Возможности производства биогаза

Большинство метаногенов способна использовать Н₂ и СО₂ для образования СН₄. Восстановление СО₂ до СН₄ происходит многоступенчато. При этом трансформация отдельных промежуточных С1-соединений связана с функционированием специфических ферментов (переносчиков).

Кобаламин как переносчики участвуют в процессах метаногенеза из метанола и метиламин, а также при синтезе клеточной вещества.

Вместе с Н₂ и СО₂ ацетат - один из важных субстратов для метаногенеза в природе. Биохимия метаногенеза из ацетата изучена мало. С помощью изотопного техники обнаружено, что метильных групп ацетата без изменения включается в метан, а карбоксильная группа превращается в СО₂. Таким образом, после расщепления ацетата метильных групп восстанавливается до СН₄, а карбоксильная группа окисляется до СО₂.Образование СН₄ в этом случае происходит с участием коэнзима М, который выступает как терминальный акцептор метильных групп. Окисление карбоксильного остатка до СО₂ катализирует СО-дегидрогеназы.

Метильная группа метанола без изменения трансформируется в СН₄. В этом случае терминальным C1-переносчиком при метаногенеза также коэнзим М. В переносе метильной группы от метанола участвуют две метилтрансферазы (метилтрансфераза I и метилтрансфераза II). При образовании метана из метилкоензима М с помощью системы метилкоэнзим М-редуктазы часть метильных групп переносится от коэнзима М до тетрагидрометаноптерину. В результате образуется формилтетрагидрометаноптерин, который далее окисляется за счет отщепления системы переносчика через формиат до СО₂.

В процессе расщепления формиат участвуют цитохромы, которые были найдены только у метанообразующих бактерий использующих метанол, ацетат и метиламины.

Количественный выход энергии при метаногенеза значительно ниже, чем при дыхании аэробной и денитрификации. Выход энергии при метанообразования из СО₂ и Н₂ в стандартных условиях относительно высокий (138,8 кДж на моль СН₄), в реальных условиях in situ при концентрациях водорода, которые есть в природе, полученная энергия обычно достаточна для получения только с АТФ на моль СН₄ (20 кДж расходуется на 1 моль АТФ).

Функционирование системы никельтетрапиррола в качестве коэнзима в этом процессе указывает на аналогию с другими известными процессами получения биологической энергии, например, Mg-тетрапиррол-система находится в хлорофилле, Fe-тетрапиррол-система - в цитохроме, цитохромоксидазы.

Постулируют механизм образования АТФ в метаногенов за счет процесса транслокации электронов. Вероятно, образуется градиент протонов через цитоплазматическую мембрану. При этом протондвижуща сила посредством связанного на мембране ферментного комплекса (proton translocating АТФ-синтаза) приводит к синтезу АТФ из АДФ + Ф. О такой механизм получения энергии свидетельствуют следующие данные:

· у метанообразующих бактерий установлено наличие потенциала протонов на-цитоплазматической мембране или в внутреннеплазматической мембранной системе метаногенов;

· найден мембранно-связывающий фермент (proton translocating; АТФ-синтаза)

· выявления связь с цитоплазматичной мембраной метилкоэнзим М редуктазной системы.

Метанообразующие бактерии реализуюют различные типы: питание согласно используемым источникам углерода и энергии. Так, хемо-литоавтотрофные микроорганизмы используют СО₂; как источник углерода и Н2 как источник энергии (Methanobacterium thermoautotrophicum, Methanococcus jannaschii). Хемолитогетеротрофные микроорганизмы используют, например, ацетат как источник углерода и Н₂ как источника энергия.Хемоорганогетеротрофные микроорганизмы используют как источник углерода и энергии ацетат, метанол, формиат, метиламины и т.д. Один и тот же организм может реализовать различные пути получения энергии и ассимиляции углерода.

Хемолитогетеротрофные организмы, например Methanobrevibacter smithii, могут превращать Н₂ и СО₂ в СН₂, но не способны образовывать ацетил-коэнзим А с СО₂, поскольку в них отсутствует СО-дегидрогеназа.

Ассимиляция других источников углерода (ацетата, метанола, метиламин и др.). Метанообразующими бактериями осуществляется всегда путем образования ацетилкоензима А.

Как источник углерода метанообразующие бактерии могут использовать формиат. Формиат расщепляется с помощью формиатдегидрогеназы в СО₂и Н₂.

Метанол, а также метиламины являются донорами метильных групп для образования коэнзима А.

Ассимиляция СО у метанообразующих бактерий идет двумя путями. Часть CO активируется СО-дегидрогеназы с образованием карбонильной группы, участвующей в образовании ацетильной радикала ацетилкоэнзима А. Вторая часть окиси углерода может окисляться с помощью СО-дегидрогеназы до СО₂ и Н₂. С СО₂ и Н₂ образуется метильные группы ацетилкоензим А.

Способы получения биогаза

Получение биогаза из органических отходов основано на свойстве последних выделять горючий газ в результате так называемого «метанового сбраживания» в анаэробных (без доступа воздуха) условиях. Биогаз, образующийся при метановом сбраживании, представляет собой смесь, состоящую из 50...80% метана, 20...50% углекислого газа, примерно 1 % сероводорода, а также включающую в себя незначительное количество некоторых других газов (азота, кислорода, водорода, аммиака, закиси углерода и др.). Напомним, что 1 м³ метана при сгорании выделяет энергию, равную примерно 20...25 МДж.

В свою очередь, «метановое сбраживание» происходит при разложении органических веществ в результате жизнедеятельности двух основных групп микроорганизмов. Одна группа микроорганизмов, обычно называемая кислотообразующими бактериями, или бродильными микроорганизмами, расщепляет сложные органические соединения (клетчатку, белки, жиры и др.) в более простые, при этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения -- летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окись углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти менее сложные органические вещества являются источником питания для второй группы бактерий -- метанообразующих, которые превращают органические кислоты в требуемый метан, а также углекислый газ и др.

В этом сложном комплексе превращений участвует великое множество микроорганизмов, по некоторым данным -- до тысячи видов, но главное из них все-таки метанообразующие бактерии. Отметим, что метанообразующие бактерии значительно медленнее размножаются и более чувствительны к изменениям окружающей среды, чем кислотообразующие микроорганизмы-бродильщики, поэтому вначале в сбраживаемой среде накапливаются летучие кислоты, а первую стадию метанового сбраживания называют кислотной. Потом скорости образования и переработки кислот выравниваются, так что в дальнейшем разложение субстрата и образование газа идут одновременно. И естественно, от условий, которые создаются для жизнедеятельности метанообразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения.

Как кислотообразующие, так и метанообразующие бактерии встречаются в природе повсеместно, в частности в экскрементах животных. Считается, что в навозе крупного рогатого скота имеется полный набор микроорганизмов, необходимых для его сбраживания. И подтверждением этому является то, что в рубце и кишечнике жвачных животных постоянно идет процесс метанообразования. Следовательно, нет необходимости применять для получения биогаза чистые культуры метанообразующих бактерий для того, чтобы вызвать процесс брожения. Достаточно лишь обеспечить для уже имеющихся в субстрате бактерий подходящие условия для их жизнедеятельности.

Для создания таких условий органические отходы сбраживают в специальных бродильных камерах (биореакторах), где поддерживают строго анаэробную среду, а также соответствующие температурный и кислотный (рН) режимы, давление и другие необходимые условия.

А теперь, прежде чем перейти к рассмотрению различных конструкций биогазовых установок, остановимся коротко на основных факторах, влияющих на эффективность работы (производительность) подобных установок. Знание этих факторов просто обязательно, так как только оно позволит сделать биоустановку понастоящему рентабельной и не превратит работу по получению столь необходимого газа в бесполезное перелопачивание навоза.

Для эффективной работы установки, производящей биогаз, кроме строго анаэробной среды, придется соблюдать ряд требований. Во-первых, поддерживать в реакторе оптимальные температурный и кислотный режимы. Во-вторых, постоянно следить за наличием питательных веществ в сбраживаемой среде, обеспечивая низкое содержание в данной среде веществ-ингибиторов, то есть веществ, препятствующих жизнедеятельности микроорганизмов.

Вообще-то образование метана идет в достаточно широком интервале температур (8...60° С), при этом при определенных температурах в процессе сбраживания участвуют определенные виды бактерий.

Обычно различают три характерных уровня температур, предпочтительных для отдельных видов бактерий. Психрофильный режим идет при температуре 8...20° С, мезофильный -- при 25...40° С, термофильный -- при 45...60° С. Более производительны термофильный и мезофильный режимы сбраживания, однако все три режима имеют как свои преимущества, так и недостатки. Режимы с более высокими температурами требуют больших затрат энергии на поддержание оптимальной температуры, зато здесь благодаря сокращению продолжительности сбраживания удается значительно сократить объем биореактора и таким образом увеличить производительность биогазовой установки. Однако часто поддержание в биомассе высоких температур на практике связано с большими затратами энергии на обогрев и термоизоляцию биореакторов, что в свою очередь значительно удорожает процесс получения биогаза. Так, стоимость энергии, необходимой для подогрева содержимого бродильной камеры при термофильном сбраживании, настолько велика, что перевешивает всякие выгоды, связанные с более быстрым, чем в других случаях, сбраживанием. Отсюда следует, что в условиях домашнего хозяйства практическое значение имеет только мезофильное (25...40° С) или психрофильное (8...20⁰ С) метановое сбраживание. (О способах обеспечения соответствующих температурных режимов этих способов сбраживания будет рассказано ниже.)

Для нормального протекания брожения необходима слабощелочная реакция среды (рН=7...8). При оптимальной (ровной) активности кислотообразующих и метановых бактерий (то есть при установившемся процессе брожения) значение рН поддерживается в желательных пределах «автоматически». Однако иногда кислотообразующие бактерии начинают размножаться быстрее, чем метановые, из-за чего концентрация летучих жирных кислот в бродильной камере возрастает и происходит так называемое «закисление», в результате чего выход биогаза снижается, а кислотность биомассы увеличивается. В этом случае в содержимое биореактора следует добавить горячую воду, известковое молоко, соду. При нарушении баланса между азотом и углеродом его восстанавливают добавлением в биомассу коровьей мочи.

Основой беспрепятственного размножения анаэробных бактерий служит, естественно, наличие питательных веществ в сбраживаемой среде. И почти все питательные вещества, необходимые для роста метановых бактерий, содержат экскременты животных, являющиеся основным сырьем для производства биогаза. Разнообразие видового состава метанообразующих бактерий позволяет использовать практически все виды жидких и твердых органических отходов. Но лучшая органическая масса для получения биогаза -- навоз крупного рогатого скота в смеси с растительными остатками (влажность биомассы не менее 85...90%).

Сбраживаемая органическая масса не должна содержать веществ (антибиотики, растворители и т. п.), отрицательно влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов. Не способствуют «работе» микроорганизмов и некоторые неорганические вещества, поэтому нельзя, например, использовать для разбавления навоза воду, оставшуюся после стирки белья синтетическими моющими средствами.

Выработка биогаза зависит и от многих других причин. Например, на поверхности органической массы периодически образуется плавающая корка, мешающая выходу биогаза. Поэтому ее необходимо устранять, перемешивая содержимое биореактора 1...2 раза в сутки. Перемешивание способствует также равномерному распределению температуры и кислотности в биомассе, находящейся в камере сбраживания.

Для полного разложения органического вещества, как правило, необходимо длительное время. При этом продолжительность сбраживания, учитывая присущую данному виду отходов скорость разложения, зависит от требуемой степени разложения органического вещества. Обычно максимальный выход биогаза и лучшие по качеству удобрения наблюдаются при разложении органического вещества (навоза) до 30...33%. Заметим, что при пребывании биомассы в биореакторе в течение 14...15 дней полнота ее разложения составляет 25%.

При непрерывном способе сбраживания, когда выгрузка определенного объема «отработавшего» в реакторе органического вещества происходит одновременно с загрузкой такого же объема свежего материала, выделяется наибольшее количество биогаза. И при такой организации процесса для малогабаритных биогазовых установок в приусадебных хозяйствах доза ежесуточной загрузки обычно не превышает 4...5% полезного объема камеры сбраживания.



При изготовлении биогазовой установки ручной заготовки рекомендуется придерживаться следующего порядка: после определения ежесуточного объема навоза, накапливаемого в хозяйстве для переработки в биогазовой установке, и выбора нужного объема реактора нужно выбрать месторасположения реактора и заготовить материалы для реактора биогазовой установки. Затем осуществляются монтаж загрузочной и выгрузочной труб и подготовка котлована для биогазовой установки. После установки реактора в котлован производится монтаж загрузочного бункера и газоотвода, после чего устанавливается крышка люка, который будет использоваться для технического обслуживания и ремонта реактора. Затем производятся проверка реактора на герметичность, окраска и теплоизоляция установки.

Биогазовая установка с ручной загрузкой и перемешиванием сырья

Установку для получения биогаза можно построить с ручной загрузкой и перемешиванием сырья, которая также не потребует больших финансовых затрат, это требуется для повышения эффективности работы биогазовой установки. Она предназначена для небольших фермерских хозяйств. Объем реактора установки от 1 до 10 м³ рассчитан на переработку 50 -- 200 кг навоза в сутки.

Анаэробная переработка навоза.

В процессе сбраживания навоза получается биогаз и перебродившая полужидкая масса, которые являются ценным газообразным топливом и органическим удобрением. Ферментация навоза идет в анаэробных (бескислородных) условиях при температуре 30-55°С (оптимально 40°С). Длительность ферментации, обеспечивающая обеззараживание навоза, не менее 12 суток. Для анаэробной ферментации можно использовать как обычный, так и жидкий, бесподстилочный навоз, который легко подается в биореактор насосом.

При ферментации в навозе полностью сохраняются азот и фосфор. Масса навоза практически не изменяется, если не считать испаряемой воды, которая переходит в биогаз. Органическое вещество навоза разлагается на 30-40 %; деструкции подвергаются в основном легко разлагаемые соединения - жир, протеин, углеводы, а основные гумусообразующие компоненты - целлюлоза и лигнин - сохраняются полностью. Благодаря выделению метана и углекислого газа оптимизируется соотношение C/N. Доля аммиачного азота увеличивается. Реакция получаемого органического удобрения - щелочная (рН 7,2-7,8), что делает такое удобрение особенно ценным для кислых почв. По сравнению с удобрением, получаемым из навоза обычным способом, урожайность увеличивается на 10-15 %.

Получаемый биогаз плотностью 1,2 кг/м3 (0,93 плотности воздуха) имеет следующий состав (%): метан - 65, углекислый газ - 34, сопутствующие газы - до 1 (в том числе сероводород - до 0,1). Содержание метана может меняться в зависимости от состава субстрата и технологии в пределах 55-75 %. Содержание воды в биогазе при 40 °С - 50 г/м³; при охлаждении биогаза она конденсируется, и необходимо принять меры к удалению конденсата (осушка газа, прокладка труб с нужным уклоном и пр.).

По сравнению с аэробным разложением при компостировании анаэробы работают медленнее, но зато гораздо экономнее, без лишних энергетических потерь. Конечный продукт их деятельности - биогаз, в котором 60-70 % метана,- есть не что иное, как концентрат энергии: каждый кубометр его, сгорая, выделяет столько же тепла, сколько килограмм каменного угля, и в два с лишним раза больше, чем килограмм дров.

Овечий навоз наиболее ценен по своим качествам, в сравнении с навозом крупного рогатого скота и свиней. Содержание элементов питания в овечьем навозе в 1,5 -2 раза выше, чем в навозе крупного рогатого скота. По содержанию воды овечий навоз относится к горячему типу, т.е. он содержит воды меньше, поэтому разлагается быстрее. Он требует тщательной промывки в течение нескольких дней дождями и поливной водой.

Другой путь переработки органического вещества - сбраживание без доступа воздуха, или анаэробная ферментация. Осуществляется этот процесс в специально изготавливаемом оборудовании - биогазовой установке. Биогазовая установка может быть создана в любом хозяйстве из местных, доступных материалов силами специалистов самого хозяйства.

Энергоемкость получаемого газа - 23 мДж/м³, или 5500 ккал/м³.

Основное оборудование биогазовой установки - герметически закрытая емкость с теплообменником (теплоноситель - вода, нагретая до 50-60°С), устройства для ввода и вывода навоза и для отвода газа.

Так как на каждой ферме свои особенности удаления навоза, использования подстилочного материала, теплоснабжения, создать один типовой биореактор невозможно. Конструкция установки во многом определяется местными условиями, наличием материалов.

Для небольшой установки наиболее простое решение - использовать высвободившиеся топливные цистерны. Схема биореактора на базе стандартной топливной цистерны объемом 50 м³ показана на рисунке. Внутренние перегородки могут быть из металла или кирпича; их основная функция - направлять поток навоза и удлинить путь его внутри реактора, образуя систему сообщающихся сосудов. На схеме перегородки показаны условно; их число и размещение зависят от свойств навоза - от текучести, количества подстилки.

Биореактор из железобетона требует меньше металла, но более трудоемок в изготовлении. Чтобы определить объем биореактора, нужно исходить из количества навоза, которое зависит как от численности и массы животных, так и от способа его удаления: при смыве бесподстилочного навоза общее количество стоков увеличивается во много раз, что нежелательно, так как требует увеличения затрат энергии на подогрев. Если суточное количество стоков известно, нужный объем реактора можно определить, умножив это количество на 12 (поскольку 12 суток - минимальный срок выдержки навоза) и увеличив полученную величину на 10 % (так как реактор следует заполнять субстратом на 90 %).



Ориентировочная суточная производительность биореактора при загрузке навоза с содержанием сухого вещества 4-8 % - два объема газа на объем реактора: биореактор объемом 50 м3 будет давать в сутки 100 м3 биогаза.

Как правило, переработка бесподстилочного навоза от 10 голов крупного рогатого скота позволяет получить в сутки около 20 м³ биогаза, от 10 свиней - 1-3 м³, от 10 овец - 1 - 1,2 м³, от 10 кроликов - 0,4-0,6 м³. Тонна соломы дает 300 м³ биогаза, тонна коммунально-бытовых отходов - 130 м³). (Потребность в газе односемейного дома, включая отопление и горячее водоснабжение, составляет в среднем 10 м³ в сутки, но может сильно колебаться в зависимости от качества теплоизоляции дома).

Подогревать субстрат до 40°С можно различными способами. Удобнее всего использовать для этого газовые водонагреватель-ные аппараты АГВ-80 или АГВ-120, снабженные автоматикой для поддержания температуры теплоносителя. При питании аппарата получаемым биогазом (вместо природного газа) следует его отрегулировать, уменьшив подачу воздуха. Можно также использовать для подогрева субстрата ночную электроэнергию. Аккумулятором тепла в этом случае служит сам биореактор.

Для уменьшения потерь тепла биореактор необходимо тщательно теплоизолировать. Здесь возможны разные варианты: в частности, можно устроить вокруг него легкий каркас, заполненный стекловатой, нанести на реактор слой пенополиуриетана и пр.

Давление газа, получаемого в биореакторе (100-300 мм вод. ст.), достаточно для его подачи на расстояние до нескольких сотен метров без газодувок или компрессоров.

При запуске биореактора необходимо заполнить его на 90 % объема субстратом и продержать не менее 12 суток, после чего можно подавать в реактор новые порции субстрата, извлекая соответствующие количества ферментированного продукта.

Компостирование

Один из наиболее распространенных способов переработки и обезвреживания навоза - это компостирование. Отходы складывают в кучи, где они под действием микроорганизмов-аэробов понемногу разлагаются. При этом куча разогревается примерно до 60°С и происходит естественная пастеризация - погибает большинство патогенных микробов и яиц гельминтов, а семена сорняков теряют всхожесть.

Компостирование - обязательная технологическая операция, в процессе которой происходят сложные биохимические (ферментативные) процессы разложения растительных остатков. Во время компостирования в разлагающемся материале поднимается высокая температура, губительная для семян сорных растений, споровых форм патогенных бактерий, яиц гельминтов, нематоды, почвенных грибов и т.д., одновременно создаются особо благоприятные условия для развития почвенной термофильной азотфиксирующей микрофлоры. В разлагающейся органике при этом идет процесс образования животного белка (микробная биомасса) и гумуса.

Компостируемые материалы, таким образом, превращаются в доступный, легкоусвояемый корм для сообщества почвенных животных. Главными и наиболее многочисленными видами среди этого сообщества являются дождевые черви. Для кормления их и предназначается компост.

Уничтожение семян сорняков, яиц гельминтов, патогенной микрофлоры, нематоды при температуре 50-60⁰С летом происходит в течение 5-7 суток, зимой до 15 суток. Если температура в бурте менее 30°С, то срок обеззараживания надо продлить до 2-х месяцев. Или поднять температуру, уменьшив аэрацию. Для этого следует прикрыть, например, плёнкой дренажный нижний слой, завалить его землёй. Можно и весь бурт укрыть плёнкой. Регулирование процессов самосогревания компостной массы производится периодической поливкой водой.

Для построения своих белковых клеток бактериям нужен не только углерод, но и азот, и калий, и фосфор и пр. Если их не будет хватать, то бурного развития бактериальной массы не получится. Можно самим ускорить процесс бурного развития бактерий, добавив им немного минеральных удобрений -- азотных и фосфорных, а ещё микроэлементов, которых недостаёт в почве. Если компостная масса долгое время издаёт запах аммиака, это свидетельствует о том, что в ней недостаёт углеродосодержащих веществ. Бактерии съели их в полном объёме, и оставшийся неиспользованным излишек азота выделяется в виде аммиака. При этом ваш субстрат, естественно, недоберёт азота. Чтобы этого не произошло, надо добавить в компостную массу побольше углеродсодержаших материалов: соломы, травы, листвы, бумаги, опилок лиственных деревьев и т.д. В массу полезно добавить глину и дорожную пыль. Всё перемешать, увлажнить и уложить на подготовленный дренажный слой буртом. Нерационально использовать в качестве "закваски" навоз, пролежавший более двух лет после естественной ферментации. В нём полностью отсутствуют протеин и витамины. Попросту бактериям там нечего есть. Такой навоз надо "оживлять" и наполнять соломой.

Микробные клетки на 85 % состоят из воды, а потому влажность ферментируемых материалов -- предмет особой заботы. Без воды не растворить питательные вещества, а значит, и не впитать их бактериям в себя. Опытным путём многих экспериментаторов разных стран было установлено, что относительная влажность компостируемой массы с использованием навоза в аэробных условиях должна колебаться от 70 до 80 %. При этом соломы или других волокнистых углеродсодержащих материалов должно быть при компостировании не менее 30 % (по весу). Для определения влажности (в случае отсутствия соответствующих приборов) можно воспользоваться народным способом. Возьмите в ладонь субстрат и сожмите в кулаке. Если сок не просачивается между пальцами, то масса сухая и требует увлажнения. Если сок просачивается, но не стекает -- влажность оптимальная. Если сок просачивается и стекает с руки, -- масса переувлажнена. Чаще всего переувлажнение бывает на открытых площадках в период дождей. Если возможно, прикройте бурт. Перемешивание, ворошение компостируемой массы выравнивает влажность по всему объёму. Если потребуется увлажнять, то делать это лучше всего утром или вечером, чтобы не было большого перепада температур воды и живого вещества, размножающегося в ваших буртах.

Для нормального протекания процесса компостирования необходимо следить за реакцией среды. Среду характеризует концентрация водородных ионов, и обозначается она символом рН. Чем ниже этот показатель (там больше кислорода и меньше водорода), тем среда кислее. При высоком показателе -- среда щелочная, там наоборот больше водорода и меньше кислорода. Оптимальный уровень кислотности компостируемой массы, по мнению многих практиков, находится в границах рН 6,8-7,2. Если вы увидели, что кислотность повышается, то её надо понизить путём внесения на поверхность бурта порошка мела, или гашёной извести, или мергеля, или сланцевой золы, или древесной золы из расчёта 300-400 г на 1 м² поверхности. Просто рассыпать, а потом обильно полить, чтобы вода прошла через всю массу. Проводить замеры и корректировку не реже одного раза в месяц. Внесение названных элементов служит одновременно и минеральной добавкой "живому веществу" почвы.

Если реакция среды окажется щелочной (более рН 7,2), то надо просто обильно полить компостный бурт, чтобы промыть остатки мочевой кислоты, которой всегда в навозе с избытком. Для определения рН пользуются рН-метром или лакмусовой индикаторной бумагой. То и другое продаётся в магазинах. В крайнем случае, лакмусовую бумагу можно попросить у школьного учителя химии. Сам процесс измерения с помощью лакмусовой бумаги прост -- надо взять в горсть компост, положить на него полоску бумаги и сдавить в кулаке; через 20-30 секунд разжать кулак и вынуть полоску. Её изменившийся цвет сопоставить с соответствующим цветом на упаковке лакмусовой бумаги. Каждый цвет соответствует различной величине рН, указанной и проградуированной на шкале от 1 до 12. Если бумага приобрела красный цвет -- компостная масса сильнокислая (рН менее 3,5), розовой -- среднекислая (рН 3,5-4,5), жёлтой -- слабокислая (рН 6), зеленовато-голубой -- среда, близкая к нейтральной (рН более 7), светло-зеленой -- слабощелочная (рН 8), синей - среда щелочная (рН 10), темно-синей -- среда сильнощелочная (рН 11-12).

Для осуществления биохимических процессов при компостировании требуется не менее 45-60 суток. Основной критерий пригодности компоста для скармливания червям - отсутствие в нем запаха аммиака. Для ускорения процесса компостирования можно использовать вместо воды водный экстракт из готового компоста или гумусного удобрения. Экстракт содержит необходимую микробную смесь и является "закваской" для процесса компостирования. Компост после обработки такой "закваской" созревает на 10 суток раньше. Бурт компоста необходимо через каждые 2-4 недели увлажнять. Созревший компост хранится в бурте и расходуется на корм червям по мере необходимости в течение 2-3 месяцев.

Приготовление компостов на открытых площадках проводят при температуре наружного воздуха не ниже -5 ⁰С. Процесс компостирования в хорошо укрытых буртах продолжается и в зимнее время. Компост, заложенный поздней осенью, созреет и будет готов для скармливания червям уже в начале апреля. И это очень важно для подкормки культивируемых червей. Свежий навоз для подкормки червей непригоден из-за наличия в нем аммиака, мочевой кислоты, мочевины, т.е. продуктов, ядовитых для червей.

Готовность компоста определяется рыхлостью массы и лёгкостью разрыва входящих в него растительных материалов.

2. Критические точки, альтернативные пути реализации проекта.

Видимых рисков для реализации проекта нет. В случае возникновения проблемы с реализацией проекта, он будет предложен областным социально-предпринимательским корпорациям (СПК).

Предлагаемый проект является достаточно устойчивым, т.к. ТОО«КазНИИ перерабатывающей и пищевой промышленности» и Казахстанско-Японский инновационный центр располагает современной научно-производственной базой для проведения научных исследований оснащенной новейшим оборудованием.

Риск по отсутствию кадров или материально-технической базы - организация-исполнитель Казахский Научно-Исследовательский Институт Перерабатывающей и Пищевой Промышлености, исполнители проекта Казахстанско-Японский ИнновационныйЦентр и КазНАУ имеют возможность привлечь для реализации проекта сотрудников квалифицированных в данной отрасли науки - докторов и кандидатов наук, докторантов, магистрантов имеющих опыт работы в аналогичных НИР. Все сотрудники подпишут контракт на период выполнения проекта.

Риск экономической эффективности предложенных решений маркетинговые исследования отечественного рынка подтверждают высокий спрос на ликероводочные и безалкогольные напитки и лечебно-профилактическим эффектом.

Получено предварительное теоретическое обоснование исследованиям по направлению темы проекта.

Риск финансовых операций, включающий в себя потери, связанные с ошибками в процессах проведения операций и расчетов по ним, их учета, отчетности и т.д., в организации исполнителе и организациях соисполнителях действует служба внутреннего и внешнего аудита для контроля финансовых операций.

4. Группа реализации и управление проектом

1) описание состава исследовательской группы, их позиций, квалификации и направлениях работы в проекте и план работ, включающий этапы проекта;

руководитель проекта, д.т.н., профессор, академик НАН РК (100%):

1.Разработка технологии ликероводочных и безалкогольных напитков- 2015-2017 гг.

2.Научно-методическое руководство исследовательской части проекта-2015-2017гг.

3.Проведение мониторинга производства ликероводочных и безалкогольных нгапитков-2014г.

4. Обработка и анализ полученных результатов -2015-2017гг.

5.Подготовка заключительного отчета по проекту совместно с исполнителями проекта- 2016г.

соруководитель проекта, д.т.н., профессор (50%):

1.Разработка технологии ликероводочных и безалкогольных напитков- 2015-2017 гг.

2.Научно-методическое руководство исследовательской части проекта-2015-2017гг.

3.Проведение мониторинга производства ликероводочных и безалкогольных нгапитков-2014г.

4. Обработка и анализ полученных результатов -2015-2017гг.

5.Подготовка заключительного отчета по проекту совместно с исполнителями проекта- 2016г.

главный научный сотрудник, д.т.н. (50%):

1. Разработка технологии ликероводочных и безалкогольных напитков- 2015-2017 гг.

2. Проведение мониторинга производства ликероводочных и безалкогольных нгапитков-2014г.

3. Обработка и анализ полученных результатов -2015-2017гг.

4.Подготовка заключительного отчета по проекту совместно с исполнителями проекта- 2016г.

ведущий научный сотрудник, к.б.н., доцент (50%):

1.Подготовка методики и проведение научных исследований согласно программы исследований - 2015-2017гг.

2.Исследование влияния биологически активных веществ на качество ликероводочных и безалкогольных напитков-2015-2017гг.

3.Обработка и анализ полученных результатов - 2015-2017гг.

4.Подготовка заключительного отчета по проекту совместно с исполнителями проекта- 2016г.

ведущий научный сотрудник, к.т.н. (100%):

1.Разработка методик и проведение исследований - 2015-2017гг.

2.Проведение физико-химических исследований 2015-2017гг.

3.Исследование природных минеральных вод РК - 2014г.

4. Организация и участие в проведении патентно-информационного поиска по проекту-2015г.

5.Участие в подготовке отчета по проекту - 2016г.

ведущий научный сотрудник, к.т.н. (50%):

1.Проведение биохимических исследований 2015-2017гг.

2.Участие в проведении патентно-информационного поиска по проекту-2015г.

4.Проведения исследований согласно программе - 2015-2017гг.

5.Участие в составлении ежеквартальных отчетов-2015-2017гг.

младший научный сотрудник, магистр (100%):

1.Проведение биохимических исследований 2015-2017гг.

2.Участие в проведении патентно-информационного поиска по проекту-2014г.

3.Проведения исследований согласно программе - 2015-2017гг.

4.Участие в составлении ежеквартальных отчетов-2015-2017гг.

младший научный сотрудник, магистр (100%):

1.Проведение биохимических исследований 2015-2017гг.

2. Участие в проведении патентно-информационного поиска по проекту-2014г.

3.Проведения исследований согласно программе - 2015-2017гг.

4.Участие в составлении ежеквартальных отчетов-2015-2017гг.

младший научный сотрудник, магистрант (50%):

1.Проведение биохимических исследований 2015-2017гг.

2. Участие в проведении патентно-информационного поиска по проекту-2014г.

3.Проведения исследований согласно программе - 2015-2017гг.

4.Участие в составлении ежеквартальных отчетов-2015-2017гг.

3) Смета расходов с обязательной расшифровкой по каждой статье расходов на каждый год реализации проекта.

Бюджет Проекта распределяется научным руководителем Проекта в соответствии с планом работ, и не может быть направлен на иные статьи расходов, не связанные с данным Проектом.

Общая сумма всех статей расходов представляет собой запрашиваемую сумму для финансирования и должна быть эквивалентна заявленной в п. 1 «Общая информация», запрашиваемой сумме финансирования.

В Проект могут быть внесены изменения в распределение бюджета на основании решения Национального научного совета.

В статьи бюджета могут включаться следующие расходы:

1) Заработная плата - вознаграждение за труд научных работников, участвующих в проведении научного исследования с учетом всех налогов и вычетов;

2) научные командировки - командировки, связанные с проведением исследований, возмещение которых не должно превышать нормы возмещения командировочных расходов, установленные Правилами о служебных командировках в пределах Республики Казахстан работников государственных учреждений, содержащихся за счет средств государственного бюджета, а также депутатов Парламента Республики Казахстан, утвержденным постановлением Правительства Республики Казахстан от 22 сентября 2000 года № 1428, а также постановлением Правительства Республики Казахстан от 6 февраля 2008 года № 108 «О возмещении государственным служащим расходов на заграничные командировки за счет средств республиканского и местных бюджетов»;

3) услуги сторонних организаций - услуги национальных лабораторий коллективного пользования, услуги прочих организаций, необходимые для выполнения исследований, в том числе организационные взносы для участия в конференциях.

4) приобретение материалов - расходные материалы для проведения исследований;

5) приобретение оборудования и программного обеспечения.

При превышении стоимости одного оборудования 400 МРП, предоставляется письменное подтверждение его отсутствия в национальных лабораториях коллективного пользования, и дополнительное обоснование необходимости его приобретения.

Расходы на приобретение всего оборудования и программного обеспечения не должны превышать двадцати процентов от заявленной суммы грантового финансирования на весь срок реализации проекта.

6) научно-организационное сопровождение - расходы за публикации, аналитика и расходы на патентование;

7) аренда помещений в случае если заявителем является физическое лицо;

8) аренда оборудования;

9) эксплуатационные расходы оборудования и техники, используемые для реализации исследований

Наименование статей расходов	Расходы на 2014 год в тыс. тенге	Расходы на 2015 год в тыс. тенге	Расходы на 2016 год в тыс. тенге	Расходы на весь срок реализации Проекта в тыс. тенге
Заработная плата	10 700,0	11 600,0	11 350,0	33 650,0
Налоги ( с указанием вида налога)	1070	1160	1135	3365
Научные командировки	1712	1856	1816	5384
Услуги сторонних организаций	3210	3480	3405	10095
Приобретение материалов	1070	1160	1135	3365
Приобретение оборудования и программного обеспечения	1498	1624	1589	4711
Расходы по научно-организационному сопровождению	51	55	54	160
Накладные расходы	2140	2320,0	2270	6730
Аренда помещений	-	-	-	-
Аренда оборудования	-	-	-	-
Эксплуатационные расходы оборудования и техники	-	-	-	-
Итого	21400,0	23200,0	22700,0	67 300,0

4) описание имеющейся материально-технической базы для реализации проекта.

Наличие необходимого приборно - аппаратного, технологического парка и вспомогательного оборудования с указанием их технических характеристик



№	Наименование	Кол-во	Год поставки и фирма производитель
1	Биогазовая установка ручного типа	1
2	Готовая биогазовая установка	1
3	Бункер помещения навоза	2
4	Тарные весы (диапазон от 100кг и выше до 1000кг)	2
5	Водный затвор для отходов в реактор	1
6	Навоз животного и растительного происхождения	1000кг
7	Хранилище удобрения для кормления скотов	1

Для реализации Проекта предусмотрено проведение исследований в Казахстанско- Испытательной региональной лаборатории

5.Ожидаемые результаты

- Будут собраны все растительные, животные отходы из загрязненных территории и мусорных свалок для дальнейших переработки в биогазовых реакторных установках с ручной загрузкой и перемешивающим устройствам;

- Очистка окружающей среды посредством сбора растительных и животных отходов на основе спецтехники для переработки и хранения в бункер биогазовой установочной хранилище;

- Будут разработаны конструкции биогазовой установки на основе ручной заготовки;

- Будут культивированны культуры метанообразующих бактерии лабораторным и полупромышленным способом на основе искусственных питательных сред.

- Будут проводиться переработки животного навоза и растительного отхода по методу аэробного и анаэробного сбраживании при помощи культивируюмых метанобактерии на базе биогазовых реакторах ручной заготовки;

- Разработка получение биогаза в основе переработки животного навоза и растительных отходов на биогазовых установках;

- Будут разработаны удобрения в качестве комбинированных кормов для рациона кормлении животных КРС, МРС и птиц;

- Будут выработаны электроэнергии на основе при и выработка биогаза посредством переработки отходов растительного и животного происхождения и сжигании в котельных установках для нагрева воды и подачи её потребителям;

- Будут подготовлены документы по биогазу в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и подача его в газораспределительные сети местных потребителей природного газа (смешивание с природным газом);

- Будут обеспечены жители РК заправкой биогазом газобаллонных автомобилей, тракторов и других видов транспорта для поддержания экологии окружающей среды от парниковых газов;

- Будут получены в качестве удобрения питательной биомассы комбинированных кормов для животных КРС, МРС и птиц;

В разделе отражается следующая информация:

1) осуществление публикаций в рецензируемых научных журналах и возможности патентования полученных результатов проекта;

Результаты исследования в рамках проекта будут опубликованы:

- в зарубежных рецензируемых научных журналах. Российских: (Производство кормовых продукции, Пищевая промышленность, Экология окружающей среды) и др. республик СНГ;

- казахстанских журналах (Вестник сельскохозяйственных наук, Вестник Национальной Академией наук Казахстана и Известия др.);

- в конце проекта результаты исследования будут изданы в виде рекомендаций.

- разработка технологии получения комбинированных кормов на основе ручной конструирования биогазовой установки перерабатываемой из растительно и животного отхода (навоза) методом сбраживания биогаза которые будут патентованы в казахстанском и евразийском патентном бюро.

2) ожидаемый научный и социально-экономический эффект - разработка технологии новых видов кормов и комбинированных кормовых добавок позволит обеспечить населения Республики Казахстан полноценными мясными продукциями из говядины с низкой себестоимостью. Налаженное производство даст возможность улучшения экономических аспектов мясной промышленности за счет применение удобрения на основе разработываемой технологии получения биогаза при сбраживании анаэробных бактерии. Будет разработана высокоэффективная технология новых кормовых добавок с биологическими активными добавками из удобрения полученных на основе выработанного газа обеспечивающая населе РК высокими качественными кормами на основе удобрения и очистка от мусорных отходов в защиту окружающей среды так же может обеспечивать всей различных промышленных предприятия без перебойной электроэнергией.

Результаты исследования могут быть применены для разработки кормовых добавок в пищевой промышленности, а также в учебных заведения РК и фермерских хозяйствах.

3)применимость полученных результатов;

Разрабатываемая новая технология дает возможность сохранить все полезные вкусовые и пищевые качества комбинированных кормов на основе биогаза переработанных из растительного и животного отхода в сконструированных ручной заготовки биогазовых установках по методу анаэробного сбраживания. Отечественная пищевая промышленность должна откликнутся на растущую озабоченность населения о поддержании здоровья нации и охраны окуржающей среды по утилизации растительных и животных отходов. Так же возобновлять новыми источниками энергии для снижения затрат электроэнергии в производственных предприятиях любой сферы металлургической, пищевой, спец технической промышленности.

4) целевые потребители полученных результатов: производители кормов, а так же поддержания окружающей среды и экологии поддержании здоровье их граждан РК от выхлопных и парниковых газов, отходов растительного (растительные листья), животного (навоз) происхождения, других не разлагаемых отходов а так же возобновления энергии посредствам снижению затрат электроэнергии производители пищевых и фармацевтических промышленных предприятии перерабатывающих отходов.

5) распространение результатов работ среди потенциальных пользователей, сообщества ученых и широкой общественности.

Результаты исследований будут обсуждены на международных и республиканских конференциях. Будут проведены семинары и коммерческие предложения для перерабатывающих предприятий для возобновлении электроэнергии и снижения затратов энергии по кормопроизводств, мясо-молочных, металлургических, машиностроительных предприятьях. Будут проведены публичные лекции для студентов по профилю.

Календарный план работ по проекту

№ п/п	Наименование задач проекта и мероприятий по их реализации	Годы реализации	Ожидаемые результаты
1	Подготовка к сбору отходов навоза из растительного и животного происхождения для переработки получения биогаза.	2015г	- Будут собраны все растительные, животные отходы из загрязненных территории и мусорных свалок для дальнейших переработки в биогазовых реакторных установках с ручной загрузкой и перемешивающим устройствам;
			- Очистка окружающей среды посредством сбора растительных и животных отходов на основе спецтехники для переработки и хранения в бункер биогазовой установочной хранилище;
			- Будут разработаны конструкции биогазовой установки на основе ручной заготовки;
2.	Сбраживания метанобразующих бактерии при переработки отходов с целью получения биогаза в биогазовых установках..	2016г	- Будут проводиться переработки животного навоза и растительного отхода по методу аэробного и анаэробного сбраживании при помощи культивируюмых метанобактерии на базе биогазовых реакторах ручной заготовки;
			- Будут культивированны культуры метанообразующих бактерии лабораторным и полупромышленным способом на основе искусственных питательных сред.
			- Разработка получение биогаза в основе переработки животного навоза и растительных отходов на биогазовых установках;
3.		2017г	- Будут выработаны электроэнергии на основе при и выработка биогаза посредством переработки отходов растительного и животного происхождения и сжигании в котельных установках для нагрева воды и подачи её потребителям;
			- Будут подготовлены документы по биогазу в соответствии с требованиями нормативно-технической документации и подача его в газораспределительные сети местных потребителей природного газа (смешивание с природным газом);
			- Будут обеспечены жители РК заправкой биогазом газобаллонных автомобилей, тракторов и других видов транспорта для поддержания экологии окружающей среды от парниковых газов;
			- Будут получены в качестве удобрения питательной биомассы комбинированных кормов для животных КРС, МРС и птиц;

Размещено на Allbest.ru