CC BY
7УДК 628.336.6
Бахов Ж.К.
Доктор технических наук, профессор кафедры экологии, Казахский агротехнический университет им.С.Сейфуллина (Казахстан)
Жумадилова Н.Б.
докторант кафедры ЮНЕСКО по устойчивому развитию, Казахский национальный университет им.аль-Фараби (Казахстан)
Кубей А.Ж.
магистрант кафедры биотехнологии, Казахский агротехнический университет им.С.Сейфуллина (Казахстан)
ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ ИНТЕГРИРОВАННЫХ СХЕМ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ ЖИВОТНОВОДСТВА
Аннотация: рассматривается возможность построения интегрированных схем анаэробной переработки животноводческих отходов в различных агрокомплексах. В результате внедрения таких технологий переработки отходов повышается их эффективность, рационально используется энергетический потенциал отходов.
Ключевые слова: анаэробная переработка ,биогаз, биореактор, отходы агрокомплекса.
Анаэробная переработка органических веществ, в биогазовых реакторах представляет собой сложный процесс [1]. Теоретические и практические исследования в области биологической переработки растительной биомассы, отходов животноводства и птицеводства в биогаз показали, что активность бактерий и соответственно объем биогаза, получаемого в результате переработки, при прочих равных условиях напрямую зависит от температуры. Чем выше температура, тем быстрее идет процесс переработки, больше вырабатывается биогаза, меньше остается патогенных микроорганизмов. Процесс генерации метана очень чувствителен к таким факторам, как изменения в исходных материалах и колебания температуры [2]. Метановые бактерии сравнительно легко выдерживают температурные колебания среды в биореакторе только в пределах 3-4оС/сутки. Какие-либо перебои или изменения в составе субстрата, изменения физико-химического режима приводят к тем более длительной задержке, чем интенсивнее шел процесс до этого [3]. Таким образом, не может быть универсальной установки для переработки органического сырья в биометан. Недостатком большинства биореакторов является то, что у них поддержание термофильного режима обеспечивается за счет недопустимо высокого расхода топлив, в том числе части вырабатываемого биометана. В условиях с длительным зимним периодом для них требуется дополнительный расход энергии на поддержание в помещениях необходимой температуры [4]. В этой связи актуален поиск оптимальной архитектуры комбинированных биогазовых установок, способствующих уменьшению использования биометана на собственные нужды. Это многокритериальная задача [5]. В качестве общего критерия оптимизации можно принять ежегодные издержки, которые зависят от характера и технологического процесса, от расхода энергии.
В случае оптимизации режима установки за какой-то период времени критерием являются общий расход (потери) энергии. В общем виде расход энергии складывается из таких составляющих, как затраты энергии на подачу сырья в биореактор (устойчивый метаногенез может быть осуществлен только при равномерной подаче однородного субстрата); потери тепловой энергии из биореактора; затраты энергии на перемешивание субстрата; затраты энергии на очистку реактора от шлама, удобрения и биогаза до биометана; затраты энергии на организацию хранения биометана [6]. Основным критерием оптимизации режима для конкретного момента времени выступают потери теплоты из биореактора. Из приведенных зависимостей следует, что потребности в теплоте биореактора могут меняться в течение времени в широких пределах. Поэтому с учетом стохастического поступления в пруд солнечной энергии, для безусловного выполнения (в любой промежуток времени) необходимо обеспечить для этого запас теплоты за счет поддержания температуры рассола пруда в пределах 80-85 оС, с отключением других источников потребления теплоты, при понижении его температуры, например, ниже 70-75оС. Включение анаэробной технологии в состав интегрированных технологий дает возможность получить больший эффект. Наибольший эффект анаэробная технология дает в том случае, если она органически интегрирована в систему сельскохозяйственного производства. При этом возможно выделить несколько уровней интеграции.
Первый уровень интегрирования заключается в том, что анаэробная технология используется для переработки навоза сельскохозяйственных животных, нейтрализуя его вредные свойства, биогаз используется для хозяйственных нужд, а продукты переработки - шлам метанового сбраживания без разделения на твердую и жидкую фракции или с разделением используется для удобрения почвы в растениводстве. Функциональная связь операций этого уровня: сельскохозяйственные животные - анаэробная технология - удобрения.
Интегрированные системы второго уровня отличаются более продуктивным использованием продуктов анаэробной переработки. Основное отличие интегрированных систем второго уровня заключается в получении кормовых продуктов, в основном, растительной природы. Следовательно, системы второго уровня реализуют следующую связь: сельскохозяйственные животные - анаэробная технология - удобрения - корма растительной природы. Системы второго уровня также могут иметь различные варианты реализации.
Система интегрирования третьего уровня включает в себя: сельскохозяйственные животные -анаэробная технология - водоросли или водные растения - моллюски или травоядные рыбы.
В целом, анаэробные системы являются необходимым элементом в интегрированных системах агрокомплексов всех уровней, от самых простых, до самых сложных систем с разнообразными взаимными связями внутри системы.
Список литературы:
1 Самойлов В. Альтернативная энергетика - вектор развития // Энергосбережение в Сибири. 2010. № 1. -С.89-91.
2 Курманов А.К. Совершенствование технологии производства биогаза // Вестник ВНИИМЖ №3-2014. -с.170-177.
3 Барков В.И. Исследование динамики выделения биогаза в анаэробных условиях // Вестник с.-х. науки Казахстана. 2012. №9. С. 90-94.
4 Сейтбеков Л.С., Нестеров Е.Б., Некрасов В.Г. Микробиологическая анаэробная конверсия биомассы. Алматы: Эверо, 2005. -276 с
5 Драганов Б.Х., Амерханов Р.А. Основы оптимизации биогазовой установки / Известия вузов. СевероКавказский регион. Техн. науки. №5, 2005. -с.34-36.
6 Садчиков А.В., Кокарев Н.Ф. Оптимизация теплового режима в биогазовых установках // Фундаментальные исследования. - 2016. - № 2-1. - С. 90-93.
