Биотехнологии и переработки отходов. Биогазовые установки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУВО «Оренбургский государственный университет»

Биотехнологии и переработки отходов. Биогазовые установки

Головина В.Н.,

студент 3 курса, Электроэнергетический факультет

г. Оренбург

Аннотация

отход биомасса биогаз энергия

Статья посвящена рассмотрению процесса переработки отходов и их дальнейшего использования. Описаны способы получения энергии из биомасс, в частности анаэробное брожение органических веществ. Рассмотрен способ получения биогаза с помощью биогазовой установки ее принцип работы. Выявлена и обоснована необходимость использования биогазовой установок, т.к. ее использование в настоящее время и в недалеком будущем актуально.

Ключевые слова: биогазовая установка, переработка отходов.

Annotation

The article is devoted to the consideration of the process of recycling and their further use. Describes how to obtain energy from biomass, in particular the anaerobic fermentation of organic substances. A method for producing biogas using a biogas plant, its principle of operation, is considered. Identified andjustified the needfor the use of biogas plants, because its use now and in the near future is relevant.

Key words: biogas plant, recycling.

Основная часть

Современная биотехнология - это направление, изучающие способы промышленного применения биологических агентов и процессов. Ее основной опорой является использование микроорганизмов и соответственно знания, накопленные микробиологией о многообразии мира, о строении, генетике, физиологии, изменчивости, экологии микробов являются научной основой развития многих биотехнологических производств. Нетрадиционные источники энергии, такие как ресурсы биомассы, начинают все более широко использоваться из-за истощения запасов традиционного сырья.

Биотехнология активно используется в целях очистки всех компонентов биосферы (воды, почвы, воздуха и др.) от загрязняющих веществ. Однако существенным считается не только сам процесс очистки, но и возможность применения выделенных отходов в качестве вторичного сырья.

Классификация основных типов энергетических процессов, связанных с переработкой биомассы

Термохимические процессы

1. Прямое сжигание с целью непосредственного получения тепла. Желательно введение сухого гомогенного топлива.

2. Пиролиз. В отсутствие воздуха или его ограниченном доступе биомассу нагревают. После, образуются такие множество продуктов, таких как газы и пары, жидкости, масла, и древесный уголь. Состав продуктов может меняться в зависимости от температурных условий, типа вводимого в процесс сырья, способов ведения процесса. Сырьё обязательно должно быть влажным

3. Прочие термохимические процессы. Возможны различные варианты предварительной подготовки сырья и проведения самих процессов. Особенно важным являются технологии, при которых идет превращение целлюлозы и крахмалы в сахара из для последующей ферментации. Биомеханические процессы

4. Спиртовая ферментация. Этиловый спирт - летучее жидкое топливо, что можно использовать вместо бензина. В процессе ферментации он вырабатывается микроорганизмами. Сырьем для ферментации обычно выступают сахара.

5. Анаэробная переработка. В отсутствие кислорода некоторые микроорганизмы способны получать энергию, непосредственно перерабатывая углеродсодержащие составляющие при средних уровнях восстановления производя при этом СО2 иСН4 (метан). Этот процесс называется сбраживанием, но его также можно назвать ферментационным. Вырабатываемая смесь СО2, СН4 и попутных газов называют биогазом.

6. Экстракция топлив. Некоторые жидкие или твердые разновидности топлива получаются из живых или свежесрезанных растений. Из свежесрезанных растений сок выдавливают под прессом, из живых растений сок получают, надрезая кожуру стеблей или стволов.

7. Биофотолиз. Фотолиз - это разложение воды на водород и кислород под действием света. Некоторые биологические организмы при определенных условиях могут продуцировать водород путем биофотолиза. Такой же результат можно получить химическим путем без участия живых организмов в лабораторных условиях.

Биогазовые установки (БГУ)

Биогазовыми установками (БГУ) называют установки в которых в процессе анаэробного (при отсутствии кислорода) брожения органических веществ получают биогаз. Биогаз представляет собой газовую смесь, которая примерно на две трети состоит из метана (СН4), на одну треть из диоксида углерода (С02), а также небольшого количества водорода (Н2), сероводорода (H2S), аммиака и некоторых других примесей.

2. По принципу применения газа По принципу применения газа Биогазовые установки можно разделить на три группы:

- Для производства электрической и тепловой энергии (при сжигании в блочных мини-ТЭЦ).

- Для производства тепла (при сжигании в отопительном котле).

- Для производства газа (выделение метана и закачка в газопровод).

Биогаз вырабатывается в процессе брожения биомассы под воздействием анаэробных бактерий. Биогаз состоит на 60% из метана (СН4) и на 40% из углекислого газа (СО2). Исходными продуктами для технического производства биогаза служат следующие материалы: органические отходы (трава, солома, листья, сосновые иголки, древесная стружка) навоз специально выращиваемые растения (маис, зерновые, рапс, клевер) пищевые отходы мусорные свалки Из-за высокой энергоемкости биогаз используется как топливо для производства электроэнергии, тепла, пара или в качестве автомобильного топлива. Средняя теплопроизводительность биогаза составляет 6000 Ккал/м3 (25 000 Ю/м3). 1 м³ метана содержит энергию, соответствующую мах 9, 94 кВт/часам. При 60% выходе метана из 1 м³ можно получить в среднем 6 кВт/часов. Среднестатистическая теплотворность 1 м³ метана соответствует 0,6 л жидкого топлива (мазута) На сегодняшний день в мире существует около 60 технологических способов получения биогаза. Анаэробное сбраживание в метатанках считается наиболее распространенным способом.

Принцип работы биогазовой установки

Насосы перекачивают жидкие биоотходы на биогазовую установку, твердые отходы доставляются по транспортерной ленте, грузовиками или иным способом. Жидкие отходы сначала попадают в предварительную емкость, где происходит гомогенизация массы и подогрев (охлаждение) до необходимой температуры. Твердые отходы сгружаются в емкость с жидкими отходами и перемешиваться с ними или же загружаться в специальный шнековый загрузчик.

После, биомасса поступает в реактор. Внутри реактора поддерживается фиксированная для микроорганизмов температура: мезофильная (30 -41°С), в некоторых случаях термофильным (около 55°С). Перемешивание биомассы внутри реактора варьирует в зависимости от влажности, типа сырья и других параметров. Наклонные миксеры относятся к механическим способам перемешивания. Гидравлическое перемешивание осуществляется насосами.

Подогрев реактора ведется теплой водой. Температура воды на входе в реактор 60°С. На выходе из реактора температура воды опускается до 40°С. Система подогрева - это сеть трубок находящихся внутри стенки реактора, либо на ее внутренней поверхности. Если в биогазовой установке присутствует теплоэлектрогенератор, то вода для охлаждения генератора используется и для подогрева реактора. Температура воды после охлаждения генератора 90°С. При смешивании воды температурой 90°С с водой 40°С образовывается вода температурой 60°С, что после поступает в реактор. В зимний период биогазовая установка требует до 70% вторичного тепла от теплоэлектрогенератора. В летний - около 10%. Затраты тепловой и электрической энергии на нужды самой установки составляют от 5 до 15% всей энергии, которую дает биогазовая установка.

Среднее время гидравлического отстаивания внутри реактора 20-40 дней. За этот промежуток времени микроорганизмы преобразовывают органические вещества внутри биомассы. Период брожения определяет объем реактора.

Всю работу по сбраживанию отходов проделают микроорганизмы, которые вводятся один раз при первом запуске в реактор. Введение

микроорганизмов производится одним из трех способов: 1) введение

концентрата микроорганизмов; 2) добавление свежего навоза; 3) добавление биомассы с другого действующего реактора. Использование 2 и 3 способ являются наиболее экономичными. В навозе микробы присутствуют и попадают в него из кишечника животных. Эти микроорганизмы полезны и не приносят вреда человеку или животным. К тому же реактор - это герметичная система. Поэтому реакторы, располагаются в непосредственной близости от фермы или производства. На выходе имеем два продукта: биогаз и биоудобрения.

Биогаз сохраняется в емкости для хранения газа - газгольдере. Здесь в газгольдере выравниваются давление и состав газа. Газгольдер герметически накрывает реактор сверху. Над газгольдером накрывается дополнительно тентовое накрытие. В пространство между газгольдером и тентом закачивается воздух для создания давления и теплоизоляции. В отдельных случаях газгольдер представляет собой много-камерный мешок. Такой мешок в зависимости от проектного решения может крепиться сверху бетонного свода ремнями либо в специальной бетонной емкости. Запас объема газгольдеров обычно 0,5-1 день.

Из газгольдера идет непрерывная подача биогаза в газовый или дизель - газовый теплоэлектрогенератор. Здесь уже производится тепло и электричество. 1м3 газа дает 2кВт*ч электрической и 2кВт*ч тепловой энергии. Крупные биогазовые установки имеют аварийные факельные установки на тот случай, если двигатель / двигатели не работают и биогаз надо сжечь.

На сегодняшний день, использование нетрадиционных источников электроэнергии не является чем-то новым, но также и не имеет столь широкого распространения как в Китае, где в конце 2006 года действовало приблизительно 18 млн. малых биогазовых установок. В мире растущих цен на газ биогазовая установка является идеальным решением, ведь она способна производить электро- и теплоэнергию и качественные биоудобрения (после БГУ минерализация веществ может увеличиться на 20%, а урожайность на 30 - 50%), используя в качестве сырья отходы.

Использованные источники

1. Агеечкин, А.Н. Биогазовая установка [Электронный ресурс]. - Агарное обозрение, 2008. - режим доступа: http://kvnrsc.uu.ru/www.74rif.ru/ptiza - eco.html 2. Зинченко, М.Г. Переработка осадков сточных вод и твердых бытовых отходов с получением биогаза и органо-минеральных удобрений (по материалам 4-ой Международной конференции «Сотрудничество для решения проблемы отходов», 31 января -1 февраля 2007 г., Харьков, Украина) /М.Г. Зинченко, Б.И. Адамчук, И.В. Семененко, Ю.Е. Малюга. 3. Некрасов В.Г. Микробиологическая анаэробная конверсия биомассы [Текст], 2014. - 688 с.

Размещено на Allbest.ru