|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ Основи біогазових технологій. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Альтернативні джерела енергії Що таке біогазова установка? Біогазова установка, як правило, є герметично закритою ємністю, в якій при певній температурі відбувається зброджування органічної маси відходів, стічних вод і т.п. з утворенням біогазу. Принцип роботи всіх біогазових установок однаковий: після збирання та підготовки сировини, що полягає у доведенні його до потрібної вологості у спеціальній ємності, воно подається в реактор, де створюються умови для оптимізації процесу переробки сировини. Сам процес отримання біогазу та біодобрива із сировини називають ферментацією чи зброджуванням. Зброджування сировини проводиться за рахунок життєдіяльності спеціальних бактерій. Під час зброджування на поверхні сировини утворюється кірка, яку потрібно руйнувати, перемішуючи сировину. Перемішування здійснюється вручну або за допомогою спеціальних пристроїв всередині реактора і сприяє вивільненню біогазу, що утворився з сировини. Отриманий біогаз після очищення збирається і зберігається до часу використання в газгольдері. Від газгольдера до місця використання у побутових чи інших приладах біогаз проводять газовими трубами. Перероблена в реакторі біогазової установки сировина, що перетворилася на біодобрива, вивантажується через вивантажувальний отвір і вноситься в ґрунт або використовується як кормова добавка для тварин.
Оптимізація процесу переробки сировини Умови, необхідні для переробки органічних відходів усередині реактора біогазової установки, крім дотримання безкисневого режиму, включають:
Типи біогазових установок Існує багато різних конструкцій біогазових установок. Їх розрізняють за методом завантаження сировини, на вигляд і за складовими частинами конструкції та матеріалами, з яких вони споруджуються. За методом завантаження сировини виділяють установки порційного та безперервного завантаження, які відрізняються часом зброджування та регулярністю завантаження сировини. Найбільш ефективними з точки зору вироблення біогазу та отримання біодобрив є установки безперервного завантаження. На вигляд установки відрізняються в залежності від способу накопичення і зберігання біогазу. Газ може збиратися у верхній твердій частині реактора, під гнучким куполом або у спеціальному газгольдері, що плаває або стоїть окремо від реактора. Вигоди застосування біогазових технологій Добре функціонуюча біогазова установка приносить ряд переваг її власнику, суспільству та навколишньому середовищу в цілому: Економія грошей:
Можливість отримання додаткових грошей:
Швидка окупність установок:
Економія часу, місця та жіночої праці:
Екологічні вигоди:
Детальніше про біогаз Біогаз утворюється за допомогою бактерій у процесі розкладання органічного матеріалу при анаеробних (без доступу повітря) умовах і є сумішшю метану та інших газів у наступних пропорціях: Таблиця 1. Склад біогазу
Теплотворна здатність одного кубометра біогазу становить залежно від вмісту метану, 20-2S МДЖ/м3, що еквівалентно згорянню 0,6 - 0,8 літра бензину; 1,3 - 1,7 кг дров або використання 5 - 7 кВт електроенергії'3. Біологічний процес бродіння У процесі зброджування сировини в біогазових установках бактерії, що виробляють метан, розкладають органічну речовину та повертають продукти розкладання у вигляді біогазу та інших компонентів у навколишнє середовище. Знання процесу зброджування необхідне вибору конструкції, будівництва та експлуатації біогазових установок. Склад сировини та виробництво біогазу У принципі, всі органічні речовини схильні до процесів бродіння і розкладання. Однак у простих біогазових установках переважно переробляти лише однорідні та рідкі органічні відходи: екскременти та урину худоби, свиней та птахів, людські фекалії. У більш складних біогазових установках можна переробляти й інші види органічних відходів - рослинні залишки та тверді відходи для сміття. Обсяг біогазу, що виробляється, залежить від типу використовуваної сировини і температури процесу зброджування. Використання біогазу
Біогаз може бути використаний у будь-яких газових приладах, так само як використовується природний газ. Найбільш ефективним є використання біогазу для приготування їжі, обігріву приміщень, вироблення електроенергії та заправки автомобілів. Про біодобрива У Киргизстані, як і в багатьох інших країнах, існує прямий зв'язок між проблемою добрив і деградацією земель, а також проблемою вирубування лісів через високий попит на дрова. У сільській місцевості часто спалюють висушений гній (кизяк) та органічні відходи для приготування їжі та обігріву житлових приміщень. Таке використання органічних відходів є причиною значних втрат рослинних поживних речовин, яких так потребує сільське господарство для підтримки родючості ґрунтів. Застосування біогазових технологій забезпечить максимальне використання доступних сільському населенню ресурсів: біошолом, що залишається після вироблення біогазу, являє собою ефективне добриво, що підвищує загальну якість земель і збільшує врожайність. Особливості біодобрив Біодобриво містить ряд органічних речовин, які роблять внесок у збільшення проникності та гігроскопічності ґрунту, водночас запобігаючи ерозії та покращуючи загальні ґрунтові умови. Органічні речовини є також базою для розвитку мікроорганізмів, які переводять поживні речовини у форму, яка легко може бути засвоєна рослинами. Практика показує, що врожайність рослин під час застосування біодобрив значно підвищується. Історія розвитку біогазових технологій Окремі випадки використання примітивних біогазових технологій було зафіксовано у Китаї, Індії, Ассирії та Персії, починаючи з XVII століття до нашої ери. Проте систематичні наукові дослідження біогазу почалися лише у XVIII столітті нашої ери, майже через 3,5 тисячі років.
У 1764 Бенджамін Франклін у своєму листі Джозефу Прістлі описав експеримент, в ході якого він зміг підпалити поверхню дрібного заболоченого озера в Нью-Джерсі, США. Перше наукове обґрунтування утворення займистих газів у болотах та озерних відкладах дав Олександр Вольта у 1776 р., встановивши наявність метану у болотному газі. Після відкриття хімічної формули метану Дальтоном у 1804 році, європейськими вченими були зроблені перші кроки у дослідженнях практичного застосування біогазу. Свій внесок у вивчення освіти біогазу зробили і російські вчені. Вплив температури на кількість газу, що виділяється, вивчив Попов у 1875 році. Він з'ясував, що річкові відкладення починають виділяти біогаз за температури близько 6°C. Зі збільшенням температури до 50°C, кількість газу, що виділяється, значно збільшувалася, не змінюючись за складом - 65% метану, 30% вуглекислого газу, 1% сірководню і незначна кількість азоту, кисню, водню і закису вуглецю. В.Л. Омельянський детально досліджував природу анаеробного бродіння і бактерії, що беруть участь у ньому. Незабаром після цього, в 1881 році, почалися досліди європейських вчених щодо використання біогазу для обігріву приміщень та освітлення вулиць. Починаючи з 1895 року, вуличні ліхтарі в одному з районів міста Ексетер постачали газ, який виходив у результаті бродіння стічних вод і збирався в закриті ємності. Двома роками пізніше з'явилося повідомлення про отримання біогазу в Бомбеї, де газ збирався в колектор і використовувався як моторне паливо в різних двигунах. На початку XX століття були продовжені дослідження в галузі підвищення кількості біогазу шляхом підвищення температури бродіння. Німецькі вчені Імхофф і Бланк у 1914-1921 роках. запатентували ряд нововведень, які полягали у запровадженні постійного підігріву ємностей. У період Першої світової війни почалося поширення біогазових установок по Європі, пов'язане з дефіцитом палива. Господарства, де були такі установки, перебували у сприятливіших умовах, хоча установки були ще недосконалі й у них використовувалися далеко ще не оптимальні режими. Одним із найважливіших наукових кроків в історії розвитку біогазових технологій є успішні експерименти Бусвелла щодо комбінування різних видів органічних відходів з гною як сировина в 30-х роках XX століття. Перший великомасштабний завод з виробництва біогазу був збудований у 1911 році в англійському місті Бірмінгемі та використовувався для знезараження осаду стічних вод цього міста. Біогаз, що виробляється, використовувався для виробництва електроенергії. Таким чином англійські вчені є піонерами практичного застосування нової технології. Вже до 1920 вони розробили кілька типів установок для переробки стічних вод. Перша біогазова установка для переробки твердих відходів об'ємом 10 м3 була розроблена Ісманом та Дюсельє та побудована в Алжирі у 1938 році. У роки Другої Світової Війни, коли енергоносіїв катастрофічно не вистачало, у Німеччині та Франції було наголошено на одержанні біогазу з відходів сільськогосподарського виробництва, головним чином, гною тварин. У Франції до середини 40-х років експлуатувалося близько 2 тис. біогазових установок для переробки гною. Цілком природно, цей досвід поширювався на сусідні країни. В Угорщині існували заводи для виробництва біогазу. Це відзначають солдати Радянської Армії, переважно вихідці із сільських районів СРСР, які звільняли Угорщину від німецьких військ і дивувалися, що у селянських господарствах гній худоби не лежав у купах, а завантажувався в закриті ємності, звідки отримували горючий газ. Європейські установки довоєнного періоду не витримали конкуренції у післявоєнний час з боку дешевих енергоносіїв (рідке паливо, природний газ, електроенергія) та були демонтовані. Новим імпульсом для їхнього розвитку на новій основі стала енергетична криза 70-х років, коли почалося стихійне впровадження біогазових установок у країнах південно-східної Азії. Висока щільність населення та інтенсивне використання всіх придатних для обробітку сільськогосподарських культур площ землі, а також досить теплий клімат, необхідний для використання біогазових установок у найпростішому варіанті без штучного підігріву сировини, лягли в основу різних національних та міжнародних програм з впровадження біогазових технологій. Сьогодні біогазові технології стали стандартом очищення стічних вод та переробки сільськогосподарських та твердих відходів та використовуються у більшості країн світу. Розвинуті країни У більшості розвинених країн переробка органічних відходів у біогазових установках найчастіше використовується для виробництва теплоенергії та електрики. Енергія, що виробляється таким чином, становить близько 3-4% всієї споживаної енергії в європейських країнах. У Фінляндії, Швеції та Австрії, які заохочують використання енергії біомаси на державному рівні, частка енергії біомаси досягає 15-20% від усієї споживаної енергії. Використання електроенергії та тепла, що виробляється за допомогою анаеробної переробки біомаси в Європі, зосереджено в основному в Австрії, Фінляндії, Німеччині, Данії та Великобританії. У Німеччині зараз налічується близько 2000 великих установок анаеробного зброджування. Кількість біогазових установок з обсягами реакторів понад 2000 м3 кожна в Австрії становить нині понад 120, близько 25 установок перебувають у стадії планування та будівництва. На малюнку 4 показана промислова установка в містечку Рібі, яка щорічно переробляє 164 тис. тонн біомаси і виробляє 5.5 млн. м3 біогазу, який продає ТЕЦу сусіднього містечка для опалення та вироблення електрики. Гній щодня постачають фермери, які діють на підставі договору та зацікавлені в отриманні вже переробленого гною у вигляді біодобрив. Високий ступінь розвитку ринку біогазових технологій може бути знайдено у сферах муніципальної утилізації стічних вод, очищення індустріальних стічних вод та утилізації сільськогосподарських відходів. У Швеції енергія біомаси надає 50% необхідної теплової енергії. В Англії, на батьківщині першого промислового біогазового реактора, за допомогою біогазу ще 1990 р. вдалося покрити всі енерговитрати у сільському господарстві. У Лондоні діє один із найбільших у світі комплексів з переробки побутових стічних вод.
У 30-ті роки досвід Європи було перенесено до США. Біогазова установка з переробки тваринницьких відходів була побудована в 1939 році і успішно працювала протягом більш ніж 30 років. У 1954 р. було побудовано перший завод із переробки комунальних відходів з отриманням біогазу у Форт-Додже, Штат Айова, США. Біогаз подавався на двигун внутрішнього згоряння для вироблення електроенергії за потужності електрогенератора 175 кВт. Зараз у США налічується кілька сотень великих біогазових установок, що переробляють відходи тваринництва та тисячі установок, що утилізують міські стічні води. Біогаз використовується в основному для отримання електрики, опалення будинків та теплиць. Збільшення викидів парникових газів, збільшення споживання води та її забруднення, родючість земель, що знижується, неефективна утилізація відходів і зростаючі проблеми з обезлісуванням є частинами нестійкої системи використання природних ресурсів по всьому світу. Біогазові технології є одним з важливих компонентів у ланцюзі заходів для боротьби з вищезазначеними проблемами. Прогноз зростання вкладу біомаси як джерела відновлюваної енергії у світі передбачає досягнення 23,8% від загального споживання енергії до 2040 року, а до 2010 року країни ЄС планують збільшити цей внесок до 12%.
Країни, що розвиваються Частка енергії, одержуваної з біомаси у країнах, становить близько 30-40% від споживаної енергії, а деяких станах (переважно, Африці) сягає 90%24. Серед країн, що розвиваються, поширене виробництво енергії та тепла за допомогою переробки відходів на невеликих біогазових установках. Близько 16 мільйонів господарств по всьому світу використовують енергію для освітлення, обігріву та приготування їжі, що виробляється у біогазових установках. Це включає 12 мільйонів господарств у Китаї, 3,7 мільйонів господарств у Індії та 140 тисяч господарств у Непалі25. У сільських районах Китаю нині понад 50 мільйонів людей користуються біогазом як паливо. Типова біогазова установка має об'єм реактора близько 6-8 м3, виробляє 300 м3 біогазу на рік, працюючи щорічно від 3 до 8 місяців, і коштує близько $200-250, залежно від провінції. Більшість установок дуже прості і після певного навчання фермери будують та експлуатують установки самостійно. З 2002 року уряд Китаю виділяє щороку близько 200 мільйонів доларів на підтримку будівництва біогазових установок. Дотація на кожну установку дорівнює приблизно 50% від середньої вартості. Таким чином, уряд досяг річного зростання кількості біогазових установок до 1 мільйона на рік. На індустріальній основі в Китаї працюють кілька тисяч середніх та великих установок та планується збільшення їхньої кількості. В Індії розвиток простих біогазових установок для сільських садиб почався в 50-х роках XX століття. На сьогоднішній день в Індії працює близько 3,7 мільйонів біогазових установок. Міністерство нетрадиційних джерел енергії Індії займалося впровадженням біогазових установок з 1980 років та надавало субсидії та фінансування для будівництва та експлуатації біогазових установок, навчання фермерів, відкриття та роботу сервісних центрів. Газифікація та виробництво теплової енергії на біогазових установках є зростаючою галуззю у багатьох країнах, що розвиваються. На Філіппінах біогазові установки виробляють газ для роботи моторів, які мелять рис і працюють на іригацію з 1980 років. Використання біогазу маленькими комерційними компаніями в Індії, Індонезії, Шрі-Ланці (наприклад, у текстильній індустрії або для просушування спецій, цегли, гуми) окупалося менш ніж за сезон. СРСР, СНД та Киргизстан У СРСР наукові основи метанового бродіння досліджувалися починаючи з 40-х років XX століття. Протягом існування СРСР у теоретичних дослідженнях брали участь інститути системи Академії Наук, а прикладні дослідження проводилися в Академії комунального господарства ім. Панфілова та дослідницьких та проектних інститутах сільськогосподарського спрямування, таких як: Всесоюзний інститут електрифікації сільського господарства (ВІЕСГ), Український науково-дослідний та проектний інститут агропромислового комплексу (УкрНДІгіпросільгосп) та інших. Головним центром розробки конструкцій вітчизняних біогазових установок (а також інших машин для переробки відходів аграрного виробництва) був Запорізький конструкторсько-технологічний інститут сільськогосподарського машинобудування (КТІСМ). Зібрані вченими дані лягли в основу створення кількох лабораторних та дослідних установок, проте до державних приймальних випробувань було допущено лише одну конструкцію - КОБОС-1. Установка КОБОС-1 була успішно випробувана на базі дослідної молочної ферми-лабораторії та схвалена для серійного випуску на заводі в Шуміху Курганської області (Північний Урал). Вона будувалася за програмою освоєння технології анаеробної переробки відходів як варіант серійних установок для тваринницьких господарств середньої величини – молочно-товарних ферм на 400 голів молочних корів або невеликих свинарських господарств на 4000 свиней. Завод випустив 10 комплектів обладнання, проте після розпаду СРСР фінансування припинилося. З 10 випущених установок три були розподілені в Україні та Білорусії, п'ять - були відправлені до Середньої Азії (дві з яких - до Киргизстану), дві - до Росії. Але впроваджена була лише одна з них - на фермі великої рогатої худоби в Кам'янецькому районі Брестської області Білорусії. Встановлення переробляє 1 м50. гною та виробляє 3...400 м500 біогазу на добу.
Одна з установок, що потрапили до Киргизстану, була переобладнана ОФ "Флюїд" Асоціації "Фермер" і встановлена на базі свинокомплексу ГОО "БЕКПР" на 4000 голів, в селі Лебединівка Чуйської області в 2003 році, інша використовується як водозбірник у приватному господарстві. Автори: Вєдєнєв А.Г, Ведєнєва Т.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ Плаваючий мікроробот розвозить ліки ▪ УЗД нового покоління CrystalLive від Samsung ▪ Немовлята кричать різними мовами
▪ Розділ сайту Електрику. Добірка статей ▪ стаття Читання - ось найкраще вчення. Крилатий вислів ▪ стаття Який космонавт зіграв весілля, перебуваючи на МКС? Детальна відповідь ▪ стаття Величини мережевої напруги та частоти у країнах світу. Довідник ▪ стаття Індикатор споживаного струму або потужності. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки ▪ стаття Зарядний пристрій для електробритви. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page