БІОТЕХНОЛОГІЯ - В. Г. Герасименко - 2006
Частина ІІ. Спеціальні біотехнології
Розділ 22. БІОТЕХНОЛОГІЇ УТИЛІЗАЦІЇ І БІОКОНВЕРСІЇ ВІДХОДІВ АГРОПРОМИСЛОВОГО КОМПЛЕКСУ
22.3.НЕТРАДИЦІЙНІ МЕТОДИ. БІОТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ ШЛЯХОМ АНАЕРОБНОГО ЗБРОДЖУВАННЯ ВІДХОДІВ
22.3.3. Техніко-технологічні аспекти виробництва біогазу
22.3.3.1. Склад та розповсюдження БГУ у світі
Процес одержання біогазу шляхом анаеробного бродіння відбувається у спеціальних установках, які називаються біогазовими або біоенергетичними (БГУ або БЕУ).
БГУ - це комплект устаткування, що включає (залежно від техніко-технологічного рівня): ємність для збирання і зберігання гною, резервуар для зброджування гною (ферментер, реактор, метантенк, бродильна камера, дайджестер), резервуар для збирання біогазу (газозбірник, газгольдер), нагрівальні та пере- мішувальні пристрої, системи трубопроводів, помп і газових компресорів, центрифугових пристроїв, контрольно-вимірювальної апаратури і засобів автоматизації.
Біогазовий реактор, в якому відбувається метанова ферментація, - це основний елемент біогазової установки будь-якого технологічного рівня. З резервуару для збирання гною перемішану біомасу подають до камери ферментації, де починається процес виробництва біогазу. Ферментаційна камера (біореактор) - це герметичний теплоізольований резервуар, оснащений обладнанням для подачі нових порцій сировини, відведення біогазу і шламу та механізмами для підтримки однорідності біомаси в камері (пристосування для перемішування маси та розбивання кірки), а також системами підтримки необхідної температури процесу ферментації.
Ємність газгольдерів буває різною і залежить від добового виробництва біогазу та його витрат. Проте вона не має бути меншою за максимальне добове виробництво біогазу. Однак витрати на резервуари для біогазу (газгольдери) складають суттєву частину загальних витрат на БГУ. Тому на практиці не будують надто великих місткостей, а в разі необхідності надлишок виробленого біогазу викидають у повітря.
Перші БГУ з’явилися ще до заснування наукових основ метаногенезу. В Індії вони були ще в 1900 р. Як сировину використовували відходи тваринництва та рослинні рештки. Аналогічні установки були збудовані в 1918 р. у Німеччині, в 1922 р. - в Англії, а в 1930 р. - у США. Це така собі бочка, в яку з тваринницьких приміщень трубами та жолобами стікав гній. В бочці відбувалось метанове бродіння тривалістю 40 діб і більше. Такі установки давали дуже низький вихід біогазу, а в холодну пору вони взагалі не працювали.
Вивчення основ процесу метаногенезу дало можливість перейти від примітивних конструкцій до установок підвищеної продуктивності.
Перші більш досконалі й продуктивні БГУ, з ємністю реактора від 300 до 2500 м3 та часом зброджування 10-20 діб, були сконструйовані в Німеччині в 1947-1950 рр. Після цього масове виробництво установок розпочалося в багатьох країнах світу - Китаї, Індії, Англії, США, Франції тощо.
В Україні дослідження в цій сфері розпочалися в 1949 р., а вже в 1959 р. в Запорізькому філіалі НДІ електрифікації сільського господарства була сконструйована БГУ, яка працювала в мезофільному режимі. В подальшому були розроблені БГУ «Біогаз-301» для утилізації гною свиней (до 3000 гол.), установка УкрНІІ агропроект, Кобос-1 та ін.
Нині у світі розроблені та експлуатуються понгад 60 різновидів БГУ, які відрізняються між собою складністю обладнання, конструкційними особливостями, принципом дії, потужністю - від малогабаритних сімейних установок до потужних промислових підприємств з ємкістю реакторів відповідно від 1 до 6000 м3.
Загальна кількість промислових біогазових установок на території ЄС сьогодні складає близько 750 одиниць, з них найбільше (500) знаходиться у Німеччині, Австрії - 120, Італії - 70, Швейцарії - 59 і Данії - 40 (Дубровін В. та ін., 2004). Сьогодні у Данії існує близько 20 великих централізованих об’єктів типу CAD (Centralised Anaerobic Digestion), що обслуговують господарства в радіусі 10-15 км. В Австрії функціонують 3 об’єкти такого типу, у Швеції - 8, в Італії - 5 і в Німеччині - 3. Великі CAD-системи щорічно постачають з аграрних кооперативів по декілька сотень тонн сільськогосподарських відходів. Перевагами централізованих систем є можливості використання передових технологій знезаражування та звільнення сировини від великої кількості баластних речовин. Такі централізовані CAD-системи мають реактори місткістю до 10000 м3, в яких можна виробляти енергію у кількості від кількох сотень кВт до декількох МВт. Одним з недоліків централізованих систем є великі відстані, на які необхідно перевозити субстрати.
Ферментація у невеликих реакторах без додаткового підігріву системи, де сировиною можуть бути гнойова біомаса та комунальні відходи, можлива в країнах з високою середньою річною температурою навколишнього середовища та іншими, ніж у розвинених країнах, структурами сільського господарства. Реактори місткістю 4-12 м3, що обслуговують одне або декілька господарств, найбільш популярні у країнах Африки та Азії. Біогаз, який виробляється в малих системах, задовольняє енергетичні потреби господарств, використовується для приготування їжі та освітлення приміщень. Найбільша кількість таких установок (8 мільйонів ферментаційних камер) знаходиться у Китаї.