Одним із найбільш перспективних методів утилізації відходів агропромислового комплексу (рослинництва, тваринництва) є їх біоконверсія в енергоносій біогаз шляхом мікробіологічної ферментації.
Біомаса – це органічна речовина, яка утворюється в процесі фотосинтезу, коли за допомогою хлорофілу рослинна клітина вловлює (фіксує) сонячну енергію з наступним перетворенням її в енергію хімічних зв’язків синтезованих органічних сполук.
Біомаса (рослинна та гнойова) належить до поновлюваних джерел енергії. Рослинна біомаса Землі має енергетичний потенціал, який відповідає усім відомим запасам енергії корисних копалин. Гнойова біомаса теж містить значну кількість енергії. Науковими дослідженнями було встановлено, що сільськогосподарські тварини використовують енергію, яка міститься в органічних речовинах рослинних кормів, з низьким коефіцієнтом. Так, в організмі тварин внаслідок складних багатоетапних біохімічних процесів енергія рослинних кормів трансформується у продукцію в середньому на 16,4 %; 25,6 % енергії витрачається на перетравлення та засвоєння кормів, а 58 % енергії переходить у гній.
Біометаногенез – це процес перетворення органічних сполук біомаси на біогаз за участю метаноутворюючих анаеробних мікроорганізмів.
Коефіцієнт трансформації енергії біомаси в енергію метану при цьому процесі досягає 80%. Це давно відомий процес, відкритий ще 1776 р. Вольтом, який встановив наявність метану в болотному газі.
Процес біометаногенезу проходить за участю метаноутворюючих мікроорганізмів, яких ідентифіковано від 30 до 50 видів. Це симбіотичне угруповання і завдяки тому, що воно може змінювати свої шляхи ферментації, функціонує як саморегулююча система, яка підтримує оптимальні значення рН, окислювально-відновний потенціал і термодинамічну рівновагу в реакторі.
Формування мікрофлори метантенка відбувається за рахунок мікроорганізмів, які потрапили в нього разом з субстратом.
Біометаногенез відбувається в три етапи: етап гідролізу, ацидогенезу та, власне, метаногенез.
Для активної діяльності метаногенів потрібно створити ряд умов. Сприятливим для життєдіяльності метаноутворюючих мікроорганізмів є середовище, в якому концентрація сухої речовини знаходиться на рівні 8–12%, а довжина частинок біомаси – не більше 30 мм. Оптимальним співвідношенням азоту та вуглецю є 10–30: 1 (С: N). Перший і другий етапи біометаногенезу – це кисла фаза або воднева (рН 4,0–6,5), а третя метанова фаза – лужна (рН 7,2–7,6).
Оптимальними температурами, за яких життєдіяльність мікроорганізмів відбувається найбільш активно, є: для психрофітів – 6–20 °С, мезофілів – 32–33 °С, а для термофілів 52–54 °С.
Тому розрізняють три температурних режими одержання біогазу:
1) психрофільний – від 0 до 20 °С;
2) мезофільний – від 20 до 40 °С;
3) термофільний – від 40 до 60 °С.
В зброджуваній біомасі повинні бути відсутні важкі метали, антибіотики тощо.
На представленому відео ви можете ознайомитись із будовою та принципами роботи біогазового заводу:
Склад газу нестабільний і залежить від багатьох факторів : курячий послід , коров’ячий та свинячий гній мають в своєму складі бактерій здатних підтримувати метанове бродіння , але залишковий матеріал не сприяє особливо високому вмісту метану. Послід та гній може бути лише джерелом бактерій , основним матеріалом можуть бути відходи деревообробної промисловості чи опале листя , але вони бідні на зв’язаний азот необхідний для розвитку бактерій ( може бути внесений із сечею ) . Склад біогазу: 55-75% метану, 25-45% СО2, незначні домішки водню (Н2) і сірководню (Н2S), азоту, ароматичних вуглеводнів, галогено-ароматичних вуглеводнів. Відпрацьована маса може бути використана як органічне добриво ( при зв’язуванні сірки у відпрацьованій масі покращується якість добрив та зменшується корозійна здатність продуктів горіння газу через зменшення в їх складі кількості SO2) .
Можна визначити такі напрями використання біогазу:
- спалювання в котельних агрегатах для нагрівання води та використання її у технологічному процесі або іншими споживачами;
- підготовка біогазу та подавання його в газорозподільні мережі місцевих споживачів природного газу;
- підготовка і заправка біогазом газобалонних автомобілів, тракторів;
- вироблення електроенергії.
В умовах реформування аграрного сектора економіки України цей напрям біоконверсії дозволить на першому етапі зменшити споживання електроенергії для потреб фермерських господарств, а в подальшому, широко впроваджуючи моторгенератори на біогазі, повністю перейти на самозабезпечення господарств електроенергією. Крім енергетичної і економічної проблеми, біотехнологія анаеробного зброджування дає можливість вирішувати екологічні та санітарногігієнічні проблеми. В результаті переробки гною шляхом анаеробного бродіння гине патогенна мікрофлора, яйця і личинки гельмінтів, насіння бур’янів, а також відбувається дезодорація гною.
Біотехнологія утилізації відходів з одержанням біогазу широко розповсюджена як у промислово розвинених країнах, так і країнах, що розвиваються. Нині більш ніж у 60-ти країнах світу енергетичні та економічні проблеми вирішуються за допомогою біогазових установок. У багатьох державах тваринницькі ферми створюються паралельно з установками метанового бродіння, тобто БГУ входять до складу тваринницького комплексу.
Більше інформації ви зможете знайти, перейшовши за наступними посиланнями:
http://journal.esco.co.ua/2012_12/art126.htm
https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%96%D0%BE%D0%B3%D0%B0%D0%B7
http://agropump.com.ua/ua/statti/34-biogas-z-widhodiv
Підготувала:
студентка БП-42 групи
Четирбок Марія
Leave a Comment
Щоб відправити коментар вам необхідно авторизуватись.