Комбинирование субстратов в биоэнергетической установке "БЭУ-25"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комбинирование субстратов в биоэнергетической установке «БЭУ-25»

Р.С. Салмин, Казанский Государственный Энергетический Университет

Как известно многие установки биоэнергетические установки для переработки отходов в силу специфики мест использования перерабатывают лишь один конкретный вид отхода. Касательно животноводства это чаще всего навоз КРС, реже навоз свиней и единично помёт птиц. В других отраслях этим отходом служит барда, силос, фураж и т.п.

Однако каждый субстрат обладает своими свойствами, влияющими как на сам процесс, так и на его результат и их комбинирование может привести к увеличению отдачи от биоэнергетической установки.

Перед комбинированием сырья, следует учесть, что только из сухой массы, и в этом случае, только из ее органической части можно произвести метан. Поэтому содержание органической сухой массы в соотношении с общей массой является первым критерием для выбора составляющих смеси субстратов. Поэтому не удивительно, что количество добытого газа из 1 тонны (единица измерения) куриного помёта в несколько раз выше, чем при использовании навоза КРС либо навоза свиней, которые содержат значительно большее количество воды, из которой нельзя образовать газа.

Неорганический компонент, называемой в аналитических материалах также сырым пеплом, состоит из песка, земли, камней и металлической стружки от перерабатывающих машин и похожих веществ, попадающих в собранный урожай и навоз, либо в органические отходы. Такие составляющие нежелательны для процесса выработки биогаза, поскольку из них нельзя добыть биогаз и, кроме того, они приводят к техническим проблемам как-то их оседание. Свекла, например, содержит большое количество такой фракции.

Таблица 1 [1] Содержание воды в разных видах субстратов

Органическое вещество состоит из протеина, жиров, а также легко и тяжело разлагаемых углеводов.

Жиры являются постоянными смесями разных триглицеридов и разлагаются на жирные кислоты и глицерин. Слишком большое количество жира приводит к накоплению органических кислот, поэтому снижается уровень pH и замедляется образование уксусной кислоты и метана.

Протеины являются сложномалекулярными, состоящими из аминокислот, соединениями. Они, также как углеводы и жиры, состоят из углерода, водорода, кислорода, но кроме этого содержат азот, серу и фосфор. Протеины разлагаются на пептиды, потом -- аминокислоты, и под конец на органические кислоты. Для разложения белка и жира состав рациона не имеет значения по сравнению с разложением углеводов.

В группе углеводов различают легко поддающиеся разложению и смешанные углеводы с очень разветвленной и сложной структурой, которые очень тяжело переваривать.

Углеводы расщепляются бактериями на простой сахар и разлагаются до низких жирных кислот (уксусная, масляная, пропионовая). Количество образовавшихся кислот и процент содержания каждой отдельной кислоты зависит от состава углевода. Из процесса переваривания у жвачных парнокопытных (их желудок представляет собой не что иное как биогазовую установку с очень коротким периодом брожения, мы знаем, что богатые на крахмал и сахар субстраты ведут к возрастанию содержания пропионовой и масляной кислоты, в то время как целлюлоза, также богатый на волокна субстрат, меняет состав жирных кислот в сторону доминирования уксусной кислоты. Кроме того состав углеводов определяет уровень рН и количество живых микроорганизмов. Если пища содержит много крахмала и сахара, уровень рН уменьшается, уступая кислотной среде, количество бактерий быстро увеличивается. Это приводит к еще более быстрому разложению углеводов и возможному переокислению ферментатора.

Уровень рН снижается. Увеличивается количество бактерий, образующих пропионовую кислоту, а образующих уксусную наоборот уменьшается. Таким образом замедляется образование уксусной кислоты как исходного материала для метана. Жвачные животные в таких случаях оказываются от дальнейшего приема пищи (рубцовый ацедоз), но биогазовая установка не страдает.

При использовании субстратов с очень большим содержанием сахара или углеводов, каковыми, например, являются зерна пшеницы, кукурузы или сахарная свекла, то стоит особенно тщательно следить за подачей этих материалов. Это наверняка одна из причин, почему на практике не получило большого распространения чистое использование зерновых или сахарной свеклы. Обслуживание такого процесса на обычных одноступенчатых установках является просто слишком дорогостоящим. [3]

Таблица 2 [1] Влияние соединений углеводов на бактерии в желудке жвачных животных, уровень рН, скорость разложения и образование жирных кислот (составлено по материалам Кирхгесснера, 1987 г.)

Точно в соответствии с процентом веществ каждой группы: протеинов, жиров и углеводов определяется выход газа и процент метана в биогазе. Максимальное количество метана в биогазе получаем из протеинов -- 71%; жиры также дают газ высокого качества с содержанием метана 68%. Хуже всего результаты у углеводородов - лишь 50% метана в газе. Хотя углеводы в целом вырабатывают на 90 литров больше биогаза, чем протеины, из-за малого содержания метана, выход ограничивается лишь 400 литрами метана на кг органического сухого вещества. Сырой жир вырабатывает до 850 литров метана с килограмма сухого органического вещества -- самый высокий выход метана, в то время как сырой протеин дает 490 литров метана из килограмма органического сухого вещества. Если исходить исключительно из выхода газа, предпочтение стоит предавать смесям субстратов с высоким содержанием жиров и протеинов.

Таким образом четко видно, что нет единого показателя выхода газа. В случае изменения состава смеси субстрата, колеблется также и выход газа и его качество. Эта взаимозависимость отображена в больших колебаниях в данных по выходу газа для одного и того же субстрата.

К примеру, для установки «БЭУ-25» [2] производства ООО «СпецЭнергоСнаб» комбинирование субстратов приведёт к следующему результату. Смешав навоз КРС и навоз свиней, мы получим сырьё, общей влажностью 89,2%, т.е. если принимать изначальным субстратом навоз КРС, то доля СВ в перерабатываемом отходе уменьшится на 0,8%, а это 1 м³ биогаза в день. Однако, ситуация компенсируется разными значениям выхода биогаза на 1 кг СОВ. Гораздо нагляднее разница смешанного и единого субстрата видна, если принимать вторым отходом, помёт птиц. Его добавление к исходному субстрату уменьшит его влажность, а следовательно повысит % СОВ, к тому же более высокий коэффициент выхода биогаза для птичьего помёта ещё больше усилит эффект от комбинирования. На практике это выглядит следующим образом. При смешивании в пропорции птичьего помёта и навоза КРС 1:1 влажность последнего уменьшится до 80,2%, СОВ возрастёт на 8,2%, конечный выход биогаза возрастёт почти на 10%. Аналогичные результаты получаться при смешивании птичьего пом1ьа с навозом свиней.

Из вышеизложенного следует, что при комбинировании отходов, к примеру, навоза КРС и навоза свиней стоит учитывать не только основные характеристики таких отходов, как то влажность и содержание сухого вещества, но и химический состав отходов. На практике это означает, что смешав данные отходы повысится влажность конечного сырья, однако упадёт количество сухого вещества если изначальным сырьём был навоз свиней и наоборот если изначальное сырьё навоз КРС. Однако химический состав смешиваемых отходов может напрочь исключить все преимущества полученные от добавляемого отхода, а то и ухудшить изначальные показатели. А им, как известно является выход биогаза, обозначающий рентабельность всего мероприятия.

субстрат биогаз качество углевод

Литература

1. Баадер В. Биогаз: теория и практика. (Biogas in Theorie und Praxis) / В. Баадер, Е. Доне, М. Бренндерфер М.: Колос, 1982 г., Scan, Djvuing: АЧ, 2004 -с. 43.

2. Баротфи И., Рафаи П. Энергосберегающий технологии и агрегаты на животноводческих фермах. М.: Агропромиздат, 1988 г.

Размещено на Allbest.ru