі БГУ з метою отримання біогазу для приготування їжі. Відходи процесу використовуються як високоякісне добриво.

На Філіппінах в Майа-Фармсі, недалеко від Маніли, побудований комплекс з 48 одиниць для виробництва біогазу, в якому використовується гній від 15000 свиней. Газ забезпечує енергією бар, фабрику з переробки м’яса і консервний завод. На біогазі працюють насоси і дизельні генератори, які постачають ферму водою і електроенергією. У шламі міститься у високій концентрації вітамін В12, який застосовують як  кормову добавку для свиней.

В Ізраїлі з 1974 р. виробництвом біогазу займається „Асоціація кібуци індастріз” (КІА). Там зроблені фундаментальні дослідження процесу метаногенезу при активній участі декількох університетів і дослідних інститутів під патронатом Міністерства енергетики.

Останніми роками в країнах Західної Європи зростає цікавість до метанового бродіння. Франція, наприклад, колись відмовилася від експлуатації майже 2000 традиційних установок, що працювали ще з часів другої світової війни. Однак, сьогодні процесом знову зацікавились. Завдяки дослідженням, виконаним Дослідницьким інститутом прикладної хімії (ІРСНА), Національним інститутом агрономічних досліджень (ІNРА) та ін., процес отримання біогазу вдалося удосконалити і розширити область застосування. Французький Комісаріат з сонячної енергії (COMES) ще у 1981 р. розпочав випуск БГУ (дайджестерів) та їх розповсюдження у сільських районах.

Широке розповсюдження БГУ отримали в Німеччині. Установки „Ліпп”, „Райки”, „МББ”, „БІМА”, створенні у ФРН, складаються з двокамерного метантенка і двокамерного газгольдера, що дає можливість використовувати двоступеневий процес бродіння біомаси.

У Фінляндії використовуються швидкодіючі дайджестери (8 – 24 дні), що використовують муніципальний мул і осад від крафт-процесу.

В Іспанії біогаз отримують з харчових відходів ринку.

У країнах Європи кількість діючих БГУ приблизно такі: Швейцарія - 100,  Франція - 60, Великобританія - 50. В Японії працює біля 10 БГУ. Ґрунтовно підготовлена програма виробництва біогазу реалізується у США. Розрахункові дані свідчать про те, що з відходів, які виробляються сільським господарством США, при їх трансформації у біогаз можна виробляти стільки енергії, що можна повністю задовольнити потребу цієї галузі. Там створені великі установки, виробничі потужності яких можуть щоденно переробляти у замкнутому технологічному циклі 500 т і більше гною з щоденним виходом біогазу 43,2 – 73 тис. м3. У США широкий розвиток отримало виробництво біогазу при переробці міського твердого сміття. Наприклад, у передмісті Нью-Йорка діє станція, яка виробляє на рік 100 млн. м3 біогазу.

БГУ установки використовують у Болгарії і Чехії.

В колишньому СРСР роботи з виробництва біогазу виконувалися Інститутом мікробіології ім. А. Кирхенштейна у Латвії, Інститутом біохімії ім. А.Н. Баха і Московським університетом.

В Україні роботи з виробництва біогазу виконувалися у 1985р. під патронатом Міністерства сільського господарства. У колгоспі „Світанок” Запорізької області була побудована експериментальна БГУ.

  1.  Економічні аспекти біогазової технології

Величина капіталовкладень у БГУ залежить від її комплектації. Якщо в комплект входить генератор електроенергії, то вартість збільшується на 30 – 70%. Досвід експлуатації біогазових установок у Європі довів переваги трансформації енергії біогазу в електричну. Питома вартість 1 м3 корисного об’єму реактора знижується при збільшенні об’єму апарата і стабілізується при об’ємі 100 м3. У країнах ЄЕС питома вартість установки в розрахунку на 1 м3 не перевищує 300 – 400 євро. Чимале значення має система біореактора і принцип його роботи. Був зроблений порівняльний аналіз продуктивності і вартості обладнання для трьох систем:

  1.  Анаеробний процес в одному реакторі (французька система).
  2.  Механічне перемішування і рециркуляція біомаси.
  3.  Проточна система з флокуляцією біомаси без носія.

Дані, отримані при метановому бродінні стічних вод цукрового виробництва показані у табл. 4.

Таблиця 4.

Виробництво і вартість біореакторів різних систем.

№ п/п

Система

Продуктивність

м3/ 3. доб.)

Вартість 1 м3 біореактора у євро

1

Анаеробний процес в одному реакторі

0.88

248

2

З механічним  перемішуванням і рециркуляцією біомаси

0.64

436

3

Проточна система з флокуляцією біомаси

5.4

2159

Зроблено висновок, що економічно виправдані лише біогазові установки, які забезпечують продуктивність не нижче 1 м3/(м3∙ добу) і мають питомі капіталовкладення не більше 300 – 400 євро за 1 м3 біореактора.

Рентабельність БГУ багато в чому залежить від конкретних умов, вмілого проектування і експлуатації установки.

Позитивним фактором при оцінюванні економіки метанового зброджування сільськогосподарських відходів є використання рідких відходів після ферментації як корму для риби та інших тварин.

Біологічна очистка комунальних і промислових стоків повинна стати обов’язковою умовою більш - менш значного господарства.

7.9.  Висновки

Виробництво біогазу шляхом метанового бродіння відходів – одне з можливих вирішень енергетичних і екологічних проблем у сільських районах.

Щоб забезпечити великомасштабний розвиток і економічну ефективність установок з виробництва біогазу, необхідно вирішити ряд біохімічних, мікробіологічних, соціальних та технічних проблем. Удосконалення стосуються таких моментів:

  •  скорочення числа стальних елементів в обладнанні;
  •  створення обладнання з оптимізованою конструкцією;
  •  розробка ефективних нагрівачів;
  •  нагрівання БГУ сонячною енергією;
  •  об’єднання систем виробництва біогазу з іншими нетрадиційними джерелами енергії;
  •  конструювання великомасштабних виробничих одиниць для сільського господарства і міст;
  •  оптимальне використання відходів;
  •  удосконалення процесів бродіння і початкової деградації відходів шляхом створення активних метаногенних штамів бактерій з використанням методів генної інженерії.

Переваги отримання біогазу очевидні, оскільки процес метаногенезу задовольняє потребу в енергії, цінному органічному добриві і сприяє охороні навколишнього середовища.

7.10. Питання для самоконтролю

1. Що таке біогаз? За яких умов він утворюється? Який його склад? Яка теплотворна здатність одного м3 біогазу?

2. Що є сировиною для отримання біогазу? Яка кількість біогазу утворюється з відповідної сировини, останню вважати сухою?

3. Опишіть основні стадії утворення біогазу та вкажіть речовини, що виникають на кожній стадії.

4. Опишіть етапи дозрівання метанового біоценозу.

5. Як залежить інтенсивність утворення біогазу від в’язкості субстрату та розміру твердих фракцій у ньому?

6. Опишіть вплив хімічних речовин на інтенсивність біометаногенезу.

7. Як впливають величини Еh та рН на біометаногенез?

8. Перерахуйте температурні режими біометаногенезу. Чи потрібен підігрів реактора? Яким чином забезпечується такий підігрів?

9. Від чого залежить тривалість біометаногенезу?  Скільки він триває?

10. Опишіть способи інтенсифікації процесу метаноутворення.

11. Опишіть, з яких основних частин складається установка для виробництва біогазу та яке їх функціональне призначення?

12. Охарактеризуйте способи оптимізації роботи біогазових установок.

13. Перерахуйте і коротко опишіть можливі галузі можливого використання технології  біометаногенезу.

14.  Дайте приклади застосування біогазової технології у різних країнах та вкажіть призначення установок.

15. Проаналізуйте економічні аспекти використання  біогазової технології та вкажіть, за яких умов застосування біогазових установок стає рентабельним?

7.11.  Рекомендована література

1. Анализ технологических и технических систем БГУ. ОН. Состояние и развитие БГУ. – М.: Госагропром СССР, 1986. - 33с.

  1.  Баков Б. Производство биогаза – способ утилизации и обезвреживания навоза в промышленных животноводческих комплексах // Межд. с/х журнал. – 1983. - № 1. – С. 64 – 68.
  2.  Бекер М.Е., Лиепиниш Т.К., Райпулис Е.П. Биотехнология, М.: Агропромиздат, 1990. – С. 334.
  3.  Бонч-Осмоловская Е.А. Образование метана сообществами м/о.// Успехи микробиологии. – М., 1979. – Т. 14.
  4.  Варфаломеев С.Д. Конверсия енергии биокаталитическими системами. М., 1981.
  5.  Велез Д. Производство и использование биогаза на с/х предприятиях // Междунар. с/х журнал. – 1984. - № 5. – С. 79 – 83.
  6.  Герасименко В.Г. Биотехнология. Киев, «Вища школа», 1989. – С. 343.
  7.  Герасименко В.Т. Біотехнологічний словник. Київ, „Вища школа”, 1991. – С. 166.
  8.  Готтшалк Г. Метаболизм бактерий. М., 1982.
  9.  Кантере В.М. Теоретические основы технологии м/б производств. М.: «Агропромиздат», 1990. – С.270.
  10.  Карненко В.И. и др. Культивирование метаногенных и целлюлозолитических м/о на отходах с/х с целью получения енергоносителей. Тез. докл. междунар. конф. Загрязнение окружающей среды. Пермь, 1993. – С. 61 – 62.
  11.   Ковалёв А.А., Гриднев П.И. Перспективы применения анаэробного сбраживания переработки навоза // Механизация и електрификация с/х, 1985. - №11. – С.6 – 8.
  12.  Кондратьев Е.Н., Гоготов И.Н. Молекулярный водород в метаноболизме м/о. М., 1981.
  13.  Кондратьева Е.Н. Хемолитотрофы и метилотрофы.. М., 1983.
  14.  Мельник Р.А. и др. Повышение эфективности анаэробной переработки навоза // Механизация и електрификация с/х, 1985. - № 11. – С. 6 – 8.
  15.  Основные предпосылки и условия процеса метанообразования // Переработка навоза в биогаз / ВНИИТЭИСХ, М., 1981. – С. 7 – 12.
  16.  Основы проектирования предприятий м/б промышленности. М., Агропромиздат, 1990. – С. 302.
  17.  Промышленная м/б, М.: «Высшая школа», 1989. – С. 688.
  18.  Процессы и аппараты для м/б производств. «Биотехника – 89». Тез. докл. Всес. конф. М., 1989.
  19.  Процессы и аппараты химико-фармацевтических и м/б производств. Обзорная информация / М-во мед. пром-ти СССР. НПО «Медбиоэкономика»,  ВНИИ систем. управл., економ. исслед. и научно-технич. информац. М., 1991.
  20.  Сассон А. Биотехнология: свершения и надежды. М.: «Мир», 1987. – С. 411.
  21.  Чан Динь Тоай и др. Биогенез метана // Итоги науки и техники. Сер. Биотехнология, М., 1983.
  22.  Bala B. K. et al / Utilization pattern of animal draft power and cow dung in Bangladesh // Biaresour. Technol. - 1992 – 41. 1, c. 1 – 8.
  23.  Barnett A. et al. //Biagas Technolagy in the Third World. A multidisciplinary Review, Ottawa, International Development Researh Center, pp. 132, 1978.
  24.  Biogas Utilization and Comprehensive Development in China. Paper submitted to ESCAP // UNER Seminar an Envirament and Development, Bangkok, 14 – 19 August 1979, Government of China, pp. 8.
  25.  Chartier P., Meriaux S., Rtcherche, 11, 113, 766 – 776 (1980).
  26.  Daniels L. et al. The bioenergetics of methanogenesis // Biachem. Biophys. Act, 1984, p. 768.
  27.  Da Silva E. J. Ambio (Stochholm), 9, 1, 2 – 9 (1980).
  28.  Evans W. C.// Nature, 270, 5632, 17 – 22 (1977).
  29.  Hernaudez E. Saucher, Rodrighez X. // Treatment of setlled cattle wastewaters by dowmflow anaerobic filter // Bioresour. Technol. – 1992 – 40, 1 – c. 77 – 79.
  30.  Loll V. Aspects praqtiques de la methanogenese. In: L. Bobichon, G. Durand, Utilization industriell du carbone d’origin vegetabl par voil microbienne. Callaque de la Sectian de microbiologic industrielle de la Societte Francaise de Microbiologic, pp. 135 – 137, Tolouse, 9 – 10 March, 1978.
  31.  Mata Alvarez Joan et al.  Anaerobic digestion of the Barcelona Central faod market organic wostes: Experimental Study // Biaresaur. Technal. – 1992 – 39, 1, p. 39 – 48.
  32.  Mata Alvares Joan et al. Barcelona Central faod market organic wastes. Plant design and feasibility study // Bioresour. Technal. – 1992 – 42. 1 – p. 33 – 42.
  33.  Mantalva S. J. Almeida M. P.  Anaerobic process af soluble wastes with ectivated carbon. // Biatechnal. Lett. – 1992 – 14, 11, p. 1083 – 1098.
  34.  Petrozzi S. at al. Determing Specific biomass activity in anaerobic wastewater treotment processes // Bioprocess Eng. – 1992, 8, 1 - 2, p. 55 – 60.
  35.  Puhakka Jaakko A. et al. Anaerobic treatment of craft pulp-mill waste actsvated – sludge: Gas productian and salids reductian // Bioresour. Technol. 1992 – 39, 1, p. 61 – 68.
  36.  Schelegel H.G. Theoreticol aspects af methanagenesis.
  37.  Smil V. China’s Emergy: Achievements, Problems, Prospects. N. Y., Praeger, p. 246, 1976.
  38.  Thery D. Nanvelles de l’ecoduvelappement (Paris, Center International de Recherche sur l’Environment et la le Develappment), Suppl. To MSU Infarmatians, Maison des Sciences de l’Hamme, 18, 21 – 52, September, 1981.
  39.  UNEP, 1981, Biagas Fertilizer System. Techn. Rep. on o training Seminar in China, Nairobi, UNEP Programme, UNEP Rep. and Proc. Ser., 2, pp. 86, 1981.
  40.  Van Buren E.// Ambio (Stockholm), 9, 1, 10 – 15 (1980).
  41.  Viswanath Prema at al. Anaerobic digestion of fruit and vegetable processing wastes far biagas productian // Biaresour. Technol. – 1992, 40, 1, p. 43 – 48.
  42.  Шарабара И. Д. Состояние и перспективы развития биогазовых установок. ОИ / ЦНИТЭИ, Госагропрома  СССР.  - М., 1986, 39 с.    

                              


Речовини клітин

МФметилфуран

Н4МП5,6,7,8 – тетрагідрометанптерин

КоМкофермент М

КоАкофермент А

Рис.1. Схема утворення метану з СО2 та інших з’єднань

Рис.2. Передбачувана схема відновлення                              СО2 у метан метаногенами.

Рис. 3. Схема біогазової установки.

Біогаз

Рециркуляція біогазу

Верхній шар

токи

Рециркуляція субстрату

Зброджений

субстрат

Рис. 4. Схема установки для метанового бродіння мулу, отриманого в очисних спорудах міських стоків: 1 – відстійник; 2 – метантенк; 3 – теплообмінник; 4 – пристрої для очистки біогазу; 5 – парогенератори.

Стічна

вода

Видалення

Н2О2

Нейтра-

лізація

Біогаз у котел

Надлишковий мул

Очищена вода

Осад в котел з киплячим шаром

Ріка

Рис. 5. Анаеробний двоступеневий процес „Таман” з  подальшою анаеробною доочисткою стоків паперового заводу:

1 – ємність для розбавлення стоків; 2 – первинний відстійник-пастка; 3 – метантенк для кислого бродіння (І ступінь); 4 – метантенк для метаногенезу (ІІ ступінь); 6 – стрічковий фільтрпрес; 7 – аераційний став.

Сонячне світло

Повітря

Рис. 6. Бісолярна установка (за В. В. Алексєєвим та М.Я. Ляміним, 1985):

1 – фотосинтетичний блок; 2 – відстійник; 3 – декомпресор; 4 – бродильна камера (метантенк); 5 – регенератор; 6 – концентратор СО2; 7 – сепаратор.

I

II

III

IV

100

0

50

1

2

3

4

Склад газу, %

Рис.7. Динаміка утворення газів на звалищах у массі сміття:

1 – метан; 2 – діоксид вуглецю; 3 – азот (газ);

4 – кисень. Фази: І – аеробна; ІІ – анаеробна, що не утворює метан; ІІІ – наростаюча анаеробна, метаноутворююча; ІV – стаціонарна анаеробна, метаноутворююча.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

81596. Контроль сформованості граматичних навичок англійської мови учнів початкової школи за допомогою комп’ютерних технологій 264.5 KB
  Мета роботи полягає в розробці та оптимізації серії вправ з контролю сформованості граматичних навичок за допомогою комп’ютерних технологій. Для досягнення поставленої мети передбачається вирішити наступні задачі: виявлення психологічних особливостей молодших школярів, які необхідно враховувати...
81597. Русская военая проза и ее литературные традиции 362 KB
  Предметом нашего научного исследования являются: специфика авторского восприятия войны в том числе локальной образ современного молодого человека на войне классификация военной прозы и литературные традиции в военной прозе конца XX начала XXI вв.
81598. Визуализация семантического анализа текстов 4.68 MB
  Основная часть ранних работ в области представления знаний, то есть науки о том, как преобразовать знания в такую форму, с которой может легко оперировать компьютер, была привязана к языку и подпитывалась исследованиями в области лингвистики, которые, в свою очередь, основывались на...
81599. Оценка защищённости практической квантово-криптографической системы на основе волоконно-оптических линий связи от несанкционированного доступа 350 KB
  В данной работе исследуется новая стратегия несанкционированного доступа к квантово-криптографическим системам, исключающая необходимость прямого взаимодействия с передаваемыми квантовыми состояниями.
81600. Создание метода сравнения изображений, обеспечиющего правильные результаты для любого монитора 796.5 KB
  Изображения приходится сравнивать в системах распознавания образов. Это может потребоваться при обработке запросов к базам данных содержащим изображения при синтезе изображений по геометрической модели так называемый рендеринг для автоматического управления этим процессом.
81601. Организация взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей 4.71 MB
  Данная дипломная работа заключается в организации взаимодействия трехмерного редактора и визуализатора на основе трассировки лучей путем добавления в визуализатор возможности импорта информации о трехмерной сцене из XML-файлов и написания программы-модуля для трехмерного редактора...
81602. Исследование характеристик позиционно чувствительного нейтронного детектора на пучках релятивистских протонов 5.41 MB
  В работе описан созданный для эксперимента FLINT позиционно чувствительный детектор. FLINT – эксперимент о поиску флуктон-флуктонного взаимодействия проводимый с 2006 года по настоящее время в ИТЭФ. Основной задачей эксперимента является изучение плотной холодной ядерной материи.
81603. Разработка проекта реконструкции системы электроснабжения промышленного предприятия (Улан-Удэнский авиационный завод) 12.39 MB
  В данном дипломном проекте решаются различные вопросы такие как: определение токов короткого замыкания расчет релейной защиты и автоматики определяются потери мощности и электроэнергии рассматриваются показатели качества электрической энергии.
81604. Основные и второстепенные способы номинации современных русских жаргонов НМО 533 KB
  Кроме того, на протяжении нескольких лет автор работы является непосредственным носителем жаргона одного из неформальных молодёжных объединений. Многие из тех, кто составляет его близкое окружение, также являются так называемыми «неформалами» разных направлений.