CC BY
78
Промышленная экология и биотехнологии. Экология (по отраслям).
УДК 604.4
ВЛИЯНИЕ СОСТАВА ОРГАНИЧЕСКОГО СУБСТРАТА НА ВЫХОД
БИОГАЗА*
Суслов Денис Юрьевич
к.т.н., доцент кафедры Теплогазоснабжения и вентиляции Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова
Россия, город Белгород
Аннотация: Работа посвящена исследованию характера влияния состава органического субстрата на эффективность процесса получения биогаза. Установлено, что наибольший выход биогаза достигается при переработке отходов, состоящих из жиров.
Ключевые слова: биогаз, органические отходы, анаэробное брожение, субстрат.
INFLUENCE OF THE ORGANIC SUBSTRATE IN THE BIOGAS YIELD*
Denis Yu. Suslov
Docent Department of Gas Heating Supply and Ventilation Belgorod Shukhov State Technological University Belgorod, Russia
Abstract: This paper is devoted to the study of the nature of the influence of the organic substrate on the efficiency of biogas production. It is found that the highest yield of biogas is achieved from waste, consisting of fats.
Keywords: biogas, organic waste, anaerobic fermentation, substrate.
Производство и применение альтернативного источника энергии - биогаза, получаемого в специальных биогазовых установках, является одним из перспективных и эффективных направлений в энергообеспечении сельскохозяйственных предприятий. Применение биогазовых технологий позволяет сельскохозяйственным предприятиям не только получать энергетический продукт - биогаз, но также решить экологическую проблему утилизации органических отходов в виде навозных стоков и травы. Кроме того, в процессе получения биогаза происходит обезвреживание жидкого навоза и сохранение его как удобрения, что позволяет предприятиям вести более эффективную и стабильную хозяйственную деятельность за счет использования и реализации получаемых биологических удобрений [1, 2]
Биогаз - это газообразный источник энергии, получаемый в результате анаэробной ферментации органических веществ различного происхождения и состава. Биогаз в основном состоит из метана
643
(СН4) и углекислого газа (СО2), а так же содержит незначительное количество других газов: сероводород (ИзБ), азот (N2), водород (Н2) [3, 4]. Состав и основные свойства биогаза представлены в таблице 1. Таблица 1
Состав и основные свойства биогаза
Показатели Компоненты Биогаз
СН4 СО2 Н2
Объемная доля, % 55-70 27-44 1 3 100
Теплота сгорания, МДж/м3 35,8 - 10,8 22,8 21,5
Пределы воспламенения при содержании с воздухом, % 5-15 - 4-80 4-445 6-12
Температура, оС: воспламенения 650-750 - 585 - 650-750
критическая -82,5 31,0 - 100 12,5
Критическое давление, МПа 4,7 7,5 1,3 8,9 7,5-8,9
Плотность г/л 0,72 1,98 0,09 1,54 1,2
Количество биогаза, образующегося при анаэробной ферментации зависит от состава исходного субстрата. Органические отходы различного происхождения состоят из воды и сухих веществ, при этом сухое вещество включает органическую и неорганическую составляющие части (рис.1).
Неорганическая часть субстрата (зола) содержит в своем составе землю, песок, камни, металлические и другие включения, которые являются балластом исходного материала. Органическое вещество состоит из жиров, протеинов и углеводов. Наибольшее количество биогаза выделяется из жиров - 1250 л из килограмма органического сухого вещества (ОСВ). Белки и углеводы дают всего лишь 700 л/кг ОСВ и 790 л/кг ОСВ соответственно. Максимальное содержание метана в составе биогаза выделяется также из жиров - 850 л/кг ОСВ или 68% от общего количества биогаза. Из белков можно получить 490 л/кг ОСВ или 71%, в то время как углеводы дают только 395 л/кг ОСВ или 50% метана в газе (рис. 2) [5].
■ Выход биогаза, л/кг ОСВ ■ Выход метана, л/кг ОСВ
1400 1200 1000 800 600 400 200 0
Жиры Белки Углеводы
Рис. 2. Влияние состава субстрата на выход биогаза и метана
Таким образом, выход биогаза зависит от содержания в исходном субстрате жиров, белков и углеводов. Анализ работ отечественных и зарубежных исследователей [5.. .7] позволяет сделать вывод о том, что нет единого показателя выхода биогаза. Средние данные по выходу биогаза из различных видов субстратов представлены на рис. 3.
1200 -г
1000 --
ш
0
| 800 --
1 600 --- -1—
I___
о
з: _ _
иэ
? 400 --- -1—I I— _____
— -
_0 _ _
со -
200 -- — — — — — — — — — — — — — О -Н——ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—ц-^—
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Виды субстратов
Рис. 3. Выход биогаза из различных видов субстратов:
1 - твердый навоз КРС; 2 - жидкий навоз КРС; 3 - солома; 4 - содержание желудка свиней; 5 -куриный помет; 6 - жидкий свиной навоз; 7 - листья; 8 - содержание желудка жвачных; 9 - ботва свеклы; 10 - бытовые отходы; 11 - кукурузный силос; 12 - травяной силос; 13 - пивная барда; 14 -жир
Процесс получения биогаза это биологическое разложение сложных органических соединений, происходящее в течение нескольких фаз, в результате воздействия различных групп бактерий. Согласно современным представлениям преобразование любого сложного органического вещества в биогаз проходит через пять основных последовательных стадий: дезинтеграции, гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза.
*Работа выполнена в рамках реализации стипендии Президента Российской Федерации СП -1716.2015.1.
Список литературы
1. Евстюничев М.А., Ильина Т.Н. Особенности сырьевой базы Белгородской области для производства биогаза // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. №5. С. 170-173.
2. Суслов Д. Ю. Разработка системы газоснабжения сельскохозяйственного предприятия с использованием биогаза // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 4. С. 183-186.
3. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки / перевод с нем. компании «Zorg Biogas»: 2008. 268 с.
4. De Graaf D., R. Fendler, 2010. Biogas production in Germany. Federal Environment Agency, pp. 24.
5. Karim, K., Klasson, K.T., Drescher, S.R., Ridenour, W., Borole, A.P. and Al-Dahhan, M.H., 2007. Mesophilic digestion kinetics of manure slurry. Appl Biochem Biotechnol 142: 231-242.
6. Биогаз на основе возобновляемого сырья. Сравнительный анализ шестидесяти одной установки по производству биогаза в Германии / Специальное агентство возобновляемых ресурсов (FNR) Хофплатц 1, 18276, Гюльцов, Германия. - 2010. - 115 с.
7. Биркин, С.М. Обоснование применения биогазовых установок на животноводческих фермах и комплексах / С.М. Биркин, Н.М. Антонов // Вестник КрасГАУ. 2009. - №5. - С.156-158.
