УДК 620.95


ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСУ ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ВИХОДУ БІОГАЗУ З ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ


Ополінський І.О., Дичко А. О.

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»,

м. Київ, Україна


Потенціал біоенергетики становить 60% відновлювальних джерел енергії в Україні. Найбільш значними запасами біомаси в Україні є: солома, гній, вторинні відходи, деревина [1].

Застосування сучасних анаеробних реакторів для зброджування відходів дозволить вирішити відразу кілька проблем: зменшення викидів парникових газів, зменшення кількості відходів, зниження споживання покупного газу (за рахунок використання на підприємстві біогазу, що утворюється).

У результаті життєдіяльності біоценозу метантенка відбувається зниження концентрації органічних речовин і утворення біогазу, що є екологічно чистим паливом. Для отримання біогазу можуть використовуватися стічні води міст, стоки переробних підприємств, що містять цукор, побутові відходи, спиртних заводів, відходи сільського господарства і т.д.

Перевагами анаеробного методу є низька енерговитратність, високі навантаження, одержання метану як енергоносія, утворення невеликої кількості збродженого осаду, що може бути використаний у якості добрива, невеликі площі для споруд [2].

Відходи позбавляються неприємних запахів і придатні для безпосереднього внесення в ґрунт. Таким чином вирішується проблема необхідності утилізації відходів.

Недоліками сучасних технологій біоенергетичної утилізації відходів при анаеробних умовах у метантенках є: неефективний процес біотрансформації відходів у біогаз, низький рівень метану у біогазі, велика тривалість бродіння, зниження виходу біогазу при лімітуванні біогенних елементів у субстраті.

Інтенсифікація процесів зброджування в метантенках здійснюється підігрівом і перемішуванням завантажуваного субстрату із зрілим збродженим субстратом.

Перемішування осаду в резервуарах метантенків з оптимальною інтенсивністю забезпечує ефективне використання всього об’єму резервуару, виключає утворення «мертвих» зон, розшарування осаду, відкладання мінералізованого осаду та утворення кірки, а також сприяє вирівнюванню температурного поля, покращенню газоутворення. Для скорочення витрат тепла на підігрів осаду і підтримки заданої температури зброджування, а також зменшення можливості утворення корки в метантенках пропонується видаляти грубодисперсні включення субстрату шляхом введення в схему подачі осадів у метантенки проціджувачів.

Необхідною умовою інтенсивного бродіння є постійне перемішування свіжого осаду із загальною масою вже зрілого. Чим більший об'єм зрілого осаду стічних вод ("бактеріальної закваски"), тим краще працює метантенк. У метантенку розкладається від 40 до 60% органічної речовини; значна частина її переходить у газ (70% метану, 30% діоксиду вуглецю) [3].

Термофільне бродіння сприяє інтенсифікації технологічного процесу. При цьому збільшується завантаження метантенка, а відповідно і вихід кінцевого продукту (в 1,8…2,0 рази). Крім того, при штучному введенні в бродильну масу експериментальних метантенків дуже великих доз патогенних мікробів у термофільних умовах усі вони гинули через кілька годин, а при мезофільному бродінні життєдіяльність їх зберігалася протягом кількох днів. Основною причиною загибелі патогенних мікробів при термофільному бродінні є температурний чинник, а не діяльність мікробів антагоністів [4].

Більша кількість енергії на експлуатацію метантенків витрачається на підігрівання субстрату до необхідної температури ведення процесу (до 90%); на компенсацію тепловитрат в середньому йде 7,5% тепла, а на роботу електрообладнання – 2,5%.

Для підтримання потрібної концентрації анаеробних мікроорганізмів в об'ємі осадів, що зброджуються, застосовується рециркуляція. Частина зброджених осадів, що випускається зі споруди, потрапляє в завантажувальний бункер метантенків. Оптимальним рекомендується коефіцієнта рециркуляції – 1,35 [5].

Для забезпечення оптимального режиму процесу бродіння слід здійснювати контроль таких параметрів: температури; рН біомаси; об’єм  біомаси; вмісту органічної речовини в біомасі; дози завантаження - вивантаження біомаси; об'єму біогазу [6].

Процес анаеробного зброджування супроводжується, як правило, піноутворенням, особливо при високому виході біогазу з одиниці об'єму реактору.

Основними способами інтенсифікації технології біоенергетичної утилізації відходів є: підвищення температури зброджування і ефективності перемішування осаду в метантенку, перехід на його безперервне завантаження і вивантаження, двох і багатоступінчате зброджування, при якому друга і наступні ступені використовуються для відділення надлишкової води і зменшення обсягу збродженого осаду, підвищення концентрації відходів і біомаси мікроорганізмів у метантенку, а також технології попередньої механічної, хімічної та термічної обробки субстрату [7].

Інтенсифікація процесів біоенергетичної утилізації відходів призводить не лише до збільшення виходу біогазу, але й до значного зменшення площі, що займають ці споруди.


Список літератури:

1. Гелетуха Г.Г., Железная Т.А., Жовмир Н.М., Матвеев Ю.Б., Дроздова О.И. Оценка энергетического потенциала биомассы в Украине. Часть 2. Энергетические культуры, жидкие биотоплива, биогаз // Промышленная теплотехника. – 2011, т. 33, № 1, с.57-64.

2. Lubbecke S. Niedrig-Energie-Membransystem fur die biologische Awasserreinigung (Мембранная система малой энергоемкости для биологической очистки сточных вод) / S. Lubbecke // Chem.-Ing.-Techn. – 2000. – 12, № 5. – С. 521 – 525.

3. Козловська С.Б. Конспект лекцій з дисципліни "Спецкурс з очистки стічних вод" – Харків: ХНАМГ, 2008. – 86 с.

4. DauSSmann Thomas. Kinetic data and new enzymatic activities of Methanosarcina barkeri grown on methanol as the sole carbon source (Кінетичні дані і нова грибкова культура, вирощена на метанолі, як джерелі вуглецю) / DauSSmann Thomas, Aivasidis Alexander, Wandrey Christian // Water Sci. and Technol. – 1997. – Т. 36, № 6-7. – Р. 175 – 182.

5. Пат. 4420111 ФРГ, МКИ6 С 02 F 3/30, С 02 F 3/00, С 02 F 3/12. Verfahren zur Abwasserreinigung in einer biologischen Klaranlage (Спосіб біологічної очистки стічних вод) / Henkel Jurgen, Lepke Peter. – № 4420111/7 ; заявл. 9.06.94 ; опубл. 14.12.95.

6. Козловская С.Б. Энергосберегающая технология утилизации биогаза метантенков на городских очистных сооружениях канализации / С. Б. Козловская, Е. Б. Сорокина // Вестник Одесской гос. академии строительства и архитектуры. – Одесса : ОДАБА, 2005. – С. 14 – 18.

7. Гюнтер Л. И. Метантенки / Л. И. Гюнтер, Л. Л. Гольдфарб. – М. : Стройиздат, 1991. – 128 с.