Биотопливо

Биохимическая переработка органических отходов

При биохимической переработке разложение органических отходов происходит в результате жизнедеятельности анаэробных бактерий. Такие бактерии обычно присутствуют на дне болот или в других местах, где нет доступа воздуха, и в результате их жизнедеятельности органические вещества разлагаются с выделением биогаза.

Биогаз, образующийся при анаэробной (без доступа воздуха) переработке различных веществ и отходов (табл.5.2), состоит из 50–70% метана, 30–45% диоксида углерода, 1–2% сероводорода, а также примесей водорода, аммиака и окислов азота. Теплота сгорания его составляет примерно 22–27 МДж/кг.

Выход биогаза из различного сырья
Таблица 5.2 Выход биогаза из различного сырья

В мелких установках биогаз сжигают непосредственно в газовых горелках низкого давления, при этом возможна коррозия оборудования из-за наличия диоксида углерода и, особенно, сероводорода.

В крупных установках, а также на перерабатывающих отходы заводах, отпускающих биогаз для жилищно-коммунальных и промышленных потребителей, производят очистку от примесей. Содержание метана в газе доводится до 99,8%, а теплота сгорания составляет до 37,3 МДж/кг. Очищенный метан собирается в резервуары, откуда уже поступает потребителям по газопроводам.

При анаэробной переработке отходов, помимо биогаза, получаются ценные (богатые азотом) удобрения, уменьшаются загрязнения окружающей среды и др.

Технология анаэробного сбраживания нашла широкое применение в животноводческой отрасли. Данная технология утилизации органических отходов обеспечивает на животноводческих объектах высокую степень обеззараживания отходов, получение органических удобрений в кратчайший срок, а также выработку нетрадиционного энергетического топлива — биогаза.

Принципиальная схема анаэробной переработки биомассы
Рис. 5.1. Принципиальная схема анаэробной переработки биомассы: 1 — резервуар для подготовки сырья; 2 — дозировочный насос; 3 — метантенк; 4 — компрессор; 5 — газгольдер; 6 — аппараты очистки биогаза; 7 — сборник удобрения; 8 — циркуляционный насос; 9 — котел для поддержки температурного режима сбраживания

На рис.5.1 представлена принципиальная схема непрерывной анаэробной переработки органических отходов. Навоз из ферм подается в резервуар подготовки исходного сырья 1, в котором производится тщательное перемешивание, удаление твердых веществ и увлажнение до 94–96%. Подготовленное сырье подается дозировочным насосом 2 в метантенк 3, где осуществляется процесс сбраживания под действием бактерий. Образующийся биогаз удаляется из верхней части метантенка в газгольдер 5, откуда идет потребителям, а остаток сброженного навоза (удобрение) из нижней части поступает в сборник удобрения 7, из которого уже вывозится на поля.

Процесс сбраживания может производится в мезофильном, при температурах 20–40 °C, и термофильном, при 45–70 °C, режимах. Для поддержания требуемой температуры осуществляется подогрев сырья в метантенках прокачкой через змеевики горячей воды, подготовленной в котле 9. Доля биогаза для такого подогрева составляет обычно 20–30% от суммарного его выхода из метантенка.

Количество вырабатываемого биогаза и качество удобрений зависит не только от температуры, но и от продолжительности сбраживания сырья в метантенках. В частности, при продолжительности сбраживания навоза 5 сут количество вырабатываемого биогаза составляет 50%, 10 сут — 90% и 20 сут — 98% от максимально возможного. В зависимости от принятой продолжительности сбраживания сырья определяются необходимый объем метантенка и количество добавляемого в него свежего сырья. Для интенсификации процесса сбраживания часть биогаза из газгольдера подается компрессором 4 обратно в метантенк, при этом происходит и перемешивание всей массы в метантенке.

Схема комплексного использования термальных вод
Рис. 5.2. Схема комплексного использования термальных вод: 1 — резервуар для подготовки сырья; 2 — дозировочный насос; 3 — метантенк; 4 — компрессор; 5 — газгольдер; 6 — аппараты очистки биогаза; 7 — сборник удобрения; 8 — геотермальная скважина; 9 — теплообменник; 10 — тепличный комбинат; 11 — система подпочвенного обогрева грунта с трубами, уложенными на некоторой глубине; 12 — рыборазводный бассейн

На рис.5.2 представлена схема комплексного использования термальных вод, где из скважины 8 часть термальной воды направляется в теплообменник 9 для подогрева сырья в метантенке 3, а другая часть воды поступает в тепличный комбинат 10. Из теплообменника термальная вода направляется в систему подпочвенного обогрева грунта и далее с более низкой температурой (25–28 °C) поступает в рыборазводный бассейн 12, куда также поступает другая часть воды из тепличного комбината.