Технологии и технико-энергетическое обоснование производства биогаза в системах утилизации навоза животноводческих ферм

• Автор: Ковалев, Александр Андреевич
• Шифр специальности: 05.14.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 244 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Мировой опыт производства биогаза и его эффективность

1.1. Энергетический потенциал биогаза.

1.2. Биогазовые установки и методы их расчета.

1.3. Техникоэкономические аспекты производства биоаза.ЗО

Основные выводы, цель и задачи исследований

ГЛАВА II. Научные основы построения и расчета технологических

линий производства биогаза

2.1. Общая характеристика метаногенеза и обоснование технологических схем получения биогаза.

2.2. Массообмен и характеристики навоза при его сбраживании в метантенках.

2.3. Метод эффективного производства биогаза и его математическая модель.
ГЛАВА III. Экспериментальные исследования процесс получения
биогаза на лабораторных и пилотных установках
3.1. Характеристики выхода биогаза при анаэробной обработке навоза в метантенках и их анализ.
3.2. Исследование процесса производства биогаза из навозных стоков и продуктов их обработки
на очистных сооружениях.
3.3. Технологические условия эффективного производства биогаза из навоза и навозных стоков.
ГЛАВА IV. Энергетическая оценка процесса производства биогаза
4.1. Экспериментальное исследование энергетического баланса на промышленной установке.
4.2. Методика и результаты расчета энергетического
баланса производства биогаза в России.
4.3. Альтернативные методы энергосбережения
при производстве биогаза.
ГЛАВА V. Реализация исследований и оценка эффективности производства биогаза на животноводческих фермах России.
5.1. Методические рекомендации по расчету
биогазовых установок.
5.2. Установки для производства биогаза из отходов животноводства.
5.3. Методика и пример расчета эффективности биогазовых установок.
5.4.Прогноз производства биогаза в России.
Общие выводы
Список использованной литературы


Вместе с этим опыт эксплуатации отечественных и зарубежных установок для анаэробного сбраживания навоза показывает, что при использовании одноступенчатых реакторов имеют место «проскоки» необработанного навоза, что снижает их эффективность при производстве биогаза. Проточные метантенки считаются наиболее приемлемыми для получения биогаза из жидкого навоза или полужидкого влажностью -%. Однако, для анаэробной обработки навозных стоков, избыточного активного ила, фугата и осадков очистных сооружений такие реакторы неэффективны. Дело в том, что указанные отходы содержат незначительное количество органических веществ (менее 2% из которых образуется активная анаэробная биомасса, и что в метантенках происходит постоянное ее вытеснение. В таких реакторах создают плавающие или фиксированные насадки, производят рециркуляцию биомассы, или делают реактор состоящим из нескольких секций. Реакторы с такими устройствами обычно относят к группе реакторов под названием биофильтры. В практике сбраживания низкоконцентрированных отходов наибольшее распространение получили биофильтры с прикрепленной или со взвешенно-седементирующей биомассой. В биофильтре навозные стоки обтекают поверхность загрузочного материала, покрытого биологической пленкой, образуемой микроорганизмами. Эти микроорганизмы при контакте с навозными стоками разлагают находящиеся в них органические вещества с образованием биогаза. Биофильтр с восходящим потоком, предложенный в г. Янгом и Маккарти, является первым анаэробным реактором с прикрепленной биомассой. В этом сооружении сточная вода подается через донную распределительную систему, проходит через слой загрузочного материала и отводится из верхней части реактора. В современных анаэробных биофильтрах в качестве загрузки применяют плоскостные пластмассовые изделия, а также, такие объемные материалы, как гравий, щебень, шлак и др. Биомасса в анаэробных биофильтрах удерживается, в основном, в виде флокул и гранул, расположенных в пустотах загрузочного материала, а также в виде биопленки, прикрепленной к его поверхности. В литературе имеются также сведения об использовании анаэробных контактных реакторов для сбраживания навозных стоков. Контактный реактор состоит из непрерывно загружаемого перемешиваемого резервуара и наружного устройства для отделения биомассы, как правило, отстойника. Бактерии, находящиеся в контактном реакторе в виде флокул (хлопьев ила), поддерживаются во взвешенном состоянии за счет перемешивания. Иловая смесь разделяется в отстойнике, удержанная биомасса возвращается в реактор, где вновь смешивается (контактирует) с поступающим субстратом. В результате происходит интенсивное анаэробное разложение органических веществ с получением биогаза. Для сбраживания подстилочного и полужидкого навоза влажностью менее % наибольшее распространение получили установки с рециркуляцией жидкой фракции сброженного навоза после его разделения. Принципиальное отличие в том, что в реакторы возвращается жидкая фракция для поддержания в них нужного гидравлического режима. Именно это обстоятельство и обеспечивает возможность обработки высококонцентрированного навоза, к которому относится как подстилочный, так и полужидкий навоз. Рассмотренные выше технические и технологические решения биогазовых установок обеспечивают производство биогаза при сбраживании навоза с различными физико-механическими свойствами. Однако эффективность во многом зависит от конструктивных параметров и технологического регламента их работы. В этой связи рассмотрим методы определения этих характеристик. Вопросам исследования и установления закономерностей для расчета параметров биогазовых установок посвящено значительное количество научных работ российских и зарубежных ученых [, , , ,, , 7, 8]. Тем не менее, закономерности процесса метанового сбраживания, учитывающие всю сложность взаимоотношений между группами и видами бактерий, а также разнообразие состава субстратов, чрезвычайно сложны и во многом не изучены [3]. В практике исследований и проектирования установок анаэробного сбраживания в настоящее время пользуются эмпирическими моделями процессов, основанными на уравнениях микробной кинетики и теории хемосгата [8, 0]. К ах; — = (1.