Автор: Кравцова И. Ю., ТНУ

The problems of biological wastes recycling and opportunities of their utilization for energy production are discussed. Some examples of biogas-producing constructions that can be used in Crimea are given.

На сегодняшний день проблемными для Крыма являются вопросы утилизации биологических отходов и обеспечение населения энергией. Снижение уровня загрязнения окружающей среды отходами и вторичное вовлечение их в хозяйственный оборот возможны путем внедрения новых малоотходных технологий. Одним из путей является использование биоотходов для производства энергии.

В Крыму оказывается невостребованными большие потенциальные возможности нетрадиционных возобновляемых источников энергии, в частности биологической энергии сельскохозяйственных отходов, ресурсы которых по оценкам специалистов составляют 24 тыс. тонн условного топлива [1]. Это позволяет создавать и использовать в хозяйстве минитеплоэлектростанции, работающие на органических отходах.

Биогазовые технологии - это эффективный способ переработки разнообразных органических отходов растительного и животного происхождения, включая экскременты животных и человека, с одновременным получением высококалорийного газообразного топлива - биогаза и высокоэффективных экологически чистых органических удобрений.

Биогазовые технологии - это решение проблем экологии, энергетики, агрохимии и капитала. Питание бактерий органикой в анаэробных условиях сопровождается выделением так называемого биогаза, на 60-70 % состоящего из метана, окиси углерода и 2-5 % других газов.

Процесс получения биогаза известен давно: в Китае его начали использовать более 5 тысяч лет назад, в Индии - более 2 тысяч лет. Современные биогазовые технологии широко используются как в развитых (Дания, Германия, Англия, Франция, Италия, Австрия и др.), так и в развивающихся странах (Китай, Индия, Индонезия, страны Южной Америки, некоторые страны африканского континента). В бывшем СССР разработка таких технологий, основанных на достижениях современной науки и техники, началась в конце 70-х годов ХХ столетия.

В основе биогазовых технологий лежат сложные природные процессы биологического разложения органических веществ в анаэробных (без доступа воздуха) условиях под воздействием особой группы анаэробных бактерий, сопровождающиеся минерализацией азотсодержащих, фосфорсодержащих и калийсодержащих органических соединений с получением минеральных форм азота, фосфора и калия, наиболее доступных для растений, с полным уничтожением патогенной (болезнетворной) микрофлоры, яиц гельминтов, семян сорняков, специфических фекальных запахов, нитратов и нитритов [2].

стр. 33

Поиск решения проблем, обусловленных, с одной стороны, загрязнением окружающей среды, а с другой стороны - энергетическим кризисом, привел к созданию установок для производства топливного газа из биомассы, который может быть использован в промышленности и сельском хозяйстве. Наряду с крупными промышленными установками для анаэробного перегнивания органических отходов внедряются небольшие установки, предназначенные для удовлетворения энергетических потребностей животноводческих и молочных ферм, и, в частности, установки для производства метана из экскрементов (навоза) крупного рогатого скота (рис. 1).

Рис. 1. Молочная ферма, работающая на коровьем навозе [4].

Метан из биомассы может быть получен путем ее анаэробного перегнивания (ферментации), гидрогазификации или пиролиза. При анаэробном перегнивании органические вещества (естественные биоотходы) разлагаются в отсутствии кислорода. Этот процесс протекает в 3 стадии с участием двух различных групп бактерий, составляющих сообщество (рис. 2).

Рис. 2. Стадии преобразования биоотходов для производства биогаза

Полученный обогащенный метаном газ (биогаз) имеет теплоту сгорания порядка 5340-6230 ккал/м ³ .

Небольшие установки производства биогаза позволяют на месте решать вопросы, связанные с недостатком энергии в сельскохозяйственном секторе для производства дополнительных продуктов питания. Источником значительных ресурсов навоза являются молочные и животноводческие фермы. Естественно, что в отличие от крупных скотоводческих хозяйств промышленного типа таким фермам требуются установки несколько большие, чем лабораторные модели. Экономически целесообразно, чтобы биогаз производился и использовался в животноводческих и молочных фермах. Они обычно потребляют большое количество энергии.

Субстратом для анаэробной ферментации являются не только отходы животноводства. Для производства энергии могут быть использованы остатки сельскохозяйственных культур (силос, солома, зерно), а также подстилка для скота, пищевые и другие отходы фермы. При переработке биомассы, образующейся из отходов фермы, содержащей 100 коров, на получаемый топливный газ приходится всего лишь 15-20% всей энергии, содержащейся в жидком сырье. Тем не менее, этого достаточно, чтобы удовлетворить потребности молочных ферм в энергии [3]. Рассмотрим некоторые из установок, которые используются для получения биогаза из отходов сельскохозяйственного производства.

стр. 34

Установка "Биогаз-30/С". Предназначена для обезвреживания и утилизации отходов свиноводческой фермы с поголовьем 3000 свиней.

Является составной частью фермы и представляет собой комплекс технологического оборудования для переработки отходов фермы методом анаэробной ферментации с получением органических удобрений и биогаза. В процессе ферментации исходный навоз в установке разделяется на 3 составляющие:

Газообразная фаза - биогаз, содержащий 60-70% метана, опись углерода и 2-5 других газов. Биогаз наравне с природным газом используется как топливо с теплотворной способностью 5000-6000 ккал/м ³ . Сжигание 1 м ³ биогаза эквивалентно по выделяемому теплу сжигания 0,6-0,8 кг условного топлива.

Жидкая фаза - стоки, получаемые после разделения отферментированного навоза, представляют собой обеззараженную жидкость с содержанием сухого вещества 2-2,5%. Стоки содержат азот, окись фосфора и калия, что позволяет использовать их в качестве жидких удобрений.

Твердая фаза - обезвоженный шлам, представляющий собой высококонцентрированное обеззараженное органическое удобрение, без запаха, влажностью 65-70%.

Процесс анаэробной ферментации, проходящий в основном аппарате установки - метантенке, представляет собой сложную цепь биохимических реакций распада органических веществ под действием анаэробных микроорганизмов, определяющими из которых являются метаногенные бактерии. Выделяющийся биогаз поступает в накопитель - газгольдер, откуда направляется на использование [2].

Индивидуальная биогазовая установка для крестьянской семьи (ИБГУ-1). Установка предназначена для переработки всех видов органических отходов крестьянского или фермерского хозяйства, имеющего на своем подворье до 5-6 голов крупного рогатого скота, или 50-60 голов свиней, или 500-600 голов птицы, с получением газообразного топлива биогаза и экологически чистых органических удобрений.

Установка перерабатывает в сутки от 50 до 200 кг органических отходов при влажности не менее 85% (навоз, помет, фекалии, растительные остатки, твердые бытовые отходы). Такая система полностью решает проблему удаления, обезвреживания и переработки отходов фермерского хозяйства, делая их экологически чистыми.

Установка в сутки производит от 50 до 200 кг удобрений и от 2,5-3 м ³ до 10-12 м ³ биогаза, что эквивалентно от 1,7 до 8,0 кг топочного мазута.

Биогаз содержит 60% метана и 40% углекислого газа, не содержит сероводорода, его теплотворная способность 20-22 тыс. кДж/м ³ . Используется в

стр. 35

любых газовых приборах. К примеру, потребность в газе в сутки одной семьи из 5-6 человек при трехразовом приготовлении пищи, горячей воды и кормов для животных и птицы составляет не более 4-5 м ³ .

Жидкие органические удобрения, кроме необходимых для растений минеральных компонентов, содержат биологически активные стимуляторы роста растений, а также витамины группы В, В12, активно влияющие на корневую ризосферу. Такие удобрения действуют сразу же после их внесения в почву. 1-3 тонны таких удобрений по своему эффекту на растение и, в конечном счете, на урожай эквивалентны 80-100 т навоза. Срок эксплуатации - не менее 10 лет [2].

Автономная Республика Крым располагает большими ресурсами органических отходов. По данным за 2001 год поголовье КРС насчитывает 42 896 голов, свиней - 80 785 голов, птицы - 2664,9 тысяч особей. Это создает условие для разработки и создания современного оборудования для превращения биомассы в газообразное топливо. Однако для его реализации необходимо создание региональной научно-технической программы с определением размера капиталовложений и источников финансирования.

Литература

1. Устойчивый Крым. Энергетическая стратегия ХXI века. - Симферополь: Экология и мир, 2001. - 400 с.

2. http://www.aris.ru/PECHIS_OP/03_01/biogaz.html

3. Биомасса как источник энергии / Под ред. С. Соуфера, О. Заборски. - М. : Мир, 1985. - 375 с.

4. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х т. - М. : Мир, 1993. - Т. 2. - 336 с.

Постоянный адрес данной публикации: