5.1. Біогаз.

У першому розділі ми вже розглядали властивості і склад біогазу.

Біогаз - це газоподібна частина продуктів анаеробного розкладання органічних речовин, що є результатом життєдіяльності симбіозу безлічі видів бактерій. Тобто, процес анаеробного бродіння - біологічний процес. Він існують сам по собі і в природних умовах: по-перше, в шлунках тварин організмів нашої планети, а по-друге, в товщі грунту або на дні водойм, де утруднений доступ кисню.

Біогазова установка - еквівалент акваріума, в якому містяться не риби, а спеціальні бактерії.

В силу таких початково біологічних властивостей техпроцесу роботи біогазової установки неможливо абсолютно точно підрахувати заздалегідь такі вихідні параметри, як конкретний набір хімічних реакцій, глибину розкладання біомаси, питома вихід біогазу та його склад. Кількість «зовнішніх» чинників, що впливають на техпроцес (керуючі впливу) досить обмежена. Зазвичай це температура, градієнт температури і швидкість зміни температури всередині реактора, ступінь герметичності реактора, частота подачі в реактор і розмір порції свіжого сировини, частота виїмки шламу, частота і тривалість циклів перемішування субстрату всередині реактора. Природні ж «внутрішні» фактори описуються тисячами можливих параметрів. Одних тільки видів бактерій, які беруть участь в процесі, може бути більше тисячі, а є ще хімічний склад і фізичні кондиції вихідної сировини.

Розрахувати все це практично неможливо. Тому при проектуванні біогазових установок використовують експериментальні результати, отримані на лабораторних установках, що моделюють необхідний техпроцес в мініатюрі. Також збирається статистика діючих великих БГУ. Статистичні дані обробляються, групуються, і у результаті виходять таблиці рекомендованих параметрів техпроцесу і приблизні вихідні параметри при застосуванні різних типів сировини. Але розкид величин в таких таблицях становить до 50%.

Відео: Вітрогенератор, кінетичний вітрогенератор їх властивість!

Тому передбачити, наприклад, добовий вихід і склад біогазу для проектованої біогазової установки спочатку можна саме з подібною точністю. Для збільшення точності розрахунків до кількох відсотків, необхідно провести лабораторний експеримент і відповідні вимірювання. Проте, найпростіші розрахунки дозволять хоча б оцінити кордону виходу біогазу, особливо верхню.

Як відомо, вихідна сировина складається з води і так званого сухого речовини (СВ). Співвідношення води і сухої речовини сировини характеризується таким параметром, як вологість.

Суху речовину сировини складається з органічних (ОСВ) і неорганічних речовин. Співвідношення неорганічних і органічних речовин характеризується таким параметром, як зольність.

Для отримання цих параметрів, необхідно взяти проби сировини і провести відповідні аналізи в лабораторії.

Отже, знаючи тип сировини, і його вологість і зольність, можна порахувати, скільки органічної речовини міститься в одиниці маси сировини. Знаючи добова кількість вихідної сировини, можна порахувати, скільки ОСВ буде потрапляти в реактор біогазової установки щодоби.

У статистичних таблицях зазвичай вказують, який обсяг біогазу виділиться з одиниці маси ОСВ протягом оптимальної тривалості циклу бродіння цього типу сировини. Зазвичай, ця величина становить від 0,2 до 0,8 м3 / кг ОСВ. Щільність біогазу становить приблизно 1,13 кг / м3. Тому, якби все органічна речовина перетворилося в біогаз, то вихід біогазу склав би 0,885 м3 / кг ОСВ. Однак, в процесі анаеробного бродіння виходить не тільки біогаз, але також і вода, причому маса виділилася води може бути дорівнює масі виділився біогазу. Співвідношення виділяються води і біогазу залежить від переважання в процесі тих чи інших хімічних реакцій, а воно, у свою чергу, залежить від бактеріального складу і вихідного складу сировини. Крім води і біогазу, утворюється ще і деяка кількість мінеральних солей.

Крім того, оптимальна тривалість циклу зазвичай вибирається за критерієм максимальної швидкості виходу біогазу. Після розкладання близько половини ОСВ в складі сировини швидкість виділення біогазу зазвичай помітно падає. Це пов`язано з тим, що органічний склад ОСВ у вихідній сировині достатньо неоднорідний. Тому спочатку розкладаються бистрорасщепляемие речовини, а «довгограючі» компоненти, типу лігніну, за цей термін залишаються майже недоторканими. Таким чином, глибина розкладання біомаси в реакторах БГУ зазвичай становить 40-60%. Ця величина може бути більше тільки при застосуванні однорідного штучно створеного органічної сировини, типу гліцерину, або при застосуванні попередньої глибокої гомогенізації сировини, типу кавитационного подрібнення, що руйнує навіть молекулярні зв`язки.

Ось і виходить, що реально з 1 кг ОСВ можна вичавити 0,3-0,5 куб.м біогазу.

Тепер розберемо це все на прикладі. Припустимо, що у Вашому господарстві є 5 корів, які стоять в стійлі. Їх гній разом з сечею збирається в окрему канаву. Вологість такої суміші гною з сечею зазвичай становить близько 85%. Добовий вихід гною без сечі у однієї корови доходить до 35 кг. Вологість гною без сечі зазвичай становить близько 70%. Щільність гною без сечі становить близько 950 кг / м3. Зольність сухої фракції коров`ячого гною становить від 2 до 20%, залежно від методу збору гною. Тобто, все залежить від того, як багато домішок піску і каменів потрапить в гній. В даному випадку зольність повинна бути не вище 5%. Вологість і зольність обрані зі статистичних даних, а щільність можна виміряти самостійно «методом Архімеда» за допомогою пружинних ваг і відра.

З 5 корів на добу збереться 35 * 5 = 175 кг гною. У цьому гної буде 175 * (100-70) / 100 = 52,5 кг сухої речовини. У цьому сухій речовині буде 52,5 * (100-5) / 100 = 49,875 кг органічного сухої речовини. Використовуючи статистично отримане значення питомої виходу біогазу з коров`ячого гною 0,4 м3 / кг, отримаємо добовий вихід біогазу 49,875 * 0,4 = 19,95 м3. Слід пояснити, чому ми з питомої виходу біогазу з 1 кг ОСВ за весь цикл бродіння отримуємо добовий вихід. Справа в тому, що біогазові установки практично завжди працюють в безперервному циклі. Це означає, що кожну добу в них додається добова доза субстрату, а вийшов надлишок шламу зливається. Шламу зливається трохи менше, ніж заливається субстрату, тому що частина вмісту реактора вийшла назовні у вигляді біогазу. Обсяг реактора вибирається такий, щоб робочий простір реактора містило кількість добових доз субстрату, помножених на тривалість циклу в добі. Так вийде, що середній час перебування субстрату в реакторі і складе один цикл. Можна уявити реактор, як конвеєр, довжина якого відповідає обсягу робочої області реактора. Добова доза - це один об`єкт на конвеєрі. Конвеєр має довжину, яка вказує на кількість об`єктів, рівному довжині циклу в добі. В добу конвеєр зсувається на одну дозу. Виходить, що швидкість переробки становить 1 дозу на добу, але завдяки довжині конвеєра, ця доза знаходиться на ньому всю тривалість циклу.

За весь час циклу має виділитися стільки біогазу, скільки сировини знаходиться всередині реактора. Наприклад, рекомендована тривалість циклу бродіння коров`ячого гною в мезофільному режимі становить 16 діб. Значить, всередині реактора завжди знаходиться 16 добових обсягів субстрату. За 16 діб з реактора має виділитися в 16 разів більше біогазу, ніж з однієї добової порції субстрату. Але за одну добу виділиться 16/16 = 1 порція біогазу, як з добової порції субстрату за повний час циклу.

Тепер розглянемо, наскільки точно ми зробили розрахунок добового виходу біогазу. Якщо подивитися накопичену в світі статистику по питомій виходу біогазу з гною ВРХ, то величина виходу буде лежати в межах 0,1-0,8 м3 / кг ОСВ. Значить, вихід біогазу може відповідно коливатися від 5 до 40 м3. Зауважу тільки, що мій досвід показує мені в бік величини 5 м3.

Є ще одна статистична величина, за допомогою якої ми можемо перевірити наші розрахунки. На великих біогазових установках зібрана статистика по питомій добовому виходу біогазу по відношенню до обсягу реактора. Зазвичай для коров`ячого гною це 0,8-0,9 м3 біогазу на 1 м3 повного обсягу реактора на добу.

Порахуємо обсяг реактора для нашого прикладу. У добу ми маємо еквівалент 175 кг гною вологістю 70%. Ми додамо воду для отримання субстрату вологістю 90% (для малої біогазової установки важко буде оперувати з субстратом меншою вологості через високу в`язкості). Таким чином, ми отримаємо в добу 175 * (100-70) / (100-90) = 525 кг субстрату. Значить, ми додали 525-175 = 350 кг (або л) води. Обсяг вихідного гною становив 175/950 = 0,184 м3, або 184 літра. Значить, загальний обсяг добової порції субстрату становить 184 + 350 = 534 л. Обсяг робочої частини реактора повинен скласти 534 * 16 = 8544 л, або 8,544 м3. Зазвичай, обсяг газового буфера складає 20% його загального обсягу, відповідно, обсяг робочої області реактора становить 80% його обсягу. Тоді повний обсяг реактора повинен скласти 8,544 / 80 * 100 = 10,68 м3.

Вихід біогазу з такого реактора, що працює на коров`ячому гної повинен бути в межах 8,5 - 9,6 м3. Це означає, що коефіцієнт 0,4 м3 / кг ОСВ, який ми спочатку взяли для розрахунків, завищений в два рази. Не можна стверджувати, що він невірний, цілком можливий і такий випадок, але найчастіше так не буває.

Резюмуючи все розрахунки, показані в цьому розділі з приводу отримання біогазу, можу порадити тільки одне: «Будьте песимістами!» Поки Ви не дослідили експериментально конкретне сировину, для переробки якого ви збираєтеся будувати біогазову установку, беріть для розрахунків нижню планку зі статистичних таблиць.

Зміст кгігі: Що таке біогаз.

Поділися в соц мережах:

Увага, тільки СЬОГОДНІ!

Схожі