Влияние технологических параметров на процесс образования биогаза

Введение. Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо в домашнем хозяйстве и в среднем и мелком предпринимательстве для приготовления пищи, производства электроэнергии, отопления жилых и производственных помещений [1,14,20].

В качестве исходного сырья используются отходы крупного рогатого скота, птицеводства, отходы спиртовых и ацетонобутиловых заводов, биомасса различных видов растений [4, 15]. Переработанная биомасса используется для удобрения полей и производства компоста [2,18].

Таким образом, создается система замкнутого цикла: растения – корма (пищевые продукты) – отходы – растения. Такая система обеспечивает сельское хозяйство удобрением и кормами, производство – сырьем и энергией [3,13,19]. При этом не загрязняется окружающая среда, уменьшается использование минеральных источников энергии и выделение газов, вызывающих парниковый эффект [10].

Сокращение запасов традиционных источников энергии, экологические катастрофы, связанные с их добычей и транспортировкой, а также чрезмерное расходование финансовых средств на исправление допущенных ошибок определили поиск и разработку современных биотехнологических процессов, ориентированных на альтернативные возобновляемые энергетические источники, одним из которых является биогаз [6, 7,17].

Биогаз – смесь метана и углекислого газа, – продукт метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения[5, 8,16].

Экономический эффект использования биогаза был подсчитан в 70-80 годы прошлого столетия китайским правительством и получил наивысшую оценку эффективности. Данная оценка демонстрирует проблематику вопроса использования биогаза с непривычной для нас стороны [9,16].

Во-первых, используется внутренний ресурс страны, не требующий государственной поддержки. Во-вторых, сокращается объем закупаемых энергоносителей для потребления на хозяйственно-бытовые нужды примерно на 4 млрд м3 газа в год, что в итоге позволяет экономике Китая быть более независимой в определенных отраслях от мировой конъюнктуры цен на энергоносители, а также добиться повышения благосостояния домохозяйств. И это всего лишь небольшая часть возможной экономии средств только на закупке ископаемых энергоресурсов [12].

Цель исследования – оценка влияния технологических параметров на процесс образования биогаза.

Материалы, методы и результаты исследований. Опыты были проведены в Орловском региональном центре сельскохозяйственной биотехнологии. Мы взяли навоз КРС и проводили его метановое брожение при 37С^о в течение месяца. Был проведен подсчёт выхода метана. Это позволило получить обогащенный питательными веществами биоудобрение в сжатые сроки. Подсчет проводили на газоанализаторе белорусского производства ФП-1102. Навоз КРС был помещен в бутылки, емкостью 5 литров. На конце бутылки был клапан с вентелем, для удобства подсчета биогаза. К этому вентелю мы и подсоединяли газоанализатор для определения результатов опыта. Получаемый в результате распада сбалансированный компост является идеальным средством для подкормки и пересадки растений. Простой в использовании Доктор Робик 209 не содержит едких веществ, безвреден для окружающей среды [11].

Таблица 1 – Влияние препарата Доктор Робик и влажности навоза КРС на процесс метанообразования и выход метана

В результате процесса метанообразования мы получали биогаз, в котором через каждые 5 дней проводили замеры метана газоанализатором белорусского производства ФП-1102. Это необходимо для изучения оптимальных условий метанообразования, для разработки технологической линии производства биогаза и биоудобрений. В опытах мы взяли навоз КРС с разным содержанием влажности 60% и 80% и исследовали метановое брожение, подсчитывая выход метана каждые пять дней. С каждым подсчетом выход метана увеличивался почти в 2 раза, что свидетельствовало об активном метанообразование.

В два варианта опыта мы добавили препарат Доктор Робик по 10г. Как видно из полученных результатов, он способствовал большему выходу метана за такой же промежуток времени. На 5 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10г влажность у варианта 80%, это на 2,1% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 1,8% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 5 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана. Это может происходить за счет действия комплекса микроорганизмов которые находятся в препарате.

На 10 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10г влажность у варианта 80%, это на 2,2% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 1,2% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 10 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.

На 15 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 39,9%, это на 2,6% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,3% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком.

На 20 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 53,5%, это на 2,5% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,3% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Результаты показывают, что на 20 сутки при увеличении влажности еще больше повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.

На 25 сутки наибольший выход метана наблюдался в варианте с применением навоза КРС и доктора Робика в количестве 10 г, влажность у варианта 80%. Содержание метана составило 59,8%, это на 2,8% больше чем в варианте с навозом с влажностью 60% и на 2,5% больше чем вариант навоз КРС влажностью 60% и доктором Робиком. Эти результаты показывают, что на 25 сутки при увеличении влажности повышается выход метана в биогазе, также при добавлении микробиологического препарата увеличивается выход метана.

Навоз КРС влажностью 80% с добавлением Доктора Робика показал за одинаковое время наибольший выход метана, это свидетельствует о благоприятных условиях для микроорганизмов и выходу метана.

Навоз КРС влажностью 80% с добавлением Доктора Робика и будет являться более эффективным субстратом для подкормки и пересадки растений.

Выводы. Процесс биоконверсии кроме энергетической позволяет решить еще две задачи. Во-первых, сброженный навоз по сравнению с обычным повышает на 1020% урожайность сельскохозяйственных культур. Объясняется это тем, что при анаэробной переработке происходит минерализация и связывание азота. При традиционных же способах приготовления органических удобрений (компостированием) потери азота составляют до 30-40%. Анаэробная переработка навоза в четыре раза – по сравнению с несброженным навозом – увеличивает содержание аммонийного азота (20-40% азота переходит в аммонийную форму). Содержание усвояемого фосфора удваивается и составляет 50% общего фосфора.