Основы природоохранных биотехнологий. Практикум. Учебное пособие

6161

61

Практическая работа № 6.

БИОГАЗОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ КРУПНЫХ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Цель работы – получить навыки расчета технологических параметров работы установок по переработке отходов крупных животноводческих комплексов.

Теоретические сведения

Безотходная технология утилизации птичьего помета с помощью биотехнологических методов позволяет полностью перерабатывать этот крупнотоннажный отход и производить ценную продукцию, применяемую в различных областях. На рис 12. представлены данные по соотношению различных видов продукции, получаемой при утилизации птичьего помета.

Биогазовая технология позволяет утилизации птичьего помета решать задачи санитарно-гигиенического благополучия птицеводческих комплексов и использования нетрадиционных источников энергии.

В настоящее время разработка новых биогазовых технологий и серийное производство биогазовых систем направлено на выпуск автономных биоэнергетических установок (АБЭУ). Параметры их работы приведены в табл. 26.

Биоэнергетические комплексы позволяют получить из органических отходов биогаз и высокоэффективные органические удобрения. Кроме того в состав такого комплекса могут быть включены аппараты по переработке послеспиртовой барды в биогаз, органические удобрения и кормовой витамин В12.

Биоэнергетические установки могут работать в термофильном и мезофильном режимах. Конструктивные особенности аппаратов позволяют вести процесс непрерывно. По эксплуатационным характеристикам установки превосходят зарубежные аналоги: в частности, выход биогаза в 1,5 раза больше.

62

БВК БАВ биогаз удобрения

Рис. 12. Соотношение различных видов продукции, получаемой по биогазовой технологии из отходов

На эксплуатацию установки расходуется не более 30 % вырабатываемого биогаза.

ООО «ГРИНТЕК» также активно занимается разработкой новых биотехнологических методов переработки отходов и производством соответствующего оборудования (табл. 27).

Интерес к биогазовым установкам побуждает ряд предприятий, общественных организаций, отдельных физических лиц страны к разработке своих вариантов установок.

Задание

Получить индивидуальное задание у преподавателя по подбору технологического оборудования для реализации биогазовой технологии на производстве с заданным объемом товарного биогаза. Пользуясь данными, приведенными в табл. 26-27, подобрать необходимое технологическое оборудование.

63

64

Таблица 27

Техническая характеристика типовых установок ООО «ГРИНТЕК»

65

Практическая работа № 7.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Цель работы – получение навыков расчета конструктивных параметров установки для производства биогаза.

Теоретические сведения

Органические материалы - один из крупнейших источников энергии, дающий более 160 млрд тонн возобновляемых ресурсов в виде биологической массы, котораяможет использоваться в качестве сырья для биогазовых установок.

Биогазовые установки служат для снижения объемов отходов; защиты природной среды; производства энергии (для отопления зданий, нагревания воды, сушки сена и семян, для обеспечения работы газовых двигателей, получения электроэнергии, производства удобрений).

Технология производства биогаза из биологической массы, включающей отходы животноводческих производств, варьируется в зависимости от вида аппаратных комплексов производства биогаза, способных работать как каскад аппаратов непрерывного, периодического и совместного действия.

В аппаратном комплексе непрерывного действия (рис. 13) биологические отходы животноводческих комплексов непрерывно поступают в реакционный аппарат. В таком же объеме непрерывно из него выводится в виде ила обработанные отходы, которые передаются в емкость для сбора и хранения ила. Эффективность такого аппаратного комплекса очень высока, нонергоэ - и материалоемкость также достаточно большая.

В аппаратный комплекс производства биогаза периодического действия (рис. 14) люченывк два реакционных аппарата первой и второй ступени, в которых обеспечивается более высокая степень эффективность протекания технологического процесса.

66

В аппаратном комплексе смешанного действи (рис. 15) реакционный аппарат совмещен с емкостью для сбора ила.

Рис. 13. Аппаратный комплекс производства биогаза непрерывного действия: 1 — емкость для сбора биогаза; 2 — реакционный аппарат; 3 — емкость для сбора ила

Рис. 14. Аппаратный комплекс производства биогаза периодического действия: 1 — емкость для сбора биогаза; 2 — реакционный аппарат первой ступени; 3 —реакционный аппарат второй ступени 4 — емкость для сбора ила

Рис. 15. Аппаратный комплекс производства биогаза смешанного действия: 1 - реакционный аппарат, совмещенный с емкостью для сбора ила; 2 — емкость для сбора биогаза

67

В состав аппаратных комплексов производства биогаза включают в первую очередь реакционное оборудование, которое может быть представлено биореакторами, работающими по принципу ферментирования с доступом кислорода воздуха или метанообразования, исключающего доступ кислорода. Для обеспечения оптимального температурного режима процессов кислородного или бескислородного сбраживания используются теплообменные установки. Этузадачу также можно решить путем устройства реакционного оборудования частично или полностью закрытыми в грунте. Процесс ведут при непрерывном перемешивании.

Сырьевые ресурсы для производства биогаза в непрерывном режиме:

-растительные культуры, например, травы, кукуруза, овощи, хлебные злаки;

-отходы пищевой и перерабатывающих отраслей, например, навоз, помет, жиры, канализационные стоки, биологический мусор, спиртовая барда.

Расчет биогазовой установки — важнейший элемент проектирования и всегда предваряет выбор технологии и тем более конструктивного исполнения оборудования.

Прежде всего, требуется определить:

- тип процесса брожения (термофильный либо мезофиль-

ный);

-длительность брожения;

-организацию сбора биогаза;

-порядок заполнения метантенка;

-вариант организации теплоснабжения метантенка (резер-

вуара); - способ загрузки субстрата и удаления шлама.

В процессе проектирования определяющее значение имеет определение оптимального объема биомассы, загружаемой для переработки. При меньших объемах органического материала нарушается равновесие системы, при увеличенных загрузках на-

68

блюдается переокисление биологической массы, что обуславливает замедление выделения биогаза.

Анализ элементов, содержащихся в навозе, свидетельствует, что в нем имеется: около 25–93 % воды, 13–17 % подстилки, 7–11 % корма, до 17 % грунтовой массы и иных примесей. Наличие этих компонентов оказывает воздействие на объемы сухих органических компонентов в субстрате, крометого, объем воды определяет влажность биомассы. Дляопределения содержимого сухих компонентов, а акжет параметров влажности используют таблицы, приведенные в приложениях 11-14 и поправочные коэффициенты.

Расчетная часть

69