Значимостькомбинированныхтехнологий.

Введение

Резкийростпроизводительных сил в промышленности и индустриализациясельскогохозяйства, характерные для начала ХХI века, в большинствестран мира привели к значительномуухудшениюэкологической обстановки и резкомуувеличениюпотребленияэнергетическихресурсов. В результате чего ряд стран стали испытыватьострую нехватку традиционныхвидовтоплива: угля, природного газа, нефти.

Создавшаяся ситуация заставила интенсифицировать поиски путей использования альтернативных нетрадиционных источников энергии: солнечной, ветровой, геотермальной и т. д. Наиболее перспективной из них является солнечная энергия, аккумулированная в биомассе, накапливающейся в больших количествах в сельскохозяйственном производстве в виде отходов животноводства и растительных остатков.

Наиболее рациональным способом извлечения энергии из биомассы является анаэробное (метановое) сбраживание, в результате которого образуются продукты распада – биогаз и отферментированная масса, имеющие большую практическую ценность, как газообразное топливо и органическое удобрение.

Важным преимуществом данного процесса является также предотвращение загрязнения воздушного, водного бассейнов и почвы, благодаря обезвреживанию и дезодорации навозных стоков, а такжеутилизациирастительныхостатков (ботвы, соломы, листьев и т. д.).

Все этообъясняетбольшойинтерес, проявляемыйспециалистамиразличныхотраслей науки к процессу метанового сбраживания.

Строительство и эксплуатацияживотноводческихкомплексов и связанная с этимвысокаяконцентрацияпоголовья скота на ограниченнойтерритории, бесподстилочноесодержаниеживотных и использованиегидросмыва при уборкенавоза привели к образованиюбольшихобъемовжидкихнавозныхстоков.

Кроме того, в большинствеслучаевтеплоснабжениеживотноводческихкомплексовосуществляется от низкоэффективныхместныхкотельныхили от электрокалориферных установок, чтовлечет за собойвысокийрасходэлектроэнергии.

Основная часть

Предназначение биогазовых установок в фермерском хозяйстве.

В последниегодыповышенныйинтересвызываетиспользование в индивидуальных и фермерскиххозяйствах установок для утилизацииотходоворганическогопроисхождения.

С цельюполученияэнергии для удовлетворенияпотребностейсемьи в обогреве и освещения установку необходимозагружатьнавозом от 3-5-7 животных (КРС).

Конструктивноерешение установок довольнопримитивное: обложенный кирпичом, закрытый в земле котел и плавающий стальной колокол – газгольдер .

При индивидуальном ведении хозяйства в различные времена года имеется очень широкое разнообразие отходов органического происхождения, которое необходимо утилизировать.

Это в какой – то степени усложняет утилизацию отходов и предъявляет ряд требований, которые для установок промышленного назначения не характерны. В качестве исходного сырья используются отходы органического происхождения. Сюда можно отнести: навоз, отходы приготовления пищи, фекалии. Отходы растительного происхождения – трава, листья, солома, гнилье, овощи и др. Все это сложные вещества и поэтому для их переработки требуется определенная микробная популяция, для жизнедеятельности которой в сырье должны иметься необходимые вещества и условия.

Опыт эксплуатации и проектирования биогазовых установок показывает, что на рентабельность установок существенное влияние оказывает способ использования полученного биогаза, в то же время объемы получаемого биогаза в индивидуальных условиях не настолько велики, чтобы окупить новые капвложения, например, на установку газовых котлов или двигателей внутреннего сгорания с электрогенератором для производства электроэнергии. Многие исследователи считают, что установка может быть рентабельной как минимум при содержании на ферме не менее 40 единиц скота. Учитывая это обстоятельство, многие фирмы вынуждены находить такие решения, которые бы позволяли обеспечить максимально возможный температурный режим без существенных капитальных затрат. Анализ показывает, что установки малой производительности получают наибольшее распространение в зонах с мягкими климатическими условиями плюс к тому используются конструкции с обязательным заглублением метантенка в землю, используя температурный потенциал земли и навоза. Количество тепла для поддержания температурного режима зависит от местонахождения сборника навоза и времени года (таблица 1.1).

 

 

Таблица 1.1-Температура, принимаемая при расчете энергии процесса метанового сбраживания

 

Месяцыгода
Средняя температура воздуха, 0С	0,9	0,8	4,2	8,6		16,3	18,1	17,2	14,0	8,6	3,7	0,2
Средняя температура воздуха, 0С:над грунтом	приблизительноравнатемпературевоздуха
подгрунтом
подстойлом	приблизительно на 7 0С выше, чемподгрунтом

 

Выборнеобходимых и экономическиобоснованныхизоляционныхматериаловспособствуетлучшемусохранению тепла.

 

 

Значимостькомбинированныхтехнологий.

Для болееэффективнойутилизацииотходоввозможноиспользованиекомбинированныхтехнологий: метановое сбраживание жидкой части отходов и компостирование твердой части отходов. В этом случае теплота компостируемых отходов используется для поддержания температурного режима метанового сбраживания. Современное кризисное состояние источников энергии и окружающей среды форсирует обновление технологии анаэробной ферментации. Технология анаэробного сбраживания усовершенствуется, если в анаэробном фильтре очистки сточных вод применить отходы, содержащие органические вещества. Весь объем анаэробного фильтра заполняют каким – либо твердым инертным носителем (гравий, пластмассовые шарики). При этом активная биомасса находится в “прикрепленном” состоянии, т.е. микроорганизмы растут, адсорбируясь на поверхности этих носителей. С помощью анаэробного фильтра можно обрабатывать отходы, состоящие из легкоразлагаемых субстратов. Такой анаэробный фильтр разработан в Гуаньгжуском исследовательском институте источников энергии АПК (Китай). Установка имеет диаметр 1 м, высоту 1,68 м, заполнен гравием размером 4 – 6 см, действующий объем 1 м³, пористость 85%. При температуре 25 ⁰С экспозиция составляет 1,62 – 3,67 суток, выход биогаза с 1 м³сухого органического вещества (СОВ) 1,72 – 3,55 м³/сут. Основные недостатки анаэробного фильтра, снижающие его эффективность – это скопление биомассы в нижней части, а также забивание носителя микрофлоры.

Получают развитие метантенки с придонным слоем микроорганизмов, реакторы с растущим слоем частиц носителя, используется принцип реактора с псевдосжиженным слоем, а также двухстадийный процесс ферментации. Двухстадийная биогазовая ферментация заключается в том, что сырьевой материал в виде пшеничной и кукурузной соломы, мелко изрубленной зеленой травы, фекалии при объеме сухой массы от 20% до 30% перемешивают добавляя свиной навоз, человеческие экскременты, куриный помет, навоз домашней скотины не вводя непосредственно в метантенк, а подвергают обработке в негерметичном кислотообразующем реакторе. В результате разложения, под действием кисло – образующих бактерий формируется большое количество низкомолекулярного органического кислого раствора. Затем перегружается в метантенк и с помощью метанообразующих микроорганизмов преобразуют в биогаз. При этой технологии питательный раствор кислотообразующего реактора который находясь на поверхности, создает удобства с загрузкой и выгрузкой сырья и испытывает температуру окружающей среды. В июне – октябре температура в биореакторе составляет 20 ⁰С и более. Период самого активного газовыделения в метантенке попадает на январь – май месяц. На основании характеристик биогаза определяют сроки замены сырья либо необходимость уменьшения подачи сырья. Особого внимания заслуживает рассмотрение вопросов связанных с использованием технологии компостирования в сочетании с метановым сбраживанием.

 

Заключение

В последнеевремя в связи с быстрыми темпами истощенияэнертетическихресурсов и загрязненияокружающейсредыработы по исследованию и разработкеаппаратурногооформленияпроцесса метанового сбраживаниязаметноинтенсифицировались, идетактивныйпоискэкономическиэффективныхтехническихсредств.

Основнойцелью, к которойстремятся при конструировании и внедрениибиоэнергетических установок, являетсяодновременноерешение задач охраныокружающейсреды, созданиеэнергосберегающихтехнологий и обеспечениерентабельностиконструируемых установок.

Техническийуровень схем биоэнергетических установок в значительнойстепенизависит от рациональногоконструированияотдельныхтехнологическихузлов. Конструкцииаппаратов при этомдолжныбытьнаучнообоснованными, техническиреализуемыми, экономическицелесообразными и экологическибезопасными. При этомнеобходимопомнить, чтоаппаратурноеоформлениепроцесса метанового сбраживанияхотя и имеет немало общего с оформлениемхимико – технологическихпроцессов, но во многом и специфично, так какдолжноучитыватьособенностиконкретныхвидовмикроорганизмов, принимающихучастие в данномпроцессе, свойстваперерабатываемогосубстрата и весь комплекс протекающих в немфизико – химическихпроцессов.

 

Список использованной литературы

1. Яковлев С.В., Кирюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод.-М, 1980-200с.

2. Заверзин А.Г. Биогаз и малая энергетика// Природа №1, 1987г.

3. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химическойтенологии. Госхимиздат, М., 1960г.

4. Дятлова В.Н. Коррозионная стойкость металлов и сплавов. Справочник. М., Машиностроение, 1964, 351с.

5. Зубке Б.И., Новосельская А.П., Драч Ю.А. Особенности технологии переработки и обеззараживания жидкого навоза в процессе анаэробно-метанового сбраживания//Биологическая переработка: Тез.докл. Киев, 1983г., с.88-89.

6. Богданов П.В., Шрамков В.М., Дурдыбаев С.Д. Основные факторы, влияющие на интенсивность анаэробного сбраживания навоза//Исследование, проектирование и строительство систем сооружений метанового сбраживания навоза. Тез.докл. М., 1982.-с.29-31.

7. Защита строительных конструкций и технологического оборудования от коррозии. Справочник строителя под редакцией А.М.Орлова, М., Стройиздат, 1981, с.64.

8. Лукьяненков И.И. Приготовление и использование удобрений. 1982, с.207.

9. Фокина В.Д., Хитров А.Н. Переработка навоза в биогаз. М., 1981,-49с.

10. Разработка и внедрение высокоэффективных систем удаления, переработки и использования жидкого навоза, получаемого на свиноводческих предприятиях. Отчет о НИР/ГипрНИИсельхоз, тема Н-2(81)-5.М., 1981, 196с.