Краєвська Аліна Сергіївна

магістр, Дніпровський державний технічний університет

Україна, м. Кам'янське, 

Волошин Микола Дмитрович

к.т.н, професор, Дніпровський державний технічний університет

Україна, м. Кам'янське,

Клиндукова Дар'я Владиславівна

магістр, Дніпровський державний технічний університет

Україна, м. Кам'янське

  Анотація. Стаття призначена для розробки біогазу та одержання добрива з твердих побутових відходів в лабораторних умовах, для вирішення глобальних проблем недостачі сировини в Україні.

  Ключові слова: біогаз, бродіння, тверді побутові відходи, добриво,сировина, зароджуваний.

  Зміст наукової роботи. Отримання біогазу стала особливо актуальною в останні десятиліття через гострий дефіцит сировини та економіки в глобальному масштабі, підвищення екологічних вимог, підвищення цін на газ, в опалювальний сезон. Вимоги до захисту навколишнього середовища від забруднення, все збільшується вартість переробки відходів і інтересів до анаеробної переробки біомаси. Загальні запаси її на Землі становлять 1836 млрд т, що еквівалентно 640 млрд т нафти. У США, Великобританії, ФРН, Швейцарії біогаз отримують на міських звалищах, в фермерських господарствах, а також з опадів каналізаційних очисних споруд. Так, в США (штат Каліфорнія) завод по переробці гною щодня дає 27,0 тис. м3 біогазу, який надходить на муніципальну ТЕС. Велика кількість біогазу отримують з установок на міських звалищах. У Китаї є найбільша кількість таких установок - понад 7 млн [1].

  Основними ресурсами для отримання біогазу являються органічні залишки і відходи сільськогосподарського виробництва, в основному, екскременти тварин, солома, картопляна і бурякові відходи , а також трава, листя, соснові голки, домашні відходи. Вихід біогазу на 1 т абсолютно сухої речовини залежить від виду використовуваного сировини. З тонни гною великої рогатої худоби виходить 200-350 м3 біогаза з утримання метану 60%, з тонни рослинних залишків виходить 300-630 м3 біогазу з утримання метану до 70% [1].

  Кінцевими продуктами зброджування являються цільової продукт (біогаз) і зброджуваний субстрат (шлам). Побічним продуктом при виробництві біогазу є зброджуваний субстрат (шлам). Вчасно процесу бродіння аміак виділяється з органічних азотистих сполук і разом з з'єднанням і фосфору і калію, наявними в субстраті і утворюються в результаті розкладання, перетворює зброджувану масу в багате поживними речовинами і органічне добриво [1].

  Найбільше застосування в технології одержання комплексних добрив знайшов біореактор з мезофільним режимом метанового бродіння. Мезофільний режим є менш енергоємним. При використанні мезофільного режиму спостерігається низька швидкість розпаду органічних речовин, тривалість процесу бродіння досягає 50 діб [2].

  Метод дослідження. В дослідах використовували мезофільний режим бродіння, що є технологічно спрощеним і менш коштовним. Об’єктом дослідження є процес підготовки твердих побутових відходів для їх подальшого метанового бродіння.

  В умовах міста Кам΄янське рекомендовано наступні субстрати для виробництва біогазу: курячий послід, коров’ячий послід, коров’яча сеча, відходи з виробництва соняшникової олії ( соняшникове лушпиння), відходи капусти, моркви, бурякові відходи, лук, картопля.

  Процес метанового бродіння проводили в скляному циліндрі (біореакторі) ємністю 1 дм 3, щільно закритого гумовою пробкою. До біореактора приєднували герметично закриті скляні ємності (дрексель) для збору біогазу та мірну ємність для вимірювання об’ємів витісненої біогазом води. Задля забезпечення ефективного використання всього об’єму біореактора використовували перемішування маси [4, 5, 6]. 

  Підтримування постійної температури мезофільного режиму метанового бродіння виконували завдяки нагрівачу з терморегулятором зануреного в біореактор. Для мінімізації теплових втрат з біореактора використовували пінопластовий ковпак, яким щільно накривали лабораторний біореактор. Товщина стінки пінопласту – 20 мм.

  Використовували наступне вагове співвідношення компонентів в сухій речовині представлені в таблиці 1: суміш (капуста, морква, буряк, цибуля, картопля), соняшник(лушпиння), коров'яча сеча, курячий послід, коров'ячий послід, дистильована вода.

Таблиця №1

  Кожну добу в мірному циліндрі з водою контролювали добовий об’єм утвореного біогазу. Досліджували інтенсивність процесів бродіння за кількістю утвореного біогазу із 4-х проб органо-мінеральної суміші на 1 кг маси представлені в таблиці 2.

Таблиця №2

  Дані експерименту свідчать, що після 20-ї доби виділення біогазу в усіх чотирьох біореакторах значно зменшувалось (мал. 1). Отже, для одержання якісного збродженого комплексного добрива і біогазу достатньо 20 діб (мал. 1). Після двадцятої доби проведення експерименту виділення біогазу на всіх чотирьох установках стає в різній мірі низьким .

Мал.1 Залежність об'єму виділеного біогазу від часу

  На графіку (мал.1), бачимо, із зростанням сухої речовини в суміші, що піддавали бродінню, збільшується і об’єм виділеного біогазу. Тоді, загальний об’єм виділеного біогазу зростає до 300*10 -3 дм3.

  Висновки.

1. Отримання біогазу та добрива є економічних але для цього потрібен час. Для одержання якісного збродженого комплексного добрива і біогазу достатньо 20 діб.
2. Мезофільний режим є менш енергоємним. При використанні мезофільного режиму спостерігається низька швидкість розпаду органічних речовин, тривалість процесу бродіння досягає від 10-50 діб.
3. Об’єктом дослідження є процес підготовки твердих побутових відходів для їх подальшого метанового бродіння. В кінцевому результаті можливо отримати два продукта зброджування являються цільової продукт (біогаз) і зброджуваний субстрат (шлам). Зброджуваний субстрат можливо використовувати, як добриво.

Література

1. Биотехнология топлива: учеб. пособие / А.В. Виноградова, Г.А. Козлова, Л.В. Аникина. – Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2008. – 212 с.
2. Гюнтер Л. И. Метантенки : [монография] / Л. И. Гюнтер, Л. Л. Гольдфарб. – М. : Стройиздат, 1991. – 128 с.
3. Електроний ресурс - http://udobreniya.info/domashnie/navoz/
4. Очеретнюк О. Р. (Бєлянська) Енерготехнологія одержання органо- мінеральних добрив із осадів стічних вод, курячого посліду та шламу хімводопідготовки [Текст] / О. Р. Очеретнюк (Бєлянська), М. Д. Волошин, А. В. Іванченко, Н. П. Макарченко // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». – 2011. – № 31. – С. 104–114.
5. Пат. 66960 України, МПК С 02 F 11/04. Спосіб одержання органо-мінеральних добрив та біогазу з органічних відходів / О. Р. Очеретнюк (Бєлянська), А. В. Іванченко, М. Д. Волошин, заявн. та патентовл. Дніпродзержинський держ. техн. ун-т. – № u201108350 ; заявл. 04.07.11 ; опубл. 25.01.12, Бюл. № 2.
6. Пат. 70314 України, МПК С 05 F 3/00. Спосіб одержання органо-мінерального добрива з пташиного посліду / О. Р. Очеретнюк (Бєлянська), А. В. Іванченко, М. Д. Волошин, заявн. та патентовл. Дніпродзержинський держ. техн. ун-т. – № u201112820 ; заявл. 01.11.11 ; опубл. 01.06.12, Бюл. № 11.