Сепаратор

Сепаратор предназначен для разделения переброженной массы на твердую и жидкую фракции и входит в базовую комплектацию установки получения биогаза. Детали сепаратора выполнены из коррозионно- и износостойкой стали. Смесь поступает произвольно или подается при помощи насоса через патрубок подачи смеси в загрузочную камеру. Из загрузочной камеры с помощью шнека переменного шага, выполненного из износостойкой стали, смесь подается в камеру сепарирования. Камера сепарирования представляет собой цилиндрическое сито, также выполненное из износостойкой стали. В камере сепарирования посредством отжима происходит разделение жидкой и твердой фракций. Жидкая фракция сливается через сливной парубок в накопительный резервуар. Твердая фракция через разгрузочное устройство покидает сепаратор и скапливается в накопительном контейнере.

Факел

Факельная установка предназначена для временного или периодического полного сжигания биогаза, вырабатываемого биогазовыми установками или полигонами ТБО при отсутствии возможности его полезного использования в качестве энергоносителя. Сжигающая система состоит из горелки и дополнительных узлов. Горелка сконструирована по принципу инжекционного сжигания и состоит из сопла, инжектора с системой контроля подачи воздуха, трубы защиты пламени, штуцера и системы управления горелкой. Система сжигания биогаза сделана из нержавеющей стали. Несущая конструкция держит горелку и вертикально установленный штуцер. Система управления горелки установлена в шкафу, который монтируется на несущей конструкции системы сжигания, и содержит все элементы для контроля и управления зажиганием и пламенем.

Основой любой биогазовой установки является метантенк (реактор). В реакторе устанавливаются системы термостатирования, отбора биогаза, перемешивания. Объемы метантенков могут варьировать в больших пределах - от 3 м^З до 5 тыс. м^З. Они делятся на метантенки разовой загрузки и непрерывной. В первых весь объем реактора загружается за один раз, и сбраживание осуществляется в течение 3-4 месяцев. После завершения процесса метантенк опорожняется и загружается следующей порцией сырья. В реакторе с непрерывной загрузкой сырье для сбраживания подается порциями, выдавливая при этом эквивалентное количество сброженного сырья.

С точки зрения экономичности эксплуатации биогазовых установок можно предложить такие рекомендации. При выборе установки надо иметь в виду, что значительная часть ее стоимости заключается не в реакторе, а в комплектующих (запорная арматура, насосы, газгольдеры и т.д.), которые, как правило, импортные. Поэтому чем больше объем реактора, тем удельный вес импорта в установке меньше и тем меньше себестоимость газа. Расчетная стоимость биогазовой установки такова: от 1000 Ц50 за 1 м^З реактора (для малых установок при единичном производстве) с возможностью десятикратного снижения этого показателя (для больших установок при серийном их производстве).

2 Микробиологическая часть

Для создания таксономической структуры метанобразующих бактерий был использован филогенетический подход, основанный на сравнительном анализе нуклеотидных последовательностей 16S рРНК. В соответствии с таким подходом в IX издании Определителя бактерий Берги группа разделена на три порядка (Methanobacteriales, Methanococcales, Methanomicrobiales), коэффициент сходства (SAB) для которых составляет 0,2 — 0,28. Далее порядки разделены на 6 семейств (SAB = 0,34–0,36) и 13 родов (SAB = 0,46–0,51). Число видов достигает более 40. SAB для них колеблется в пределах 0,55–0,65. О гетерогенности группы можно судить и по нуклеотидному составу ДНК ее представителей (молярное содержание ГЦ-оснований — от 27 до 61%).

В состав группы входят бактерии с разной морфологией: прямые или изогнутые палочки разной длины; клетки неправильной формы, близкие к коккам; извитые формы. У некоторых видов наблюдается тенденция формировать нити или пакеты. Клетки неподвижные или передвигающиеся с помощью перитрихиально или полярно расположенных жгутиков. У представителей рода Methanosarcina в клетках найдены газовые вакуоли. Для некоторых метаногенов характерна развитая система внутриклеточных элементарных мембран, являющихся результатом разрастания и впячивания в цитоплазму ЦПМ и сохраняющих с ней связь. У этой группы архебактерии обнаружены клеточные стенки трех типов: состоящие из псевдомуреина, построенные из белковых глобул и гетерополисахаридной природы. Недавно описан микоплазмоподобный метаноген, выделенный в род Methanoplasma, не имеющий клеточной стенки и фильтрующийся через мембранные фильтры с диаметром пор 0,45 мкм.

20 — 30% мембранных липидов метаногенов представлены нейтральными и 70–80% — полярными липидами. Последние — это в основном два типа простых эфиров глицерина и терпеноидных спиртов (C₂0-фитаниловый и C₄0-бифитаниловый), на основе которых образуются полярные фосфо- и гликолипиды. В зависимости от вида клеточные мембраны могут содержать оба типа эфиров или только один. Основными нейтральными липидами являются C₂0-, C₂₅- и C₃0-ациклические изопреноидные углеводороды, насыщенные или содержащие двойные связи. Запасных продуктов в виде поли-b-оксимасляной кислоты или гликогена в клетках не обнаружено.

Метанобразующие бактерии — строгие анаэробы. Первые исследования чистых культур, выделенных из рубца жвачных животных, показали, что рост их возможен при начальном окислительно-восстановительном потенциале среды ниже — 300 мВ. Рост некоторых видов полностью подавляется при содержании в газовой фазе более 0,004% молекулярного кислорода. В последнее время, однако, описаны виды с относительно низкой чувствительностью к O₂. В их клетках найдена супероксиддисмутаза. Возможно, в природе такие виды могут сохранять жизнеспособность при кратковременных контактах с O₂ и возобновлять рост в анаэробных условиях.

Большинство метанобразующих бактерий имеют температурный оптимум для роста в области 30–40°, т. е. являются мезофилами, но есть виды, у которых оптимальная зона сдвинута в сторону более низких (25°) или высоких (55–65°) температур. Недавно выделен экстремально термофильный организм Methanothermus fervidus, растущий при 55–97° (оптимум 80°). Все известные представители этой группы — нейтрофилы с оптимальным pH в области 6,5–7,5. Среди метаногенов есть галофилы, требующие в качестве одного из оптимальных условий для роста содержания в среде до 65–70 г/л NaCl.

Большинство известных метаногенов способны расти хемолитоавтотрофно на смеси СО₂+Н₂ в качестве единственного источника углерода и энергии. Энергию получают, осуществляя следующую реакцию:

4Н₂ + СО₂ переходит в СН₄ + 2Н₂О

Как видно из этого уравнения, СО₂ служит не только единственным источником углерода, но и конечным акцептором электронов при окислении Н₂. Около 90% использованной СО₂ восстанавливается до СН₄, что сопровождается синтезом АТФ, и только 10% или меньше включается в вещества клеток.

Фиксация СО₂ у автотрофных метаногенов происходит по нециклическому ацетил-КоA-пути, функционирующему и у ацетогенных эубактерий. Ключевым промежуточным соединением этого пути является ацетил-КоA, синтезируемый из двух молекул СО_2. Метильная и карбоксильная группы молекулы образуются разными путями. Метильная группа возникает при восстановлении молекулы СО₂ до уровня метанола, оставаясь при этом всегда связанной с переносчиком. Карбоксильная группа появляется в результате восстановления второй молекулы СО₂ до СО, катализируемого СО-дегидрогеназой. Метильные и карбоксильные группы связываются в реакциях трансметилирования и транскарбоксилирования с образованием активированной уксусной кислоты. Процесс осуществляется при участии уникальных ферментов. Из ацетил-КоA в результате восстановительного карбоксилирования образуется пируват и далее фосфоенолпировиноградная и щавелевоуксусная кислоты, которые служат предшественниками аминокислот и сахаров. Пути фиксации СО2 ацетогенными эубактериями и метаногенными архебактериями различаются коферментами и некоторыми частными реакциями.

Экзогенный ацетат в конструктивный метаболизм включается через ацетил-КоA и далее в серии реакций, функционирующих в восстановительном ЦТК. Замкнутости цикла препятствует отсутствие изоцитратдегидрогеназы.

Восстановление СО₂ до СН₄ требует переноса 8 электронов. Образующиеся на этом пути промежуточные продукты находятся не в свободном состоянии, а остаются связанными с переносчиками. Согласно предложенной модели на первом этапе СО₂ связывается с переносчиком углерода, образуя карбоксипроизводное (X1-СООН), которое восстанавливается до формилпроизводного (X1-СНО). Второй этап метаногенеза включает перенос формильной группы на другой переносчик (Х2), который проводит С1-группу через две последовательные восстановительные реакции, приводящие к образованию метилпроизводного (Х2-СН₃). На уровне образования метиленпроизводного (Х2-СН₂) в процесс метаногенеза включается экзогенный формальдегид. Соединения, содержащие метильные группы (СН₃ОН, СН₃СООН, CH₃NH₂ и другие метиламины), подключаются на уровне метилпроизводного. В этой же точке происходит разветвление анаболических и катаболических путей. Функция Х2 у метаногенов напоминает функцию тетрагидрофолата у ацетогенных эубактерий.

На третьем конечном этапе метаногенеза, наиболее изученном, метильные группы с переносчика поступают на кофермент M (КоM-SH). Образуется метил-КоM. Далее следует его восстановление, сопровождающееся распадом комплекса и выделением СН₄. Обе реакции катализируются метилредуктазной системой, представляющей сложный мультиферментный комплекс, в состав которого помимо фермента входят кофермент М, фактор F430. Для активности системы необходимы АТФ, ионы Mg2+ и еще не идентифицированные кофакторы.

Почти все метанобразующие бактерии могут получать энергию за счет окисления Н₂, сопряженного с восстановлением СО₂. Опытами с меченым водородом показано, что Н₂ в этом процессе служит только донором электронов, а источником протонов в молекуле метана является вода.

Многие виды для получения энергии могут использовать формиат:

4НСООН переходит в СН₄ + ЗСО₂ + 2Н₂О

Для некоторых представителей показана способность образовывать метан при использовании метанола:

4СН3ОН переходит в ЗСН₄ + СО₂ + 2Н₂О,

а также метилированных аминов.

У ряда метаногенов обнаружена способность окислять окись углерода, что также сопровождается синтезом метана:

4СО + 2Н₂О переходит в СН4 + ЗСО₂

Наконец, представители нескольких родов могут использовать в качестве источника энергии и углерода ацетат:

СН₃СООН переходит в СН₄ + СО₂

Таким образом, акцепторами электронов (а в ряде случаев и донорами, и акцепторами) у метанобразующих бактерий является ряд одноуглеродных соединений (СО₂, СО, формиат, метанол, метилированные амины) и единственное двухуглеродное соединение - ацетат.

Механизм энергетических процессов метаногенов еще не расшифрован, но общие принципиальные положения установлены. Ясно, что получение энергии, по крайней мере при окислении Н₂, сопряженном с восстановлением СО₂, связано с функционированием электронтранспортной системы, включающей дегидрогеназы, переносчики электронов и редуктазы, т.е. определенным видом анаэробного дыхания.

Перенос электронов приводит к образованию трансмембранного протонного градиента, разрядка которого с помощью мембранной АТФ-синтазы сопровождается синтезом АТФ. Доказательством получения метанобразующими бактериями энергии в результате окислительного фосфорилирования служит подавление у них образования АТФ при действии разобщителей и ингибиторов АТФазы. Мало, однако, известно об электронных переносчиках. Не изучена организация дыхательной цепи и ее Н+-переносящих участков.

В качестве дегидрогеназ идентифицированы гидрогеназа и формиатдегидрогеназа. От Н2 перенос электронов катализируется связанной с мембраной гидрогеназой, с которой они акцептируются фактором F420. С последнего электроны поступают на НАДФ+. Вероятно, и восстановленный фактор F420 и НАДФ*Н₂ служат донорами электронов для восстановительных превращений С1-групп у метаногенов. Окисление формиата также сопряжено с восстановлением фактора F420 и последующим образованием НАДФ*Н₂.

Долгое время считали, что у метанобразующих бактерий нет электронных переносчиков, типичных для эубактерий, имеющих электронтранспортные цепи. Однако у Methanosarcina barkeri найдены ферредоксин Fe3S3-типа и цитохромы типа b и с. Последние обнаружены также у других видов, способных использовать в качестве энергетических субстратов соединения, содержащие метильные группы (метанол, метилированные амины, ацетат). У метаногенов, растущих только на среде, содержащей смесь Н₂+СО₂ или формиат, цитохромы не найдены. Из хинонов обнаружены гамма- и альфа-токоферохиноны; менахинонов нет.

Терминальные этапы катализируются соответствующими редуктазами, из которых наиболее изучена метилредуктазная система. Реакция, катализируемая метилредуктазой, является общей при образовании метана из различных субстратов (СО₂, СО, метанол, ацетат), и именно с ней связано получение клеткой энергии. Фермент локализован в мембране, и его функционирование приводит к трансмембранному перемещению протонов. На 1 молекулу образованного метана приходятся 4 транслоцированных Н+.

Открыта способность метанобразующих бактерий использовать в качестве конечного акцептора электронов вместо СО₂ молекулярную серу. В присутствии S0 и обычных энергетических субстратов (Н₂ или метанол) наблюдается образование значительного количества H2S при одновременном снижении в 2-10 раз синтеза СН₄.

Таким образом, метанобразующие бактерии способны осуществлять энергетический метаболизм хемолитотрофного или хемоорганотрофного типа, сочетая его с конструктивным обменом автотрофного или гетеротрофного типа.

2.1 Гидролизные (целлюлолитические) бактерии

Большая группа высокоспециализированных анаэробных спорообразующих бактерий получает энергию за счет сбраживания целлюлозы. Конечными продуктами брожения являются уксусная, пропионовая, масляная и молочная кислоты, этиловый спирт, водород и углекислый газ. В качестве промежуточных продуктов при гидролизе целлюлозы образуются глюкоза и целлобиоза. И весьма удивительно, что если добавить к среде глюкозу (или другие сахара), то они очень плохо усваиваются либо совсем не используются. А если в среде имеются одновременно глюкоза и клетчатка, то сбраживается прежде всего клетчатка. Это свидетельствует о высокой специализации целлюлозоразлагающих анаэробов.

Целлюлозолитические бактерии отличаются не только физиологическими, но и морфологическими особенностями. Большинство целлюлозолитических спорообразующих анаэробов имеют вид очень тонких длинных палочек, образующих споры по плектридиальному типу.

Обычно вегетативные клетки находятся в адсорбированном состоянии на волокнах целлюлозы. Вероятно, это связано с тем, что ферменты, гидролизующие клетчатку (целлюлазы), в среду не выделяются, а прикреплены к поверхности клеток. Под микроскопом можно увидеть, что разрушаются те участки клетчатки, к которым клетки непосредственно прикасаются. Спорообразующие клетки обычно находятся в растворе, так как при спорообразовании изменяется характер связи со средой, а спорообразование идет за счет эндогенного метаболизма (за счет внутриклеточных запасов питательных веществ).

Брожение органических кислот и спиртов. Выделено несколько специализированных видов анаэробных бактерий (возможно, их в природе существует намного больше), использующих органические кислоты и спирты в качестве источника углерода и энергии.

Так, Cl. kluyveri получает энергию путем сопряженного окисления-восстановления системы этиловый спирт — уксусная кислота. В результате реакции образуются высшие жирные кислоты (главным образом капроновая и масляная кислоты). Характерно, что Cl. kluyveri не способен сбраживать углеводы, аминокислоты и пурины. Накопление энергии в форме АТФ происходит у этого анаэроба с использованием механизмов окислительного фосфорилирования. Cl. lactoacetophilum осуществляет брожение сходного типа, сбраживая смесь лактата и уксусной кислоты. Обе эти бактерии используют в качестве акцепторов водорода уксусную кислоту, а в качестве доноров первая — этанол, вторая — лактат. Cl. glycollicum превращает этиленгликоль в смесь этилового спирта и уксусной кислоты:

Анаэробная бактерия из рода Clostridium (не определенная до вида) осуществляет крайне интересный тип брожения соединений с сульфониевой связью. Такие вещества могут рассматриваться как соединения, обладающие макроэргической связью, при разрыве которой выделяется большое количество энергии. Clostridium species (Штадтман, 1968) сбраживает диметилпропиотетин, используя его в качестве единственного источника углерода и энергии:

3(CH₃)₂S⁺-CH₂CH₂COO^-+2H₂0->2CH₃CH₂COO^-+CH₃COO^- + 3(CH₈)₂S+CO₂+H⁺ пропионовая кислота, уксусная кислота, диметилсульфид диметилпропиотетин

Протеолитические анаэробные бактерии - очень большая группа анаэробов, получающая энергию за счет анаэробного разрушения аминокислот. Многие из них являются строго протеолитическими организмами, неспособными сбраживать углеводы. Другие обладают слабовыраженной сахаролитической активностью. Имеются также активные протеолитические виды, способные осуществлять маслянокислое брожение Сахаров. Протеолитическая активность у некоторых анаэробов (Cl. histolyticum) настолько высока, что у зараженных этими микроорганизмами животных наблюдается как бы расплавление мышц, после чего остаются голые кости. Освобождающиеся после протеолиза (разрушение белков протеолитическими ферментами) аминокислоты могут сбраживаться двумя путями. Cl. sporogenes, например, сбраживает пару аминокислот, причем одна из них окисляется, а другая восстанавливается (реакция Стикленда), т. е. одна аминокислота служит донором, а другая — акцептором водорода:

аланин + 2 глицин + 2Н₂0 -> 3 уксусная кислота + C0₂+3NH₃

Существуют виды протеолитических анаэробов, которые могут сбраживать и по одной аминокислоте, например глутаминовую кислоту (Cl. tetani).

2.2 Кислотообразующие бактерии

Кислотообразующие бактерии представлены облигатными и факультативными анаэробами. Выделено из бродящего осадка от 50 до 92 видов, половину из них составляют спорообразующие формы. Они различны по физиологическим особенностям. Степень развития отдельных физиологических групп зависит от состава обрабатываемых осадков. Органические вещества разлагаются аммонифицирующими, целлюлозными, жирорасщепляющими бактериями. В анаэробном иле найдены денитрофикаторы и судьфатредецирующие бактерии. Обнаружены виды потребляющие в качестве источника углерода совершенно определенные вещества. Макромолекулы белков, жиров и углеводов разрушаются в основном спорообразующими бактериями. Важное значение в процессах брожения имеют клострии. В зависимости от используемого субстрата различают- клостридии, обладающие сахаролитической активностью, которые окисляют вещества углеводной природы; клостридии, имеющие активные протеалитические ферменты, в качестве субстрата используют белки и продукты их гидролиза; клостридии, сбраживающие гетероциклические азотосодержащие соединения.

В целом группа кислотообразующих бактерий осуществляет процесс брожения сложных субстратов в широком диапазоне рН. Время генерации для некоторых видов составляет 20-30 мин.

Кислотное брожение осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря им все органические компоненты осадков подвергаются деструкции. Анаэробный ил обладает гидролитической активностью. В нем обнаружены гидролитические ферменты: протеазы, глюкозидазы, липазы. Под действием этих ферментов исходные вещества осадка и активного ила, подвергаясь внеклеточному гидролизу, превращаются в соединения, которые доступны клеткам бактерии.

Внутриклеточные превращения простых сахаров приводит к образованию ПВК - ключевого промежуточного продукта метаболизма (углеводов, глицерина, аминокислот). В результате разложения аминокислот бактериями появляется аммиак, а в случае серосодержащих аминокислот - сероводород.

Продукты гидролиза жиров используются многими видами кислотообразующих бактерий. В ходе ферментативных реакций глицерин превращается в фосфоглицериновый альдегид, который затем включается в обмен углеводов.

Таким образом, кислотообразующие бактерии превращают белковые соединения, жиры и углеводы осадков в низшие жирные кислоты, спирты, аммиак, водород и сероводород.

2.3 Метановое брожение

Метановое брожение— процесс биодеструкции органических веществ с выделением свободного метана.

Органические соединения + Н₂О→ СН₄+СО₂+С₅Н₇NО₂+NH₄+HCO₃.

Органические соединения (белки, углеводы, жиры), которые присутствуют в биомассе, начинают распадаться на простейшие органические соединения (аминокислоты, сахара, жирные кислоты) под действием гидролитических ферментов. Эта стадия называется — гидролизом и протекает под воздействием ацетогеных бактерий. На второй стадии происходит гидролизное окисление части простейших органических соединений под воздействием гетероацетогенных бактерий, в результате которой получается ацетат, двуокись углерода и свободный водород. Другая часть органических соединений с полученным ацетатом на 2 стадии ацетатом образует С₁ соединения (простейшие органические кислоты). Полученные вещества являются питательной средой для метанобразующих бактерий 3 стадии. 3 стадия протекает по двум процессам, вызванные различной группой бактерий. Эти две группы бактерий преобразуют питательные соединения 2-ой стадии в метан СН₄, воду Н₂0, двуокись углерода.

Процесс анаэробного брожения происходит в бактериальной биомассе и включает конверсию сложных органических соединений — полисахаров, жиров и белков в метан СН₄ и оксид углерода СО.

По пищевым потребностям бактерии разделяются на три вида: 1 вид — гидролизные или ацетогеные. Этому виду принадлежат протеолитические, целлюлолитические, облигатные анаэробы, факультативные анаэробы. К 2-му виду относят — гомоацетатные бактерии. К 3-му виду относят метаногенные бактерии — хемолитотрофные бактерии З стадии, перерабатывающие оксид углерода и водород на метан и воду стадия А, и бактерии стадии В — ниткоподобные палочки, коки и ланцетоподобные, которые перерабатывают муравьиную и уксусную кислоты а также метанол на метан и оксид углерода. Кроме природных субстратов анаэробные популяции расщепляют фенолы и сернистые соединения. В зависимости от состава раствора биомассы и вида бактерий, в биологическом реакторе будет происходит изменение значений рН, температуры и редокс-потенциала среды.

3 Биотехнологическая часть

Биогаз получается метановым брожением биомассы. Разложение биомассы происходит под воздействием трех видов бактерий. В цепочке питания последующие бактерии питаются продуктами жизнедеятельности предыдущих. Первый вид есть бактерии гидролизные, второй кислотообразующие, третий метанообразующие. В производстве биогаза участвуют не только бактерии класса метаногенов, а все три вида. Поскольку же только метан поставляет энергию из биогаза, целесообразно для описания качества газа и оценки его выхода все относить к метану, исходя из его нормируемых показателей.

При повышении температуры газа он расширяется, а по мере уменьшения его объема снижается уровень его калорийности, и наоборот. Кроме того, при возрастании влажности калорийность газа также снижается. Чтобы выходы газа можно было сравнить между собой, необходимо их соотносить с нормальным состоянием. Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50-65 кубометров биогаза с 60-процентным содержанием метана. А из различных видов растений можно добывать от 150 до 500 кубометров биогаза с содержанием метана до 70 процентов. Максимальное количество биогаза, 1300 кубометров с содержанием метана до 87 процентов, можно получить из жира.

При этом различают теоретический и технически реализуемый выход газа. Около полувека назад технически возможный выход газа составлял всего 20-30 процентов от теоретического. Сегодня применение энзимов, бустеров для искусственной деградации сырья, например, ультразвуковых или жидкостных кавитаторов, и других приспособлений позволяет увеличивать выход биогаза на самой обычной установке с 60 до 95 процентов.

В биогазовых расчетах используется понятие сухого вещества. Ведь содержащаяся в биомассе вода не дает газа. На практике из 1 килограмма сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза. Раньше, когда не было науки о биогазе, и биогаз ассоциировался с навозом, применяли понятие животной единицы. Сегодня, когда биогаз научились получать из произвольного органического сырья, это понятие отошло и перестало использоваться. И сегодня, помимо отходов, для получения биогаза используют специально выращенные энергетические культуры. В этом случае выход газа из 1 тонны вещества может достигать 500 кубометров. Есть еще такая разновидность биогаза, как свалочный газ, который получается на свалках из муниципальных бытовых отходов. Что же касается получения биогаза, то для этого существуют как промышленные, так и кустарные установки.

Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространенным промышленным методом получения биогаза является анаэробное сбраживание в метантенках. Установка для получения биогаза включает емкость гомогенизации, загрузчик твердого либо жидкого сырья, реактор, миксеры, газгольдер, системы смешивания воды и отопления, а также газовую систему, насосную станцию, сепаратор. И, разумеется, приборы контроля с визуализацией и систему безопасности.

Отходы периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный железобетонный резервуар, оборудованный миксерами. В реакторе живут полезные бактерии, которые питаются отходами. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма в виде отходов, подогрев до 35 градусов и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в газгольдере, затем проходит систему очистки и подается потребителю. Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.

Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей.

Биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, а также в качестве автомобильного топлива. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании. Биогаз составляет до 18 процентов общего энергобаланса этой страны. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия, здесь их 8 миллионов. Вообще не менее половины птицеферм Западной Европы отапливается биогазом.

А в Индии, Вьетнаме, Непале и других развивающихся странах строят малые, односемейные биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Больше всего малых биогазовых установок в Китае. Еще в конце 1990 годов их там насчитывалось более 10 миллионов. Ежегодно все это оборудование производит около 7 миллиардов кубометров биогаза, что обеспечивает топливом примерно 60 миллионов крестьян. В конце 2006 года в Китае действовало уже около 18 миллионов биогазовых установок. И сегодня их применение позволяет заменить 10,9 миллиона тонн условного топлива. В Индии с 1981 по 2006 год было установлено 3,8 миллиона малых биогазовых установок. В Непале существует программа поддержки развития биогазовой энергетики, благодаря которой в сельской местности этой страны к концу 2006 года было создано более 100 тысяч малых биогазовых установок.

Россия ежегодно накапливает до 300 миллионов тонн органических отходов в сухом эквиваленте. Эти отходы могут быть сырьем для производства биогаза. Потенциальный объем ежегодно получаемого биогаза может составить 90 миллиардов кубометров. А в Америке выращивается около 8,5 миллиона коров. Биогаза, получаемого из их навоза, достаточно для обеспечения топливом 1 миллиона автомобилей. И такая перспектива: к 2030 году потенциал биогазовой промышленности Германии оценивается в 100 миллиардов киловатт-часов энергии. Это будет составлять около 10 процентов потребляемой страной энергии.

Список литературы

1. Савельева О.В.,Котова И.Б.,Нетрусов А.И.,2000.Сборник трудов научной конференции "Проблемы экологии и физиологии микроорганизмов".МГУ,Диалог,2000.
2. Тян А.Т., Брюханов А.Л., Котова И.Б., Нетрусов А.И.2000. Сборник трудов научной конференции "Проблемы экологии и физиологии микроорганизмов".МГУ,Диалог, 2000.
3. Шлегель Г.Общая микробиология. М.,Мир,1987.

4. www.zorgbiogas.ru

5. www.yandex.ru – поисковый сервер

6. www.google.ru – поисковый сервер

Date: 2015-07-23; view: 546; Нарушение авторских прав