CC BY
0DOI 10.53980/24131997_2022_4_29
Ю.Ц. Бадмаев, канд. техн. наук, e-mail: badmaev57@ bk.ru
Бурятская государственная сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова,
г. Улан-Удэ
УДК 6313:631.8(571.54)
МЕТОДИКА ЭКСПЛУАТАЦИИ БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ В УСЛОВИЯХ БАЙКАЛЬСКОГО РЕГИОНА
В материалах статьи изложены существующие проблемы переработки навозных стоков свиноферм при суровых природно-климатических условиях Байкальского региона и предложена более эффективная биогазовая технология. Объектом исследования является методика эксплуатации биогазовой установки БГУ-2 с биофильтром в метантенке, установленной в котельной сельскохозяйственного предприятия. Представлены общий вид метантенка и анаэробного биофильтра, технологическая схема переработки навозных стоков свиноферм, разработанная по результатам лабораторных исследований. Методика эксплуатации БГУ-2 описывает технологический процесс переработки навозных стоков с получением биогаза и органических удобрений.
Ключевые слова: биогазовая установка БГУ-2, методика эксплуатации, метантенк, биофильтр, навозные стоки, биогаз, удобрение.
Yu.Ts. Badmaev, Cand. Sc. Engineering
PROCEDURE FOR OPERATING A BIOGAS PLANT IN THE CONTEXT OF THE BAIKAL REGION
The article presents the existing problems of processing pig farm manure effluents under the harsh climatic conditions of the Baikal region and suggests a more efficient biogas technology. The object of the study is the method of operation of the biogas plant BGU-2 with a biofilter in a methane tank installed in the boiler room of an agricultural enterprise. The general view of the methane tank and the anaerobic biofilter technological scheme for processing pig farm manure effluents, developed by us based on the results of laboratory studies, is presented. The operating procedure of BSU-2 describes the technological process of processing manure effluents to obtain biogas and organic fertilizers.
Key words: biogas plant BSU-2, operating procedure, methane tank, biofilter, manure drains, biogas, fertilizer.
Введение
В настоящее время к сельскохозяйственным предприятиям Байкальского региона предъявляют повышенные требования к проблемам переработки органических отходов животноводства, так как это связано и с суровыми природно-климатическими условиями их расположения, и с решениями задач сохранения чистоты окружающей природной среды водного и воздушного бассейна уникального озера Байкал. Поэтому научно-исследовательские работы, проводимые нами, направлены на реализацию данной проблемы путем разработки и внедрения высокоэффективной биогазовой технологии и повышения интенсивности переработки отходов животноводства в более короткие сроки. Существующие технологии, особенно для обеззараживания навоза и навозных стоков свиноферм, не отвечают высоким требованиям переработки при холодных температурных режимах, потому что эти животноводческие отходы либо скапливаются вблизи сельскохозяйственных предприятий и плохо перерабатываются, либо недостаточно обеззараживаются химическими и биологическими способами или другими технологиями. Однако следует отметить, что были попытки применения анаэробной
переработки органических отходов животноводства в биогазовых установках, которые отличались тем, что не были учтены природно-климатические условия Сибирского региона, когда температура окружающей среды в зимний период составляет -20 - -50 °С.
Объекты и методы исследования
Цель научно-исследовательских работ -разработка методики эксплуатации биогазовых технологий в суровых условиях Байкальского региона. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: исследование производства энергии при эксплуатации биогазовой технологии при суровых природно-климатических условиях; интенсификация процесса переработки навозных стоков: определение эффективности применения анаэробного биофильтра в метантенке.
Объектом исследования является технология интенсивной переработки навозных стоков свиноферм в биогазовой установке второго поколения БГУ-2. Методика исследований при эксплуатации биогазовой установки в суровых условиях Байкальского региона основывается на том, что для экономии энергетических ресурсов на технологический процесс переработки навозных стоков в метантенке предусматривается размещение биогазовой установки в здании котельной сельскохозяйственного предприятия.
Биогазовая установка БГУ-2 предназначена для интенсивной переработки навозных стоков свиноферм малых сельскохозяйственных предприятий, таких как фермерские и крестьянские хозяйства Байкальского региона. Интенсификация технологического процесса переработки навозных стоков основана на том, что в метантенке установлен биофильтр (АБ), который является основным конструктивным элементом биогазовой установки. На рисунке 1 показаны общий вид метантенка, анаэробного биофильтра и соответственно их технологическая схема (1 в) [1, 3, 5].
а б в
Рисунок 1 - Биогазовая установка БГУ-2: а, б - общие виды метантенка и биофильтра; в - технологическая схема метантенка с биофильтром: 1 - корпус метантенка; 2 - теплоизоляция; 3 -биофильтр (4 - лопасти; 5 - полиэтиленовые емкости, 5.1 - капроновая сетка, 6 - вал биофильтра); 7 - компрессор; 8 - штуцер; 9 - труба для загрузки исходного сырья; 10 - труба удаления переработанного сырья; 11 - трубка отвода образующегося биогаза; 12 - труба для слива
образованного шлама
Метантенк (рис. 1 а, в) представляет собой емкость цилиндрической формы, утепленную по всему наружному периметру пенопластом или другим теплоизоляционным материалом, имеет конусообразную форму дна и крышки. В камере сбраживания метантенка установлен биофильтр (3) шарообразной конструкции с лопастями (4). Биофильтр предназначен для накопления метанообразующих микроорганизмов на капроновых сетках (5.1), которые являются основными ускорителями анаэробной переработки навозных стоков. Для ликвидации застойных явлений в перерабатываемом сырье биофильтр вращается вокруг своей оси на валу (6) [2, 4, 6].
В таблице 1 представлена техническая характеристика БГУ-2 с анаэробным биофильтром.
Таблица 1
Техническая характеристика биогазовой установки БГУ-2
Наименование Ед. изм. Показатели
Метантенк
Тип - цилиндрический
Габаритные размеры метантенка (Д х Н) м 1,3 х1,6
Поверхность теплоотдачи м2 6,13
Полезная вместимость м3 1,48
Общий объем метантенка м3 1,98
Биофильтр
Тип АБ шарообразный
Диаметр м 0,8
Количество лопастей Шт. 8
Материал носителя лопастей биофильтра капроновая сетка (шнур)
Площадь поверхности носителя м2 23,0
Частота вращения биофильтра об/мин 1,0-1,5
Газосборник
Тип, исполнение ГМ Цилиндрический, мокрый
Технологический носитель - Вода
Габаритные размеры метантенка (Д х Н-max) м 1,2 х 1,1-1,5
Методика эксплуатации биогазовой установки в суровых условиях Байкальского региона происходит следующим образом (рис. 2): исходный навоз из свинофермы (1) поступает в отстойник-теплообменник (9), затем, через отделитель грубых включений (4), насосом (10) закачивается в метантенк с биофильтром (5) для анаэробной переработки. Перед запуском биогазовой установки на рабочий режим метантенк продувается углекислым газом для создания анаэробных условий.
3
Рисунок 2 - Технологическая схема монтажа биогазовой установки в котельной сельскохозяйственного предприятия: 1 - свиноферма; 2 - навозосборник-теплообменник; 3 - котельная; 4 - отделитель грубых включений; 5 - метантенк с биофильтром; 6 - газосборник; 7 - котел на биогазе; 8 - газогенератор ГАЗ-2,5кВт; 9 - фекальный насос РТН-65; 10 - насосы загрузки; 11 - компрессор L-BV2; 12 - потребитель
(отопление зданий)
Перемешивание перерабатываемого сырья (ликвидация застойных явлений в камере сбраживания метантенка) осуществляется биофильтром (рис. 1 б, в), который вращается вокруг своей оси на валу (6) с помощью выталкивающей силы подающегося биогаза компрессором (7) через штуцер (8). Биогаз при этом (рис. 1 б, в) накапливается в полиэтиленовых емкостях (5), создавая вращательное движение биофильтра, частота вращения которого показана в технической характеристике (табл. 2).
Таблица 2
Технологическая характеристика биогазовой установки БГУ-2
Параметр Ед. измерения Значение
Температура исходного навоза °С 16-17
Суточная доза загрузки метантенка м3/сут 0,29
Периодичность загрузки метантенка сут 1,0
Температура технологического процесса (мезофильный режим) °С 36-37
Давление в метантенке МПа 0,15-0,20
В метантенке установлен теплообменник для подогрева (теплоноситель - вода) перерабатываемого сырья по следующему контуру: котел на биогазе - теплообменник - котел на биогазе. Полученный биогаз при анаэробной переработке навозных стоков свиноферм поступает в газосборник (6), представленный на рисунке 2. Далее переработанный навоз поступает в навозосборник-теплообменник (2), где происходит теплообмен с исходным навозом. Переработанный навоз представляет собой высокоэффективное и обеззараженное органическое удобрение, лишенное семян сорных растений и болезнетворных микроорганизмов. Образующийся биогаз собирается в мокром газосборнике (6) и является энергоносителем для газового котла (7), а также используется для производства электроэнергии для сельскохозяйственного предприятия с помощью газогенератора (8). Интенсивность переработки навозных стоков свиноферм контролируется по образованию биогаза из метантенка, который зависит от накопления активной биомассы на рабочих поверхностях лопастей биофильтра [7, 8].
Результаты исследований
Экспериментальные исследования биогазовой установки БГУ-2 были проведены на свиноферме с содержанием 110 голов животных в сельскохозяйственном производственном кооперативе (СПК) «Тамча» Селенгинского района Республики Бурятия, которые позволили получить производственное подтверждение (табл. 3) выполненных лабораторных опытов применения анаэробного биофильтра в камере сбраживания метантенка [1, 7, 9].
Производственные условия эксплуатации биогазовой установки (БГУ) позволили определить эффективность применения биофильтра (АБ) в метантенке на интенсивность переработки навозных стоков свиноферм в сравнении с существующими технологиями анаэробной переработки.
Таблица 3
Результаты экспериментальных исследований биогазовой установки БГУ-2 в производственных условиях
Скорость образования биогаза (Ус м3/м3сут) при переработке навозных стоков свиноферм в биогазовой установке БГУ-2
Сутки с биофильтром без биофильтра -
экспериментальное теоретическое экспериментальное
1-3 0,75 0,97 0,1
4 0,96 1,2 0,4
5 1,0 1,4 0,6
6 1,3 1,7 0,8
7-12 2,6 2,5 1,2
13-14 3,9 4,1 2,7
15-20 6,85 6,2 5,0
22-30 0,89 1,1 5,5
Заключение
1. Интенсификация переработки навозных стоков свиноферм в суровых природно-климатических условиях Байкальского региона основана на эксплуатации биогазовой технологии в закрытых помещениях котельной сельскохозяйственных предприятий.
2. Разработанная цилиндрическая форма метантенка и его конусообразное дно обеспечивают накопление активного ила, и при сливе переработанного сырья ил остается в камере сбраживания емкости, что способствует ускорению технологического процесса газообразования.
3. Эффективность применения биофильтра в метантенке БГУ-2 контролируется по образованию биогаза при переработке навозных стоков свиноферм, т. е. скорость образования биогаза в метантенке с анаэробным биофильтром (Vc м3/м3сут) на 29 % выше, чем без биофильтра.
Библиография
1. Бадмаев Ю.Ц., Сергеев Ю.А. Результаты лабораторных исследований иммобилизации мета-нообразующих микроорганизмов на твердых носителях // Вестник БГСХА им. В.Р. Филиппова. - 2017. - № 3 (43). - С. 70-77.
2. Бадмаев Ю.Ц. Эффективная переработка органических стоков в Байкальском регионе с применением анаэробного биофильтра // Вестник Крас. ГАУ. - 2009. - Вып. 7 (34). - С. 172-174.
3. Бадмаев Ю.Ц. Интенсивная технология анаэробной переработки органических стоков в Байкальском регионе // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. - 2009. - № 3 (16). - С. 157-160.
4. Бадмаев Ю.Ц., Ковалев А.А., Фёдоров М.В. Эффективность производства биогаза для предприятий АПК Байкальского региона // Энергетический вестник Санкт-Петербургского ГАУ: сб. науч. тр. - СПб.: Изд-во С-ПГАУ, 2009. - С. 227-231.
5. Бадмаев Ю.Ц., Шагдыров И.Б., Кушнарёв С.Н. Система анаэробного «бактериального фильтра» при сбраживании органических стоков животноводства // Материалы междунар. науч.-практ. конф., посвящ. 85-летию БГСХА и 55-летию инженерного факультета, 1-5 июня 2016 г. - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2016. - С. 9-14.
6. Бадмаев Ю.Ц., Сергеев Ю.А. Технологии переработки навоза и навозных стоков и методы их совершенствования // Сб. науч. тр. ВСГУТУ. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2017. - Вып. 13. - С. 27-30.
7. Бадмаев Ю.Ц. Производственная проверка биогазовой установки второго поколения БГУ-2 в условиях Республики Бурятия // Материалы междунар. науч.-практ. конф. - Новосибирск: СФНЦА РАН, 2019. - С. 263-267.
8. Бадмаев Ю.Ц. Высокоинтенсивная технология анаэробной переработки органических отходов животноводства в условиях Республики Бурятия: науч.-метод. рекомендации: ФГОУ ВПО «Бурятская ГСХА им. В.Р. Филиппова». - Улан-Удэ: Изд-во БГСХА им. В.Р. Филиппова, 2014. - 104 с.
9. Бадмаев Ю.Ц. Совершенствование технологии анаэробной переработки навозных стоков свиноводства в условиях Республики Бурятия: дис. ... канд. техн. наук: 05.20.01. - Улан-Удэ, 2021. -150 с.
Bibliography
1. Badmaev Yu.Ts., Sergeev Yu.A. Results of laboratory studies of immobilization of methane-forming microorganisms on solid carriers [Text] // Bulletin of the Buryat State Agriculture Academy. - 2017. -N 3 (43). - P. 70-77.
2. Badmaev Yu.Ts. Effective processing of organic effluents in the Baikal region with the use of an anaerobic biofilter [Text] // The Bulletin of KrasGAU. - 2009. - Issue 7 (34). - P. 172-174.
3. Badmaev Yu.Ts. Intensive technology of anaerobic processing of organic effluents in the Baikal region // Bulletin of the Buryat State Agricultural Academy. - 2009. - N 3 (16). - P. 157-160.
4. Badmaev Yu. Ts., KovalevA.A., FyodorovM.V. Efficiency of biogas production for agro-industrial enterprises of the Baikal region // Energy Bulletin: Collection of scientific works. - Publishing House of the SPbSAU, 2009. - P. 227-231.
5. Badmaev Yu.Ts., ShagdyrovI.B., Kushnaryov S.N. The system of anaerobic "bacterial filter" during fermentation of organic animal husbandry effluents // Materials of the international scientific and practical conference dedicated to the 85 th anniversary of the Buryat State Agriculture Academy and the 55 th anniversary of the Faculty of Engineering on June 1-5, 2016 - Ulan-Ude: Publishing House of the Buryat State Agriculture Academy, 2016. - P. 9-14.
6. Badmaev Yu.Ts., Sergeev Yu.A. Technologies of manure and manure effluents processing and methods of their improvement // Collection of scientific works of ESSTUM. - Ulan-Ude: Publishing House of ESSTUM, 2017. - Vol. 13. - P. 27-30.
7. Badmaev Yu.Ts. Production inspection of the biogas plant of the second generation of BSU-2 in the conditions of the Republic of Buryatia // Materials of the international scientific and practical conference. -Novosibirsk: SFNCA RAS, 2019. - P. 263-267.
8. Badmaev Yu.Ts. High-intensity technology of anaerobic processing of organic animal waste in the conditions of the Republic of Buryatia: Scientific and methodological recommendations: the Buryat State Agriculture Academy. - Ulan-Ude: the Buryat State Agriculture Academy, 2014. - 104 p.
9. Badmaev Yu.Ts. Improving the technology of anaerobic processing of pig manure in the conditions of the Republic of Buryatia: dissertation for ... Cand. Sc. Engeneering. - Ulan-Ude, 2021. - 150 p.
