Анаэробную переработку отходов с производством биогаза традиционно осуществляют при ферментации отходов животных, таких как жидкий навоз или навозная жижа. Эти отходы можно перемешивать с другими хозяйственными отходами, остатками или отходами переработки сырья пищевой промышленности.
В зависимости от состава перерабатываемого сырья, можно ожидать разного уровня и энергетической ценности выхода биогаза. Количество образующихся отходов зависит от возраста и вида животных, а также от времени года. Среднее количество биогаза, которое можно получить из 1 м3 отходов животноводства оценивается в 20-25 м3. Рентабельным количеством в технико-экономическом отношении считается 30-35 м3. Такое количество биогаза можно получить путем смешивания отходов животноводства и хозяйственных отходов с другими видами сырья, которое отличается высоким содержанием сухой органической массы, а именно: отходами предприятий пищевой промышленности или растительной массой.
Сырье, которое подвергается метановому сбраживанию, можно разделить на три категории:
- Сельскохозяйственное: жидкий навоз, твердый навоз, энергетические культуры, остатки биомассы и т.д.;
- Промышленное: крахмал, отходы убойных цехов, молочных и сахарных заводов, фармацевтической, косметической и бумажной промышленности;
- Хозяйственное: органические отходы, коммунальные стоки и т.д.
Ферментационный материал можно разделить на основной (ферментация которого может происходить самостоятельно, без добавления других веществ) и вспомогательный. Основным сбраживаемым сырьем считается навоз, навозная жижа, молодая трава, а вспомогательным — отходы от переработки овощей и фруктов, органические отходы, остатки пищи, патока, органические продукты, которые разлагаются естественным (биологическим) путем, хозяйственные стоки и т.д.
Отходы животноводства (навоз, помет и др.) — продукты жизнедеятельности животных, получаемые в результате ферментативной, в частности микробной переработки кормов организмом животных. Имеют характерный запах и консистенцию. Используются в качестве естественного удобрения или топлива.
Использование отходов животноводства при бесстойловом содержании скота не является целесообразным с точки зрения получения энергетических ресурсов: количество животных на единицу площади настолько мала, а рассеивание отходов животноводства настолько велико, что доставка последних на предприятия по производству энергетических ресурсов из биомассы — биогазовые станции, оказывается экономически и энергетически неоправданным мероприятием.
Абсолютно иную ситуацию получаем при содержании животных в закрытых помещениях. В этом случае количество отходов, собираемых с единицы площади, существенно возрастает, а расходы на их сбор и доставку сокращаются.
Количество навоза от каждого вида животных и его состав зависят от рациона питания и продолжительности содержания животных в закрытых помещениях (см. табл.). Содержание влаги в навозе изменяется в пределах 60-85%.
Эффективность производства метана путем сбраживания навоза зависит от количества в нем углеродсодержащего вещества, которое не разложилось: чем старше навоз, тем выше степень его предварительного расщепления и тем меньше в нем веществ, которые не разложились и могут быть преобразованы в метан. Технология производства метана зависит от содержания в отходах животноводства инертных веществ: чем их больше, тем меньше выход метана на единицу массы отходов.
При энергетическом преобразовании отходов жвачных животных в биогазовой станции вместо ожидаемого выхода метана 0,26 — 0,30 м3/кг органических веществ образуется всего 0,13 — 0,15 м3/кг органических веществ в результате потери части углеродсодержащих веществ в процессе переваривания пищи.
Для осуществления ферментации навоза животноводческие хозяйства должны быть оборудованы специальным образом — в помещении, где находится скот, должен быть щелевой пол, а под щелями должны быть установлены корыта, в которые будет сваливаться навоз. Корыта должны быть оснащены скреперными ножами, с помощью которых навоз будет сбрасываться из корыта в сборные выгребные ямы. В выгребной яме навоз превращается в пульпу (навозную жижу), которая подается в метантенк.
Растительные остатки – в зависимости от того, остаются ли они после сбора урожая на поверхности почвы или собираются и удаляются с поля вместе с урожаем, — делятся на две основные группы. К первой группе относится солома, ко второй — половая, шелуха и фруктовая кожура. Следует отметить, что во вторую группу входит большая часть отходов, поступающих с перерабатывающих предприятий.
Сезонность образования растительных остатков и, следовательно, их наличие определяется временем созревания урожая и зависит, прежде всего, от вида сельскохозяйственной культуры, места ее выращивания и климата.
Сезонность образования растительных остатков является негативным фактором, поскольку, чтобы обеспечить равномерное использование отходов в течение всего года, приходится сооружать для них хранилища.
Хранение сельскохозяйственных культур, в свою очередь, связано с использованием определенных площадей и погрузочно-разгрузочными работами. Кроме того, хранение должно быть организовано так, чтобы отходы, хранящиеся не портились и доступ к ним был обеспечен в течение всего года.
© Альтернативная энергетика