Биогаз құрылғыларының сипаттамасы және жұмыс жасау принциптері. Биогаз жүйесінің негізі. Анаэробты ашу

Аңдатпа

Биогаз - биомассадан ашыту жолымен алынатын сутекті немесе метанды газ. Биомассаның метанды ыдырауы үш түрлі бактерияның қатысуымен жүреді. Қоректік тізбекте кейінгі бактериялар алдыңғы бактериялармен қоректенеді. Бірінші түрі - гидролизді бактериялар, екінші - қышқыл түзуші бактериялар, үшінші - метан түзуші бактериялар. Биогаз өндірісінде метаногенді классқа жататын бактериялар ғана емес, сонымен қатар барлық үш түрде қолданылады. Биогаз өндірісі қоршаған ортаға метанның бөлінуін болдыртпайды. Метан булануды CO₂ қарағанда 21 есеге күшті ластап, атмосферада 12 жылға дейін ыдырамай сақталады екен. Метанды азайту ғаламдық жылуды болдырмаудың алдын алу шарасы болып табылады.

Табиғат қалдықтарды, өсімдіктер мен жануарлардың өлі қалдықтарын да жою және бұзу қабілетіне ие. Бұл жұмысты табиғатта бактериялар атқарады. Қи, компост және тыңайытқыш ретінде қолданылатын басқа да тыңайытқыштар органикалық материалдардың декомпозициясы үдерісі нәтижесінде алынады. Erep өліп біткен өсімдіктер мен жануарлар қалдықтары суға түсетін болса, соның салдарынан терең қабаттардан жоғарыға көтерілген судың беткі қабатында көпіршіктер пайда болады. бұл құбылыс адамзатқа ерте заманнан белгілі. Бұл құпия 200 жыл бұрын ашылған болатын. Бұл үдеріс органикалық заттардың оттексіз ортада ыдырауын көрсетеді. Батпақты жерлерде түзілген газ бүгінгі күнге дейін әлі де солай аталады. Осы газ биогаз деген атпен де белгіл, ол метан қоспасы мен (CH₄) көміртек газынан тұрады (CO₂) тұрады [1].

Биогаз - биомассадан ашыту жолымен алынатын сутекті немесе метанды газ. Биомассаың метанды ыдырауы үш түрлі бактерияның қатысуымен жүреді. Қоректік тізбекте кейінгі бактериялар алдыңғы бактериялармен қоректенеді. Бірінші түрі - гидролизді бактериялар, екінші - қышқыл түзуші бактериялар, үшінші - метан түзуші бактериялар. Биогаз өндірісінде метаногенді классқа жататын бактериялар ғана емес, сонымен қатар барлық үш түрде қолданылады.

Анаэробты ашу, пиролиз сияқты, ауаның қатысуынсыз жүзеге асады. Бірақ бұл жағдайда декомпозиция жоғары температура емес, бактериялардың әсерінен жүзеге асады. Барлық биологиялық материалдарда болатын үдеріс, жылы және ылғалды жағдайларда (ауа болмайтын ортада) өтеді.

Анаэробты ашуда адам қызметі салдарынан болатын ортада жүреді. Мысалы, биогаз қалдық сулар (сточные воды) жиналған, фермалардан шыққан қалдық сулар жиналу орындарында, сонымен қатар қатты қалдықтар жинау орындары мен полигондарда түзіледі. Екі жағдайда да биогаз метан мен көмірсутектен құралады. Негізгі айырмашылықтары материалдарынан, масштабында және биогаз темпында, пайда болу көздерінен және т.б. Биогаздың түзілуінің химиялық үдерісі анағұрлым күрделі болып келеді. Бактериялардың күрделі популяциясы органикалық материалдардың қанттарға дейін ыдырауы, одан әрі әртүрлі қышқылдарға, кейін ол өз кезегінде биогазға айналады. Осы кезде инертті қалдық қалады, оның құрамы құрылғы түріне және беріліп отырған шикізатқа байланысты болады. Адамзат биогазды қолдануды ерте кезден бастаған. Б.э.д.1 мың жыл бұрын қазіргі Германия мемлекетінің аумағында алғашқы биогаз құрылғылары пайдаланылған. Эльба хауыздарын (бассейіндерін) пайдаланып мекен еткен алеман тайпалары батпақты жерлердегі биогаздарды айдахардың оты деп санаған. Осы жерлерге жануарларды құрбандыққа лақтырып отырған [2]. Адамдар айдахар түнде келеді және оның тыныс алған ауасы батпақты ортада қалады деп сенген. Алеман тайпалары теріден тенталар тігіп онымен батпақты жерлерді қоршап жауып, тері тұрбалар арқылы өздерінің тұрып жатырған жерлеріне дейін газды жеткізіп азық дайындаған кезде отын ретінде пайдаланған екен. Ойткені құрғақ ағаш теректерді іздеп табу қиынға соққандығы белгілі, ал батпақты жерлердегі биогаз осы мәселені шешуде өте қолайлы болды [3].

XVII ғасырда Ян Баптист Ван Гельмонт ыдырайтын биомассалары жалындаған газ бөлетінідігін анықтаған. Биогазды Александр Вольте 1776 жылы алғашқы рет зерттеп, ыдырайтын биомасса мен бөлінетін газ арасында сандық тәуекелділік болатындығын сипаттаған. 1800 жылдың басында Хемфри Деви алғаш рет, жанғыш метан газ мал қиының құрамында болатындығын дәлелдеген. Одан әрі биогаз технологиялары дамып, кез келген биодеградациялаушы материалдардан жасанды ортада биогаз алуға болатындығы ғылыми түрде дәлелденді.

Ең алғашқы құжаты бар биогаз құрылғысы Үндісганда, Бомбейде 1859 жылы шығарылған. 1895 жылы биогазды алғаш рет Ұлыбританияда көшені жарықтандыруда пайдаланған. 1930 жылы микробиология ғылымының дамуына байланысты биогаз түзілу өндірісіне қатысатын бактериялар топтары анықталды.

Анаэробты ашу үдерісі кезінде органиалық заттар оттектің қатысуынсыз жүзеге асады. Бұл үдеріс екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде - күрделі органикалық полимерлер (клечатка, ақуыздар, майлар және т.б.) табиғи алуантүрлі анаэробты бактериялар топтарының әсерінен өте қарапайым қосылыстарға дейін ыдырайды: ұшқыш май қышқылдарына, спирттерге, сутек, көміртек тотығына, сілтілік және құмырсқа қышқылына, метил спиртіне. Екінші кезеңде - метан түзуші бактериялар органикалық қышқылдарды метан, көмірқышқыл газына және суға айналдырады.

Алғашқы анаэробтар алуантүрлі бактериялардың физиологиялық топтары: клетка бұзушы, физиологиялық бактериялар топтары (майқышқылы бактериялардың кейбір түрлері), аммонификациялаушы бактериялар (ыдыраушы белоктар, пептидтер мен аминқышқылдары). Осы құрамның арқасында алғашқы анаэробтар органикалық қосылыстар мен мал тектес заттарды да пайдалана алады, бұл метандық қауымдастықгың негізі болып табылады [4;5;6]. Осы топ бактерияларының арасындағы тығыз байланыс үдерістің жеткілікті тұрақгы жағдайда өтуін қамтамасыз етеді.

Метандық ашу үдерісі орташа (мезофилді) және жоғары (термофилді) температураларда жүреді. Ең жоғары өнімділік термофилді метанды ашу кезінде жүзеге асады.

Метанды консорциумның негізгі ерекшегілігі ашу үдерісін үздіксіз етеді. Анаэробты ашу үдерісінің қалыпты жүруі үшін реакторда қолайлы жағдай жасалуы керек: температура, анаэробты жағдай, қоректік заттардың жеткілікті концентрациясы, pH тиісті диапазоны, токсинді заттардың мүлдем болмауы немесе темен концентрацияда кездесуі.

Температура органикалық материалдардың анаэробты ашуында маңызды рөл атқарады. Ең жақсы ашу үдерісі 30-40° C температурада жүреді (мезофильді флораның дамуы), сонымен қатар 50-60° C температурада (флорадағы термофилді бактерияның дамуы. Мезофильді немесе термофильді режимнің таңдалуы климаттық жағдайларға тәуелді болады. егер термофильді температураны қамтамасыз ету үшін энергия шығыны көп қажет болса, онда реакторларға ең қолайлысы мезофильді температура болып табылады [7].

Температуралық жағдайлармен қатар, метандық ашу үдерісіне биогазды алуға жұмсалатын уақыт та эсер етеді.

Реакторлар іске қосылуы кезінде міндетті түрде pH көрсеткішіне бақылау жасау керек, оның ең қолайлы көрсеткіші шамамен 6,7 -7,6 шамасында болуы керек. Реттеу бұл әктас қосу арқылы жүзеге асады.

Биогаз құрамы және сапасы

Реактордың қалыпты жұмысы кезінде алынған биогаз құрамында 60- 70% метан, 30-40% көмірсутегі, аздаған мөлшерде күкіртті сутек, сонымен қатар сутегі қоспасы, аммиак және азот тотықтары болады. Ең тиімді реакторлар, бұл термофильді режимде 43-53° C температурада жұмыс жасайды. Қиды (навоз) 3 күн бойы өңдеу кезінде мұндай құрылғылардағы биогаз күніне реакторларда 4,5 литрді құрайды. Қидың массасын идентификациялау үшін анаэробты ашу үдерісін жүргізу үшін және биогазды бөліп алу үшін органикалық катализаторлар қосылады. Катализаторлар ретінде глюкоза мен целлюлоза па й дал а ныла ды.

Биогаз CO₂ тазаланғаннан кейін биометан алынады. Биометан - табиғи газдың толық анологы, оның тек ерекшелігі шығу тегінде [8;9].

Тек метан энергияны биогаздан шығаратын болғандықтан, яғни газ сапасы, газдың шығуы, мөлшері және көлемі бәрі метанға қатысты болады, оның нормативтік көрсеткіштеріне сәйкес. Газ көлемі температура мен қысымға тәуелді болады. Жоғары температуралар газдың кеңеюіне әкеледі және калориясының көлемінің төмендеуіне әкеледі. Осы кезде ылғалдылық жоғарыласа газдың калориясы төмендейді. Газ шығынын салыстыру кезінде, олардың қалыпты жағдайын салыстырып алу керек (температура O⁰ С, атмосфералық қысым 1, 01325 bar, газдың ылғалдылыққа қатысы 0%). Газдың литр немесе м³ түрінде болуы органикалық қосылыстың құрғақ массасына қатысымен сипатталады.

Биогаз алу. Оларды алуға арналған шикізаттар

Биогаз өндіруге жарамды органикалық қалдықтар: қи, құс саңғырығы, спирт өндірінен кейінгі дәнді және меласты барда, қант қызылшасы қалдығы, балық өңдеу цехының қалдықтары (қан, май, ішектері, каныга), шөптер, тұрмыстық қалдықтар, сүт кәсіпорындары қалдықтары - ащы және тәтті сүт сарысуы, биоотын қалдықтары, шырын өндірісі қалдықтары, балдырлар, крахмал өндірісі қалдықтары, картоп өңдеу қалдықтары т.б.

Қалдықтардан басқа биогазды арнайы өсірілген энергетикалық культуралардан да өндіруге болады. Мысалы, сүрлемдік жүгері немесе сильфия, сонымен қатар балдырлардан. Газ өндірісі 1 тоннадан 300 м³ құрайды. Газдың шығуы пайдаланылатын шикізат құрамындағы құрғақ заттың түріне және мөлшеріне байланысты болады. Ipi қара малдың Ітонна қиынан 60% метаны бар 150-500 м³ биогазы бар 50-50 м³ биогаз алынады. Оның құрамындағы метанның өзі бірнеше түрлі болып келеді. Ең максималды биогаз бұл - 1300 м³, оның құрамында 87% метан болады.

Газ шығарудың теориялық және техникалық сипаттамасы болады (физикалық мүмкіндігі). 1950-70 жж. газдың техникалық шығу мүмкіндігі теориялыққа қарағанда 20-30% ғана құрады. Бүгінгі күнде энзимдерді, бустерлерді шикізатты жасанды жолмен деградациялауда пайдалану және басқа да технологиялар биогаздың қарапайым құрылғыларда шығарылуын 60-95% дейін артуына ықпал етіп отыр [10].

Биогаз есептерінде құрғақ зат немесе құрғақ қалдық түсінігі пайдаланылады. Биомасса құрамындағы су газ бөлмейді. Тәжірибеде 1 кг құрғақ заттан 300-500 литрге дейін газ алынады.

Нақты шмкізаттан шығарылатын биогазды санау үшін, арнайы зертханалық жұмыстар жүргізіп, анықтамалардан қарап, майлар, белоктар және көмірсулар құрамын анықтап алу керек. Соңғы заттарды анықтау кезінде тез ыдырайтын (фруктоза, қант, сахароза, крахмал) және қиын ыдырайтындар (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) құрамын зерттеп алу керек. Заттар құрамын анықтап алғаннан кейін, әрбір заттан бөлінетін газды есептеуге болады.

Биогаз жөнінде ғылыми түсінік жоқ кезде және ол тек мал құс қалдықтарымен ғана байланысты деген түсінік болу кезінде, осы өлшем бірліктер ғана саналған болатын. Қазіргі кезде биогазды органикалық шикізаттан бөліп алу технологиясы жасақталған кезде бұрынғы бірліктер мүлдем қолданылмайтын болды.

Қоқыс қалдықтардан алынатын газ бұл да биогаздың бір түрі. Тұрмыстық қалдықтар жиналатын орындардан алынады [11].

Биогаздың экологияға әсері

Мәдени қоғамның дамуына байланысты қоршаған ортаны қорғау мәселесі бірінші кезекке қойыла бастады. Адамзаттың өндірістік, ауылшаруашылық және тұрмыстық іс әрекеттің нәтижесінде қоршаған ортада физикалық, химиялық және биологиялық өзгерісгер бола бастады, олардың көпшілігі жағымсыз өзгерістер болды.

Экологиялық таза энергияны күн энергиясын арнайы коллекторлар көмегімен электр энергиясына айналдыру арқылы алуға болады, сонымен қатар биогазды да микробты этанолды да алуға болады.

Биогаз өндірісі қоршаған ортаға метанның бөлінуін болдыртпайды. Метан булануды CO₂ қарағанда 21 есеге күшті ластап, атмосферада 12 жылға дейін ыдырамай сақталады екен. Метанды азайту ғаламдық жылуды болдырмаудың алдын алу шарасы болып табылады.

Өңделген қи, барда және басқа да қалдықтар ауылшаруашылығында тыңайытқыш ретінде пайдаланылады. Бұл химиялық тыңайытқыштарды пайдалануды төмендетіп, ағыс сулардың ластануын да болдыртпайды.

Жылу, газ, сапалы тыңайытқыштар органикалық қалдықтарды өңдеу кезінде ғана алынатын кері өнім, нәтижесінде экологиялық таза орта қалыптасады. Биореакторлардың алғашқы тұтынушылар бұл ауылшаруашылығы өнімдерін шығаратын өнеркәсіп орындары болуы қажет. Себебі: жаһандану (глобализация), стандарттар, өз аумақтарынап өндірісгі бақылау инспекцияларын жібере алу. Биогаз жүйесі массалық жүйеге айналған жоқ, бұл тиімді, арзан, және қауіпсіз, кеңінен қолданыс табатын, керекті көлемде өндіре алатын құрылғыларды ойлап табылмауына байланысты.

Биогаз қурылғыларының жұмыс жасау принцептері және сипаттамасы

Биогаз құрылғылары кез келген шаруашылықта жергілікті қолда бар материалдардан жасалып, пайдалануға беріле алады.

Қи ферментациясы анаэробты (оттексіз) жағдайда 30-55° C температурада жүреді. Қиды залалсыздандыру ферментация ұзақтығы, 12 тәуліктен кем болмауы керек. Анаэробты ферментация үшін жай, сұйық төселмеген қиды пайдалануға болады, ол биореактор насосына оңай беріледі.

Ферментация кезінде қидың құрамында азот және фосфор толықтай сақталады. Қи массасы мүлдем өзгермейді, тек биогазға айналатын суды санамағанда. Қидың органикалық заттары суды санамағанда. Қидың органикалық заттары 30-40% ғана ыдырайды. Бұзылуға негізінен жеңіл ыдырайтын қосылыстар - майлар, протеин, көмірсулар ұшыраса, ал негізінен гумус түзуші компоненттер - целлюлоза, лигниндер өз қалыптарында сақталады. Метан мен көмірқышқыл газының бөлінуі нәтижесінде қаты наста ры сақталады. Аммиакты азот мөлшері артады. Алынған органикалық тыңайытқыштың реакциясы сілтілік (pH 7,2-7,8), ол тыңайытқышты қышқыл топырақ үшін құнды етеді. Қарапайым әдіспен қидан алынған тыңайытқышпен салыстырғанда егістіктің түсімділігін 10-15% артқызатындығы анықталған.

Тығыздығы 1,2 кг/м³ (ауаның тығыздығы 0,93) биогаз толықгай мынадай құрамнан тұрады: метан -65%,көмірқышқыл газы - 34%, басқа газдар 1 ден (күкіртті сутек 0.1). Метан құрамы субстратқа және технологияға байланысты 55-75% дейін өзгеруі мүмкін. Биогаз құрамындағы судың мөлшері 40°С - 50 г/м³ құрайды, биогазды салқындату кезінде ол конденсацияланып, және конденсаттан тазалау шаралары жүргізілуі керек (газды кептіру, құбырларды қажетті ыңғайына қарай салқындату).

Алынатын газдың энергосыйымдылығы - 23 мДж/м³ немесе 5500 ккал/м³ құрайды.

Өндірістік және ағаштан жасалған құрылғылар бар. Өндірістік құрылғылар механизациясымен, қыздыру жүйесімен, гомогенезациясымен, автоматикасымен ерекшеленеді. Ең кеңінен таралған өндірістік әдіс - метантекалардағы анаэробты ашыту.

Жақсы биогаз құрылғысының негізгі бөліктері:

• гомогенезация ыдысы;
• қатты шикізат жүктегіш (сұйық);
• реактор;
• араластырғыш;
• газгольдер;
• су мен жылуды араластыру жүйесі;
• газ жүйесі;
• насос станциясы;
• сепаратор;
• бақылау құралдары;
• КИП және A;
• қауіпсіздік жүйесі.

Құрылғының жұмыс жасау принцепі. Биомасса (қалдықтар және жасыл масса) жүйелі түрде насос станциясы немесе реакторға жүктегіш арқылы беріледі. Реактор қыздырылатын және жылытылған резервуардан тұратын жабдықталған ыдыс. Өндірістік резервуарға құрылыс материалы ретінде темір бетон немесе болат материал пайдаланылады. Шағын құрылғыларда композициялық материалдар пайдаланылады. Реакторда биомассамен қоректенетін пайдалы бактериялар тіршілік етеді. Бактериялардың тіршілігі өнімі биогаз болып табылады. Бактериялар тіршілігін сақтау үшін, қыздыру Бактериялар тіршілігін сақтау үшін қоректік заттар уақытында беріліп, қыздыру 35-38° C жүргізіліп және жүйелі түрде араластырылып тұруы керек. Түзілген биогаз қоймада жинақталып (газгольдерде), кейін тазалау жүйесіне өтеді және тұтынушыға беріледі (қазан немесе электр генератор). Реактор ауасыз жұмыс жасайды, қауіпсіз және ыңғайлы болып келеді [12].

Шикізаттардың кейбір түрлерін ашыту үшін таза күйінде екі кезеңдік технология ұсынылады. Мысалы, құс саңғырығын, спирт бардаларын жай реакторларда газ алу үшін өңдемейді. Мұндай шикізаттарды өңдеу үшін қосымша реактор гидролизі керек. Мұндай реактор қышқылдылықты бақылауда ұстауға мүмкіндік береді, осылайша бактериялар қышқылдылықтың темен болуына байланысты тіршіліктерін жалғастырады. Осы субстраттарды бір кезеңдік технологиямен де өңдеуге болады, коферментация кезінде басқа шикізаттармен қи немесе сүрлеммен араластыру жүреді.

Ашу үдерісіне эсер етуші факторлар:

• Температура;
• Орта ылғалдылығы;
• pH деңгейі;
• қатынас с:п:р;
• шикізаттың беткі қабатының ауданы;
• субстратты беру жылдамдығы;
• баяулату заттары;
• себепші қосымшалар;
• температура.

Метанды бактериялар 0-70°С температурда тіршіліктерін жалғастырады. Erep температура жоғарыласа олар тіршілігін жоя бастады, бірақ кейбір штамдар 90° C дейін де тіршілктерін жалғастыра береді. Минус температурада олар тіршіліктерін сақтап қалса да, әрі қарай тіршіліктерін жалғастыра береді.

Шикізаттың беткі аудандарының бөлшектері. Беткі қабаттарының бөлшектері ұсақ болған дұрыс. Алмасу ауданы анағұрлым шағын болса, бактериялар анағұрлым тезірек ыдыратады. Одан басқа, оларды араластыру да, қыздыруда оңай жүргізіледі. Ұсақталған шикізаттар өндірілетін газ көлеміне және ашу мерзіміне тәуелді болады. Ашу неғұрлым қысқа болған сайын, материалдың өңделуі де анағұрлым жеңілірек болады.

Ашу процесі ұзақ жүрген кезде өңделіп алынған газ мөлшері де артады. Ұсақталған дәнді материалдарды қолдану кезінде бұл нәтижеге 15 күнде жетуге болады.

Биогазды қолдану болашағы және тиімділігі

Биогазды отын ретінде мына өнеркәсіп орындары пайдаланады: электр энергетика, жылу және бу, немесе автомобильді отын түрінде.

Биогаз құрылғылары фермаларында, құс фабрикаларында, спирт зауыттарында, қант зауыттарында, ет комбинаттарында тазарту құрылғысы ретінде орнатылуы мүмкін. Биогаз құрылғысы ветеринарлық санитарлық зауытты да алмастыра алады, яғни қалдықтарды өңдеу арқылы ет сүйек ұндары орнына биогазды өндіру арқылы.

Өнеркәсібі қарқынды дамыған мемлекеттер арасында биогазды өндіру және пайдалануда алдыңғы орында Дания мемлекеті - жалпы энергия балансындағы қордың 18% биогаз құрайды. Ipi және орташа құрылғыларды орнату саны бойынша ең жетекші орында Германия 8000 дана. Батые Еуропада барлық құс фермаларының жартысынан көбі биогаз арқылы жылытылады екен.

Үндістанда, Вьетнамда, Непал және басқа да елдерде шағын биогаз құрылғыларын тұрғызуда. Олардан алынған газ тамақ дайындауда пайдаланылатын болады.

Шағын биогаз құрылғылары көп ел бұл Қытай - 10 млн (1990 жж соңы). Ол жылына шамамен 7 млрд м³ биогаз өндіреді екен. Ол 60 млн. шаруаларды газбен қамтамасыз етеді екен. Қытайда биогаз индустриясында 60 мыңға жуық адам қызмет етеді.

Үндістанда 1981 жылдан 2006 жыл аралығында 3,8 млн шағын биогаз құрылғылары орнатылған.

Непалда биогаз энергетикасын қолдайтын арнайы мемлекеттік бағдарлама жасақталған, осының көмегімен ауылдық елді мекендерде 2009 жылы 2000 ға жуық биогаз құрылғылары орналыған және іске қосылған.

Volvo және Skania автобустары биогазбен жүруге арналған. Мұндай автобустар Швейцарияның: Берн, Базель, Женева, Люцерн, Лозанна қалаларында жүреді. Швейцарияның Газ индустриясы болжамы бойынша 2010 жылда 10% автокөлік биогаз арқылы жүретін болған, қазіргі кезде бқл көрсеткіш әрине өсті.

Осло муниципалитет! 2009 жылдың басында қаланың 80 автобусын биогазбен жүруге айналдырған. Биогаздың құны - 5 литрге - 0,4 евро құраған. Осы тәжірибе сәтті болғаннан кейін 400 ге жуық автобус биогазбен жүруге айналдырылған.

Ресей жылына 300 млн.т жуық органикалық қалдықты құрғақ эквивалент түрінде жинақтайды: 250 млн.т ауылшаруашылығы өндірісі және 50 млн.т қатты тұрмыстық қалдық түрінде. Бұл қалдықтар биогаз үшін шикізат көзі болып табылады. Жыл сайынғы өндірілетін биогаздың көлемі 90 млрд м³ құрайды.

АҚШ да 8,5 миллион ірі қара мал басын өсіреді екен. Олардың қиынан алынған биогаз 1 млн автокөлікке биогаз өндіруге жетеді екен.

Германиядағы биогаз индустриясының болашақ қоры 2030 жылға дейін 100 миллиард кВт ч жетеді екен, ол жалпы ел пайдаланатын энергия көзінің 10% құрайтын болады [13].

Биогаз қурылғыларының негізгі түрлері

Биогаз өте құнды жылу түрі болып саналады. Оның өндірісі үшін көп елдерде арнайы метантенкалар тұрғызылып, оларды ауылшаруашылығында пайдаланылған ақаба сулармен толтыруда. Метантенкалар бір куб метрден мыңдаған метр кубтарға дейін жетеді, олар көптеген коммерциялық құрылғыларда пайдаланылады. Жүктеу үнемі немесе порциялап жүргізіледі, ал ашу үдерісі кезінде он күн немесе бірнеше апталарға созылуы мүмкін. Бактериялар қызметі кезінде жылу бөлінеді, бірақ салқын болған жағдайда қосымша жылу беріп температураны реттеуге тура келеді (35 ⁰ С). Жылу көзі биогаз болуы мүмкін. Немесе кейбір жағдайда газ түгелдей жылытуға пайдаланылады. Бұл жағдай да үдерістегі энергия нөлге тең болады. Жақсы биогаз құрылығылары құрғақ органикалық заттардың әрбір тоннасынан құрамында 50-75% дейін метаннан тұратын 200-400 м³ биогазды өндіреді.

Негізгі қурылғы

Биогаз құрылғысының негізгі бөлігі - жылу алмастырғышы бар герметикалық жабық ыдыс (жылу тасымалдаушы 50-60 ⁰C қыздырылған су), қи немесе басқа да қалдықтар мен суды енгізуге арналған құрал.

Әрбір өндіріс немесе шаруашылықтың қи немесе басқа да қалдықтарын шығарудың өзіндік әдістері бар, сол себепті бір бағыттағы биореактор жасап шығару мүмкін емес. Құрылғылар құрылысын материалын жергілікті ерекшеліктерді ескере отырып жасайды.

Орташа құрылғылар үшін ең тиімді шешім бұл - босаған жылу цистерналарын пайдалану. Ішкі белу материалы ретінде металл немесе кірпішті қолдануға болады. оның негізгі қызметі қиды немесе қалдықты реактор ішінде бағытпен қозғалту, айналым жүйесін жасақтау. Олардың қасиеті төсеніш санына тәуелді болады.

Темір бетон на н жасалған биореактор метал ды аз қажет етеді. Биореактор көлемін анықтау үшін, пайдаланылатын қалдықтың көлеміне, массасына және оларды тазалау әдістеріне тәуелді болады. Төселінбеген қиды шаю кезінде ағыстар бірнеше есеге көбейеді, бұл тиімсіз өйткені энергия шығыны және жылуды көбейту қажеттілігі туындайды. Erep тәуліктік ағыс көлемі белгілі болса, реактордың қажетті көлемі де анықталады. Биореактор қосу кезінде оны 90% субстратпен толтыру керек және 12 тәуліктен кем уақыт ұстамау керек, одан кейін реакторға субстраттардың жаңа порциясын беруге болады, дайын ферментцияланған өнімді шығарып алуға болады.

Биореакторлардың шамамен тәуліктік өнімділігі құрғақ зат 4-8% болғанда тәулігіне 50-100 м³ дейінгі аралықты құрайды.

Ереже бойынша, 10 бас малдың төселімсіз қиын өңдеу кезінде 20 куб.м биогаз алуға болады, ал шошқаның 10 басынан - 1-3 куб.м, 10 бас шошқадан 1-1,2 куб.м, 10 қояннан - 0,4 - 0,6 куб.м. Бір тонна сабан 300 куб.м биогаз берсе, тонна тұрмыстық коммуналдық қалдықтардан 130 куб. м биогаз алуға болад екен (бір отбасыға арналған үйге тәулігіне шамамен жылумен және ыстық суға 10 куб м биогаз қажет екен). Бұл көрсеткіш тұрғызылған үйдің материальна көп тәуелді екен.

Субстратты 40 ⁰C дейін әртүрлі әдіспен қыздыруға болады. ол үшін су жылытқыш АГВ -80 және АГВ - 120 аппараттарын пайдаланған ыңғайлы. Аппаратты қоректендіру кезінде ауаны беруді азайту керек. Қыздыруға сонымен қатар түнгі электр энергияны пайдалануға болады. Аккумулятор ретінде биореактордың өзі қызмет етеді. Жылуды азайту үшін биореакторды мұқият орап жабу а керек (изоляциялау). Бұл жерде мы на нұсқаларды қарасгыруға болады: соның ішінде, айналасын жеңіл каркаспен қоршау, шыныматамен (стекловата) қаптап, реакторды полиуретенмен жағып тастау және т.б.

Биореакторда алынған газ қысымы оны бірнеше метр қашықтыққа беруге жеткілікті.

Биореактор кез келген биогаз құрылғысының негізі және оның құрылымы қатаң тәртіппен іріктеліп алынады. Мысалы, биореактор корпусы қабырғалары міндетті түрде қатты болуы керек. Қабырғалар термоизоляциясына да аса қатты көңіл белу керек және ол коррозияға тұрақты болуы керек. Реакторды қайта жаңарту және тоқтату жағдайына көңіл белу керек.

Реакторлар формасы алуан түрлі болып келеді. Сұйық субстратты араластыру үшін, газдың жинакталуына, ағыстарды шығаруға, қабыршақтардың жиналмауы үшін және осы үдерістерге жағдай жасау үшін резервуар жұмыртқа пішінде болғаны дұрыс. Ipi реакторлар мұндай формада көбіне бетоннан жасалады, сондықтан да оның құрылысы көп қаражатты да қажет етеді. Сол себепті оларды қолдануды да шектейді [14]. Бірақ кіші шағын көлемдегі реакторлар шыны пластиктен жасаған тиімді, яғни полиэфирлі шайырлардан және анағұрлым арзанға түседі.

Төбесі конус тәрізді болып келетін цилиндрлі резервуарлар жұмыртқа тәрізді болып келеді, газды да аздаған көлемде жинайды, қалдықтарды да жақсы шығарады. Дегенмен мұндай реакторларда сұйық субстараттың қозғалып тұруы шектеулі болады. мұндай пішіндегі үлкен резервуарлар коммуналдық жағдайда ақаба суларды жинап, тазалау үшін қолданылады, жұмыртқа пішінді реакторлар сияқты бетоннан жасалады. «Цилиндрлік» реакторлар анағұрлым салыстырмалы түрде арзан болып келеді. Жеке шаруа қожалықтарында осы реакторларды шыны пластиктен де жасайды, бірақ олардың көлемі салыстырмалы түрде шағын болып келеді. Мұндай реакторларда субстраттың қозғалысы анағұрлым жеңіл жүреді.

Цилиндрлік резервуарлар дайындалуы да өте қарапайым, бұл ауылшаруашылығында кеңінен қолданыс табуына бірден бір себеп болды (болат, бетон, шыны пластик, цистерна бункер, және т.б.). Алдыңғы резервуарлармен салыстырғанда бұл цилиндрлік резервуарда субстраттар қозғалысы қиын жүреді, және осы кезде көп шығын болып, масса араластыруға кететін энергия шығыны да жоғары болады.

Әдебиеттер тізімі:

1. Артамонов О.Д. Руководство к лабораторным работам по теплопередаче. - Л., 1976. - С.93
2. Баадер В. Биогаз: теория и практика. - M.: Колос.- 1982. - С. 148
3. Базилинская М.В. Биоудобрения. М.:Агропроиздат, 1989. - С. 126
4. Балясников И.А. Экологически эффективный способ переработки органических отходов. - Брянск, 1999. - С. 112-115.
5. Барановский И.Н. Плодородие почвы и влияние удобрений на воспроизводство плодородия и урожайность возделываемых культур. -M.: Монография Деп. во ВНИИТЭИ агропром, 246 ВС-91,1991. - С. 174
6. Башарина Н.Е. Влияние повышенных норм органических удобрений на плодородие дерново-подзолистых мелиорируемых почв и урожайность с.х. культур Ц Автореф. дисс. канд. с/х наук. - M., 1984. - С. 18
7. Безнеденко А.А. Математические модели химических реакторов. - Киев: Техника, 1970. - С.238
8. Безруких П.П. Состояние и перспективы развития возобновляемой энергетики России / Тракторы и с.-х. машины.- 2004. -№8. - С. 3-5.
9. Белов В. Биотопливо из рапса // Сельский механизатор. - 2004. - №5. - С.32.
10. Биогазовая установка // Земледелие. — 1998.-№2. - С. 34.
11. И. Ореховская Е.П., Зырина М.И. Эффективность применения птичьегопомета. Бюлл. ВИУА, М.1976, вып.32 - С. 118-121.
12. Ефремов В.Ф., Слизовская Н.А. Влияние термической обработки помета на качество и эффективность его применения. Бюлл. ВИУА. М.1976, вып.32. - С. 103-111
13. Агафонов М.Н. Влияние термически высушенного куриного пометана урожай сахарной свеклы икукурузына силос и его качество в условиях Центрально Черноземнойзоны. Автореф. дисс. канд. с.-х. наук. M., 1983. - С.24
14. Ефремов В.Ф., Скороходова Н.В. Урожайность кормовых культур при внесении сухого помета отдельно и в сочетании с минеральными удобрениями. - M., 1983. - С.26-28