5.1. Технологічна схема біогазової установки

Одним з ефективних способів доповнення та заміни традиційних паливно-енергетичних ресурсів, особливо у сільській місцевості, є виробництво та використання біогазу, що утворюється внаслідок використання технологій метанового зброджування відходів рослинної та тваринницької біомаси. Для виробництва біогазу придатні різноманітні відходи агропромислових виробництв, які містять целюлозу та різні види цукрів, що у разі застосування певних технологічних умов, підлягають ферментації – проходженню біохімічних процесів, кінцевим результатом яких є отримання біогазу та концентрованих органічних добрив.

Останніми роками застосування біогазових технологій набуло поширення як у країнах, що розвиваються, так і в промислово розвинених країнах, особливо в Західній Європі, де приблизно 75 % біогазового обладнання припадає на невеликі установки з ємністю реакторів 100...300 м³, що утилізують переважно відходи тваринництва. Доцільність автономного енергозабезпечення ферм із власного джерела енергії та потреба у зменшенні шкідливих викидів у навколишнє середовище роблять енергетичний біогазовий блок обов’язковим елементом сучасних сільськогосподарських комплексів.

Вміст органічних речовин у біомасі, що піддається ферментації, становить, %: – у стоках – 0,04…0,06;

– у харчових відходах – 15;

– у гної та гноївці – 15…20.

Виробництво біогазу суттєво залежить від складу вихідного матеріалу, тобто речовини, що завантажується до ферментаційної камери.

Середня кількість біогазу, яку можна отримати з 1м³ екскрементів тварин, становить 20…25 м³, хоча рентабельною кількістю в техніко-економічному сенсі вважають 30…35 м³. Таку кількість газу можна отримати сполученням екскрементів тварин та господарських відходів з іншою речовиною, яка вирізняється високим вмістом сухої органічної маси, а саме з відходами підприємств харчової промисловості або рослинною масою (особливо травою з площ під паром). За наявними даними додавання 10 % за масою силосу з кукурудзи за вологоємності 30 % до гноївки (W = 85 %) збільшує виробництво біогазу на 50–60 %, а додавання 5 % за об’ємом відходів гліцерину (від виробництва ефіру за W = 71%) збільшує кількість біогазу, що виробляється, на 60–70 %. Значно збільшує вихід біогазу на одиницю об’єму сировини додавання жирів і комунальних стоків з господарств, розміщених неподалік.

Сировину, що завантажується, можна поділити на три основні категорії:

– сільськогосподарську – гноївка, гній (враховуючи більшу гідратацію лише як додатковий матеріал), енергетичні культури, залишки біомаси тощо;

– промислову – крохмаль, відходи скотобоєнь, молочних та цукрових заводів, фармацевтичної, косметичної та паперової промисловості тощо;

– господарську – органічні відходи, комунальні стоки, обрізані гілки тощо.

Ферментаційний матеріал можна також поділити на основний (ферментація якого може перебігати самостійно, без додавання інших речовин) та допоміжний. Основним ферментаційним матеріалом вважають гній, гноївку, молоду траву, а допоміжним – рослинні відходи від фруктів, органічні відходи, залишки їжі, жири, мелясу, органічні продукти, що розпадаються природно-біологічним способом, господарські стоки тощо.

В анаеробній ферментації беруть участь різні види мікроорганізмів; з погляду температурних умов проходження реакцій можна виділити два основних види мікроорганізмів – термофіли, активні за температу­ри 45…70 С, та мезофіли, активні за 20…40 С.

Сукупність газів, що виділяються в процесі анаеробної переробки біомаси, містять 60…70 % метану, 30…40 % вуглекислого газу, домішки сірководню, водню, аміаку та окисів азоту. Вилучення шкідливих ком­понентів біогазу обов’язкове за експлуатації біоенергетичного обладнання. Його вихід з установки залежить від якісних показників вхідної сировини (органічний склад, вміст твердих частинок) та від параметрів процесу метаногенезу (температури, кислотного показника середовища, тривалості бродіння, наявності інгібіторів і каталізаторів).

Основні технологічні операції, що забезпечують виконання процесу утворення біогазу, такі:

• збирання та підготовка вхідної сировини;

• метанове бродіння;

• розподіл отриманих продуктів на газову та тверду (рідку) складові;

• використання продуктів технологічного процесу.