Одним из эффективных способов сокращений указанных потерь является метановое сбраживание навоза и растительных отходов в биологических гумусно-газовых установках.

Важным свойством метанового сбраживания является обеззараживание навоза от ряда болезнетворных бактерий, гельминтов и семян сорных трав. Благодаря этому сбраженный навоз можно вносить под все культуры. Установлено также, что мухи в сбраженном навозе не размножаются, отложенные в нем личинки погибают.

По данным бывшего запорожского филиала ВИЭСХ, десятидневное метановое сбраживание навоза в бродидьных камерах биогазовой установки обеспечивает полное обеззараживание навоза от яиц и личинок ряда гельминтов - аскарид, трихоцефалят, дикройцелей и стронголят. Все эти факты свидетельствуют о том, что метановое сбраживание навоза является важной санитарной мерой против значительной части заболеваний животных.

Анаэробное метановое сбраживание навоза и растительных отходов в биогазовых установках обогащает их бактериями метанового брожения, повышает удобрительные качества за счет сохранения азота и перевода значительной части его в легкоусвояемую растениями минеральную форму. Распад органических веществ сопровождается частичным окислением углерода в углекислоту и образованием метана с незначительным выделением тепла. Из каждой тонны навоза выделяется в среднем 50 м3 биогаза.

Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перегревания) органических веществ самого разного происхождения. В любом крестьянском хозяйстве в течение года собирается значительное количество навоза. обычно после разложения его используют как органическое удобрение. Однако мало кто знает, какое количество биогаза и тепла выделяется при ферментации. А ведь эта энергия тоже может сослужить хорошую службу сельским жителям.

Биогаз - смесь газов. Его основные компоненты: метан (СН4) - 55-75% и углекислый газ (СО2) - 28-43%, а также в очнь малых количествах другие газы, например, сероводород (Н2S).

В среднем 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70%, производит 0,18 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка.

Поскольку разложение органических отходов за счет деятельности определенных типов бактерий, существенное влияние на него оказывает окружающая среда. Исследования показывают, что для нормального процесса метанового сбраживания навоза и растительных отходов необходимо обеспечить следующие условия: защита бродильных камер от проникновения воздуха и света; слабощелочная реакция среды (рН в пределах 7 - 7,8), содержание летучих жирных кислот не более 2 000 мг/л.

Оптимальными температурами для размножения метановых бактерий являются 30 - 34° (мезофильное брожение) и 50 - 55° (термофильное брожение).

При термофильном брожении биохимические процессы протекают более интенсивно, однако при этом затрачивается больше тепла. Вот почему более экономичным считается мезофильное брожение.

3.2.2. Расчет процесса метанового сбраживания проводим в такой последовательности:

Объем навозоприемника:

Vn= aсут´t0´kB'

rn

где aсут - суточный выход навоза (влажность 92%) - 22 741,6 кг.

rn - плотность навоза, кг/м3 (rn= 1020 кг/м3);

tn - время накопления навоза, сут;

kB - коэффициент, учитывающий изменение плотности навоза, в зависимости от исходной влажности (kB = 1,5).

Vn=

Принимаем объем навозоприемника равным 70 м3.

Объем емкости для нагрева:

V0=

где t0 - время нагрева, сут;

k'B - коэффициент, учитывающий изменение объема, в зависимости от температуры нагрева.

V0=

Принимаем объем емкости для нагрева равным 30 м3.

Объем менантенка:

Vм =

где q - суточная доза загрузки менантенка, %.

Vм =

Принимаем объемы двух менантенков равными V1м = 225 м3 и V2м = 225 м3.

Продолжительность сбраживания:

tсб = 100/q', сут, …. Стр. 115 [1],

где q' - выход биогаза, приходящийся на 1т переработанного навоза, м3.

tсб = 100/20 = 5 сут.

Суточный выход биогаза:

Gб = Qсутq', м3,…. Стр 115[1].

Gб = 22 741,6 ´ 20 = 440 м3 биогаза.

Объем газгольдера:

VГ =

где tн.б. = время накопления биогаза за сутки, г.

VГ =

Принимаем объем газгольдера равным 220 м3.

Общая тепловая энергия получаемого биогаза:

Qобщ = Gб´Сб, МДж, стр 115[1],

где Сб = 24 МДж/м3 - теплотворная способность бигаза.

Qобщ = 24´440 = 10 560 МДж.

Расход теплоты на нагрев исходного навоза с t1 = 8°С до t2 = 35°С (мезофильный режим).

Qм.р. =

где Сн - теплоемкость навоза (Сн = 4,06 кДж/(кг´°С));

h= КПД нагревательного устройства (h=0,7).

Qм.р. =

Расход теплоты на собственные нужды:

Qс.н. = Qм.р. + Qк.т. , МДж,…… 115[1],

где Qк.т. - расход теплоты на компенсацию теплопотерь.

Qс.н. = 3 561,3 + 200 = 3 761,3 МДж.

Общее количество биогаза, идущего на собственные нужды:

Gб.н. = Qс.н./Сб , м3, ………115[1],

Gб.н. =

Выход товарного биогаза:

Gб.т. =Gб - Gб.н. , м3, ……115[1].

Gб.т. = 440 - 156,7 = 283,3 м3.

Коэффициент расхода биогаза на собственные нужды:

hб =

hб = 156,7¸440 = 0,35.

Тепловая мощность котла КГ-1500:

Wк = 1500Сб/Gб , МДж, …….115[1],

где Сб = 24 МДж/м3. - теплотворная способность биогаза.

Wк =

Продолжительность работы котла - парообразователя для собственных нужд установки:

tр =

для обеспечения биогазовой установки теплотой необходимо два котла - парообразователя КГ-1500.

Один килограмм твердых отходов может дать 0,25 м3 биогаза. По теплотворной способности 1 м3 газа соответствует 0,6 л жидкого топлива. В сутки для 100 коров на подогрев воды расходуется 5….6 м3 газа. Один Квт´ч электроэнергии соответствует расходу 0,7… 0,8 м3 газа. Одна тонна сброженного навоза увеличивает урожайность на 10 - 15% по сравнению с использованием буртового навоза.

3.2.3. Технологическая схема биогазовой установки.

Совершенными и экономичными признаны установки непрерывного действия, обеспечивающие равномерный выход биогаза и навоза.

Установка состоит из навозоприемника 2 (см. рис. ) полезной емкостью 70 м3, двух бродильных камер 13 и 18 (V1м =V2м = 225 м3), мерного резервуара 6 (V = 12 м3); насосных № 1 и № 2 с фекальными насосами; системы труб с арматурой, газгольдера 9 емкостью 220 м3.

Рис. Схема биогазовой установки на 400 голов КРС.

1 - Навозные каналы; 2 - навозоприемник; 3 - мешалка; 4 - насосная № 1; 5,7 - трубопровод сырого навоза; 6 - мерный резервуар; 8,11 - газопровод; 9 - газгольдер; 10,12 - паропровод; 13 - менантенк № 1; 14 - котельная; 15 - трубопровод сырого навоза; 16 - трубопровод сброженной массы; 17 - распределительный ьак сырого навоза; 18 - менантенк № 2.

Процесс сбраживания - мезофильный подогревом до 32 - 34°с, заполнение камер - непрерывное с ежесуточной подачей сырого навоза в количестве 5% от объема заполнения камер, т.е. длительность брожения составляет 20 - 21 день.