Методика эксплуатации биогазовой установки в условиях Байкальского региона

В настоящее время к сельскохозяйственным предприятиям Байкальского региона предъявляют повышенные требования к проблемам переработки органических отходов животноводства, так как это связано и с суровыми природно-климатическими условиями их расположения, и с решениями задач сохранения чистоты окружающей природной среды водного и воздушного бассейна уникального озера Байкал. Поэтому научно-исследовательские работы, проводимые нами, направлены на реализацию данной проблемы путем разработки и внедрения высокоэффективной биогазовой технологии и повышения интенсивности переработки отходов животноводства в более короткие сроки. Существующие технологии, особенно для обеззараживания навоза и навозных стоков свиноферм, не отвечают высоким требованиям переработки при холодных температурных режимах, потому что эти животноводческие отходы либо скапливаются вблизи сельскохозяйственных предприятий и плохо перерабатываются, либо недостаточно обеззараживаются химическими и биологическими способами или другими технологиями. Однако следует отметить, что были попытки применения анаэробной переработки органических отходов животноводства в биогазовых установках, которые отличались тем, что не были учтены природно-климатические условия Сибирского региона, когда температура окружающей среды в зимний период составляет -20 - -50 °С.

Объекты и методы исследования

Цель научно-исследовательских работ - разработка методики эксплуатации биогазовых технологий в суровых условиях Байкальского региона. Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи: исследование производства энергии при эксплуатации биогазовой технологии при суровых природно-климатических условиях; интенсификация процесса переработки навозных стоков: определение эффективности применения анаэробного биофильтра в метантенке.

Объектом исследования является технология интенсивной переработки навозных стоков свиноферм в биогазовой установке второго поколения БГУ-2. Методика исследований при эксплуатации биогазовой установки в суровых условиях Байкальского региона основывается на том, что для экономии энергетических ресурсов на технологический процесс переработки навозных стоков в метантенке предусматривается размещение биогазовой установки в здании котельной сельскохозяйственного предприятия.

Биогазовая установка БГУ-2 предназначена для интенсивной переработки навозных стоков свиноферм малых сельскохозяйственных предприятий, таких как фермерские и крестьянские хозяйства Байкальского региона. Интенсификация технологического процесса переработки навозных стоков основана на том, что в метантенке установлен биофильтр (АБ), который является основным конструктивным элементом биогазовой установки. На рисунке 1 показаны общий вид метантенка, анаэробного биофильтра и соответственно их технологическая схема (1 в) [1, 3, 5].

а                             б                              в

Рисунок 1 – Биогазовая установка БГУ-2: а, б – общие виды метантенка и биофильтра;

в – технологическая схема метантенка с биофильтром: 1 – корпус метантенка; 2 – теплоизоляция; 3 – биофильтр (4 – лопасти; 5 – полиэтиленовые емкости, 5.1 – капроновая сетка, 6 – вал биофильтра); 7 – компрессор; 8 – штуцер; 9 – труба для загрузки исходного сырья; 10 – труба удаления переработанного сырья; 11 – трубка отвода образующегося биогаза; 12 – труба для слива образованного шлама

Метантенк (рис. 1 а, в) представляет собой емкость цилиндрической формы, утепленную по всему наружному периметру пенопластом или другим теплоизоляционным материалом, имеет конусообразную форму дна и крышки. В камере сбраживания метантенка установлен биофильтр (3) шарообразной конструкции с лопастями (4). Биофильтр предназначен для накопления метанообразующих микроорганизмов на капроновых сетках (5.1), которые являются основными ускорителями анаэробной переработки навозных стоков. Для ликвидации застойных явлений в перерабатываемом сырье биофильтр вращается вокруг своей оси на валу (6) [2, 4, 6].

В таблице 1 представлена техническая характеристика БГУ-2 с анаэробным биофильтром.

Таблица 1

Техническая характеристика биогазовой установки БГУ-2

Наименование	Ед. изм.	Показатели
Метантенк
Тип	-	цилиндрический
Габаритные размеры метантенка (Д х Н)	м	1,3 х1,6
Поверхность теплоотдачи	м 2	6,13
Полезная вместимость	м3	1,48
Общий объем метантенка	м 3	1,98
Биофильтр
Тип	АБ	шарообразный
Диаметр	м	0,8
Количество лопастей	Шт.	8
Материал носителя лопастей биофильтра		капроновая сетка (шнур)
Площадь поверхности носителя	м2	23,0
Частота вращения биофильтра	об/мин	1,0–1,5
Газосборник
Тип, исполнение	ГМ	Цилиндрический, мокрый
Технологический носитель	-	Вода
Габаритные размеры метантенка (Д х Н-max)	м	1,2 х 1,1-1,5

Методика эксплуатации биогазовой установки в суровых условиях Байкальского региона происходит следующим образом (рис. 2): исходный навоз из свинофермы (1) поступает в отстойник-теплообменник (9), затем, через отделитель грубых включений (4), насосом (10) закачивается в метантенк с биофильтром (5) для анаэробной переработки. Перед запуском биогазовой установки на рабочий режим метантенк продувается углекислым газом для создания анаэробных условий.

Рисунок 2 – Технологическая схема монтажа биогазовой установки в котельной сельскохозяйственного предприятия: 1 - свиноферма;

2 – навозосборник-теплообменник; 3 – котельная; 4 – отделитель грубых включений;

5 – метантенк с биофильтром; 6 – газосборник; 7 – котел на биогазе; 8 – газогенератор ГАЗ-2,5кВт; 9 – фекальный насос РТН-65; 10 – насосы загрузки; 11 – компрессор L-BV2; 12 – потребитель (отопление зданий)

Перемешивание перерабатываемого сырья (ликвидация застойных явлений в камере сбраживания метантенка) осуществляется биофильтром (рис. 1 б, в), который вращается вокруг своей оси на валу (6) с помощью выталкивающей силы подающегося биогаза компрессором (7) через штуцер (8). Биогаз при этом (рис. 1 б, в) накапливается в полиэтиленовых емкостях (5), создавая вращательное движение биофильтра, частота вращения которого показана в технической характеристике (табл. 2).

Таблица 2

Технологическая характеристика биогазовой установки БГУ-2

Параметр	Ед. измерения	Значение
Температура исходного навоза	ºС	16 - 17
Суточная доза загрузки метантенка	м3/сут	0,29
Периодичность загрузки метантенка	сут	1,0
Температура технологического процесса (мезофильный режим)	ºС	36 - 37
Давление в метантенке	МПа	0,15 - 0,20

В метантенке установлен теплообменник для подогрева (теплоноситель – вода) перерабатываемого сырья по следующему контуру: котел на биогазе – теплообменник – котел на биогазе. Полученный биогаз при анаэробной переработке навозных стоков свиноферм поступает в газосборник (6), представленный на рисунке 2. Далее переработанный навоз поступает в навозосборник-теплообменник (2), где происходит теплообмен с исходным навозом. Переработанный навоз представляет собой высокоэффективное и обеззараженное органическое удобрение, лишенное семян сорных растений и болезнетворных микроорганизмов. Образующийся биогаз собирается в мокром газосборнике (6) и является энергоносителем для газового котла (7), а также используется для производства электроэнергии для сельскохозяйственного предприятия с помощью газогенератора (8). Интенсивность переработки навозных стоков свиноферм контролируется по образованию биогаза из метантенка, который зависит от накопления активной биомассы на рабочих поверхностях лопастей биофильтра [7, 8].

Результаты исследований

Экспериментальные исследования биогазовой установки БГУ-2 были проведены на свиноферме с содержанием 110 голов животных в сельскохозяйственном производственном кооперативе (СПК) «Тамча» Селенгинского района Республики Бурятия, которые позволили получить производственное подтверждение (табл. 3) выполненных лабораторных опытов применения анаэробного биофильтра в камере сбраживания метантенка [1, 7, 9].

Производственные условия эксплуатации биогазовой установки (БГУ) позволили определить эффективность применения биофильтра (АБ) в метантенке на интенсивность переработки навозных стоков свиноферм в сравнении с существующими технологиями анаэробной переработки.

Таблица 3

Результаты экспериментальных исследований биогазовой установки БГУ-2 в производственных условиях

Сутки	Скорость образования биогаза (V c м3/м3сут ) при переработке навозных стоков свиноферм в биогазовой установке БГУ-2
	с биофильтром		без биофильтра - экспериментальное
	экспериментальное	теоретическое
1 - 3	0,75	0,97	0,1
4	0,96	1,2	0,4
5	1,0	1,4	0,6
6	1,3	1,7	0,8
7 - 12	2,6	2,5	1,2
13 - 14	3,9	4,1	2,7
15 - 20	6,85	6,2	5,0
22 - 30	0,89	1,1	5,5

Заключение

• 1.    Интенсификация переработки навозных стоков свиноферм в суровых природно-климатических условиях Байкальского региона основана на эксплуатации биогазовой технологии в закрытых помещениях котельной сельскохозяйственных предприятий.

• 2.    Разработанная цилиндрическая форма метантенка и его конусообразное дно обеспечивают накопление активного ила, и при сливе переработанного сырья ил остается в камере сбраживания емкости, что способствует ускорению технологического процесса газообразования.

• 3.    Эффективность применения биофильтра в метантенке БГУ-2 контролируется по образованию биогаза при переработке навозных стоков свиноферм, т. е. скорость образования биогаза в метантенке с анаэробным биофильтром (V c м³/м³сут) на 29 % выше, чем без биофильтра.