Підвищення ефективності енергопостачання цукрових заводів шляхом застосування біогазових установок

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ЦУКРОВИХ ЗАВОДІВ ТА ВИКОРИСТАННЯ БІОГАЗОВИХ УСТАНОВОК

1.1 Технологічний процес виробництва цукру

1.2 Потенціал виробництва біогазу на цукрових заводах

1.3 Історія розвитку біогазових установок

РОЗДІЛ 2. ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ ТА ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСІВ І ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ

2.1 Основи біотехнології виробництва біогазу

2.2 Інтенсифікація процесу метаноутворення

2.3 Структура та класифікація біогазових установок

2.4 Шляхи вдосконалення біогазових установок

2.5 Використання сонячної енергії для інтенсифікації процесу ферментації субстрату

РОЗДІЛ 3. ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ЦУКРОВИХ ЗАВОДІВ ШЛЯХОМ ВИКОРИСТАННЯ БІОГАЗУ В КОГЕНЕРАЦІЙНІЙ УСТАНОВЦІ

3.1 Схеми використання біогазу

3.2 Застосування когенераційних технологій у використанні біогазу

РОЗДІЛ 4. ЗАСТОСУВАННЯ БІОГАЗОВОЇ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНОВКИ ДЛЯ ЦУКРОВОГО ЗАВОДУ

4.1 Технічні рішення по цілорічному використанню біогазової когенераційної установки

4.2 Технологічний процес виробництва біогазу з бурякового жому

4.3 Матеріальний та тепловий баланс виробництва біогазу з жому цукрового буряка

4.4 Вибір і розрахунок ДВЗ біогазової когенераційної установки

РОЗДІЛ 5. РОЗРОБКА СИСТЕМИ ОБЛІКУ ЕНЕРГОНОСІЇВ БІОГАЗОВОЇ УСТАНОВКИ

5.1 Вибір приладів обліку енергоносіїв та контролю технологічних параметрів біогазової установки

5.2 Розробка системи АСКОЕ для комплексного обліку енергоносіїв біогазової установки

РОЗДІЛ 6. ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ВПРОВАДЖЕННЯ БІОГАЗОВОЇ КОГЕНЕРАЦІЙНОЇ УСТАНАНОВКИ ЦУКРОВОМУ ЗАВОДІ

6.1 Витрати на виробниц біогазу у період роботи цукрового заводу

6.2 Оцінка енергоефективності роботи біогазової когенераційної установки

РОЗДІЛ 7. ОХОРОНА ПРАЦІ

7.1 Аналіз та оцінка факторів професійних ризиків на об'єкті

7.2 Заходи щодо захисту робочого місця і попередження професійних ризиків

7.3 Аналіз шкідливих чинників та заходи по їх усуненню при експлуатації біогазової установки

7.4 Розрахунок заземлення електроустаткування

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ПЕРЕЛІК УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ

ВСТУП

Функціонування підприємств харчової промисловості в умовах ринку та постійного підвищення тарифів на енергетичні ресурси вимагає зниження витрат на енергоспоживання. До основних видів енергетичних ресурсів, забезпечуючих процес виробництва продукції, належать: природний газ, електрична і теплова енергія.

З метою підвищення енергоефективності виробничих процесів на підприємствах харчової промисловості та зниження енергетичної залежності від постачальників на ринку, доцільним вважається будівництво та експлуатація біогазових установок з відходів виробництва.

Отримання біогазу з органічних відходів дає можливість, на певному рівні, вирішувати одразу декілька проблем, що стоять перед АПК країни: енергетичну - отримання висококалорійного палива; екологічну - утілізація органічних відходів, які нагромадєуються у природі; фінансову - зниження витрат на утилізацію органічних відходів і придбання енергоносіїв.

За різними підрахунками у харчовому виробництві утворюється не менше 100-120 млн тонн відходів та побічних продуктів на рік []. Одна з найбільших часток відходів, що можуть бути використані для виробництва біогазу, підприємств харчової промисловості утворюється у цукровій промисловості.

Метою роботи є підвищення ефективності енергопостачання цукрових заводів шляхом застосування біогазових установок

Для поставлення даної мети необхідно розв'язати наступні задачі:

1. Проаналізувати сучасний стан енергопостачання цукрових заводів та обґрунтувати доцільність використання біогазових установок для підвищення їх енергетичної ефективності.

2. Розробити шляхи вдосконалення та інтенсифікації процесів і обладнання для виробництва біогазу з відходів виробництва цукрових заводів.

3. Розробити рішення по підвищенню ефективності енергопостачання цукрових заводів шляхом використання біогазу в когенераційній установці.

4. Розробити рішення по цілорічному використанню біогазової когенераційної установки системи енергопостачання цукрового заводу.

5.Розробити рекомендації для систему обліку енергоносіїв біогазової установки.

6. Розробити рекомендації для забезпечення експлуатації енергетичної установки в режимі передачі виробленої електричної енергії у зовнішню електричну мережу.

7. Визначити термін окупності біогазової когенераційної установки для умов її застосування на цукровому заводі продуктивністю 3000 т/доба.

Об'єкт дослідження - система енергопостачання цукрового заводу Предмет дослідження - біогазова когенераційна установка, що використовує відходи жому цукрового виробництва.

Методи дослідження. В роботі використані наступні методи досліджень:

- аналіз і узагальнення науково-технічної літератури для визначення сучасних аспектів і перспектив підвищення енергоефективності цукрових заводів;

- методи технічної термодинаміки для розрахунків процесів горіння та циклу ДВС біогазової когенераційної установки;

- теорія теплопровідності та теплопередачі;

- методи балансів матеріальних та теплових потоків при техніко-економічних розрахунках.

Наукова цінність: Обгрунтовано для підвищення енергетичної ефективності цукрових заводів застосовувати біогазову когенераційну установку, що використовує відходи жому. Запропоновано схемне рішення використання сонячної енергії для термостабілізації та інтенсифікації процесу ферментації субстрату в біореакторі. Для підігрівання субстрату всередині біореактора запропоновано застосовувати регенерацію енергії теплових потоків від утвореного біогазу і відпрацьованої біомаси.

Практична цінність роботи полягає в розробці рекомендацій енергоощадних рішень, важливих для підвищення ефективності при впроваджуваних біогазових когенераційних установок, що використовують жомові відходи цукрового виробництва:

-застосовувати двоступеневі ферментери, в яких метаноутворення відбувається швидше, а вихід біогазу збільшується на 10?20%;

- споруджувати біореактор за ґрунтоцементною технологією у вигляді монолітного корпусу з покращеною герметичністю, що підвищить надійність та довговічність його роботи, дозволить суттєво знизити вартість і термін будівництва біореактора;

- розміщати газгольдер у внутрішньому об'ємі біореактора, що знижує потреби в технологічних трубопроводах і виробничій площі;

- забезпечувати цілорічний режим роботи біогазової когенераційної установки шляхом вживання додаткового ресурсу біомаси, наприклад, кукурудзяного силосу.

РОЗДІЛ 1. АНАЛІЗ СУЧАСНОГО СТАНУ ЕНЕРГОПОСТАЧАННЯ ЦУКРОВИХ ЗАВОДІВ ТА ВИКОРИСТАННЯ БІОГАЗОВИХ УСТАНОВОК

1.1 Технологічний процес виробництва цукру

Технологія виробництва цукру з бурякової сировини на заводі, де всі операції механізовані і виконуються безперервним потоковим способом цілодобово, є складним процесом (рис. 1). На технологічні процеси випарювання, сушіння тощо необхідна велика кількість теплової енергії, яка звичайно виробляється паровивими або водогрійними котлами.

Рисунок 1.1 - Функціональна схема цукрового виробництва

З первинних (бурякових) приймачів буряка або з кагатів буряк доставляють в будівлю заводу за допомогою гідравлічних транспортерів або жолобів, в які подається вода [1]. Водою буряк несеться на завод. На гідравлічному транспортері зазвичай встановлюють механічні соломовловлювачі і каменевловлювачі, що відокремлюють від буряка грубі домішки. На заводі буряк надходить в коритоподібного мийку, оснащену валом і кулаками, в якій відмивається від землі. Потім буряк елеватором піднімають на висоту приблизно 15 м, щоб подальші операції здійснювалися самопливом. З елеватора вимитий буряк подають на автоматичні ваги, що реєструють масу сировини, що надійшла на завод. Наступним завданням є отримання з буряка соку. В сучасних дифузійних апаратах безперервної дії буряк, порізаний в стружку, рухається назустріч гарячій воді, в яку поступово дифундує цукор з бурякової стружки. При такому протитоковому висолажіванні одержують дифузний сік, який містить майже весь цукор буряка, а в обезцукреній стружці (жом) втрачається всього лише близько 0,3% цукру по буряках. Дифузійний сік мутний, чорного кольору. Для очищення дифузійний сік нагрівають парою в особливих підігрівниках (решоферах) до 90 °С і додають до нього вапняне молоко (на 100 кг буряка витрата вапна становить від 2 до 3 кг). При нагріванні соку і дії на нього вапна коагулюють білки і чорні фарбувальні речовини буряка. Крім того, аніони багатьох солей і кислот, що містяться в дифузійному соку, утворюють осад з іоном кальцію і, таким чином, видаляються з розчину (наприклад, аніони щавлевої, фосфорної і ряду інших кислот), відбувається, отже, очищення соку. Операцію додавання вапна для очистки соку називають дефекацією (осадженням).

На дефекацію витрачають значний надлишок вапна. Потім дефекованний сік разом з усіма опадами насичують вуглекислим газом (це так звана I сатурація, тобто насичення), при цьому надлишкова вапно перетворюється в нерозчинний дрібний кристалічний осад СаСО3, на поверхні частинок якого збираються (адсорбуються) деякі, особливо пофарбовані, несахара соку; таким чином, досягається додаткове очищення соку шляхом адсорбції.

Отсатурованний сік нагрівають до 90 ° С, щоб поліпшити фільтрацію, і фільтрують на вакуум-фільтрах, які відокремлюють дефекосатураційний осад, що містить СаСОз і несахара, обложені на дефекації. Колір профільтрованого соку світло-жовтий. У профільтрованому соку міститься ще в розчині невеликий надлишок вапна, тому його піддають II сатурації вуглекислотою і випавшій осад СаСО3 знову фільтрують. Перед II сатурацією сік нагрівають в подогревателях до 100 °С, що перешкоджає шкідливому утворення на II сатурації розчинної бікарбонату кальцію Са (НСОЗ). Що залишається в соку тонку муть видаляють повторної фільтрацією при малому тиску. Отриманий сік обробляють газом S02 (сульфітація) для додаткового знебарвлення його і ще раз фільтрують. Очищений сік світло-жовтого кольору. В ньому міститься близько 15% сухих речовин і близько 14% цукру. Очищений сік випарюють на випарної установці до концентрації 65% сухих речовин, з яких близько 60% цукру і 5% несахаров. Сироп ще раз сульфітують для додаткового знебарвлення і фільтрують.

В кінці очищений сироп уварюють під розрідженням в вакуум-апаратах до високої концентрації - близько 92,5% сухих речовин (з них близько 85% цукру). Цей продукт називається утфель. Невеликої кількості води, що залишається в утфелі (7,5%), недостатньо, щоб утримати в розчині весь цукор. Тому в процесі уварювання велика частина цукру викристалізовується і утфель містить більше 50% кристалів цукру. Залишається лише відокремити цей цукор від навколишнього маткової рідини, що містить також цукор в розчині і все несахара.

Кристали цукру відділяють з утфеля на центрифугах-швидкообертаючих вертикальних барабанах з сітчастою бічною поверхнею (1000 об/хв і більше). Утфель, завантажений в центрифугу, під дією відцентрової сили розташовується по боковій поверхні барабана: межкрістальной відтік проганяється відцентровою силою крізь сітчасту поверхню, і в барабані залишаються лише кристали цукру, які промивають невеликою кількістю гарячої води. Отриманий цукор-пісок висушують і пакують у мішки.

Матковий розчин ( «зелений відтік»), відділений на центрифугах, містить ще багато цукру (приблизно 62%), тому його ще раз уварюють в вакуум-апараті до змісту 95% сухих речовин і отримують утфель II кристалізації. Щоб викристалізувати більше цукру, утфель II кристалізації охолоджують до 40 ° С при перемішуванні в коритоподібних крісталлізаторах. Потім кристали цукру відділяють на центрифугах. Виходить цукор вже гіршої якості - «жовтий цукор», який повертають у виробництво (розчиняють в сатураційному соку і додають до сиропу). У маточне розчині, відділеному від утфеля II кристалізації, хоча і міститься близько 50% цукру по масі розчину, але отримати цей цукор методом подальшого уварювання і кристалізації вже не вдається, тому що містяться в ньому несахара ускладнюють кристалізацію. Це розчин є відходом виробництва, що називається меласою (або кормової патокою). Він вживається на виробництво спирту або дріжджів, частково йде на корм худобі і на отримання комбіновані кормів. Крім того, в даний час з меляси витягають цукор, застосовуючи хімічні методи. Діючи вапном або окисями стронцію або барію («сепарація», тобто виділення цукру з меляси), цукор переводять в слаборозчинні з'єднання.

Отже, цукробурякове виробництво, переробляючи цукровий буряк, дає звичайний білий цукор-пісок і в якості відходів - екстраговану січку цукрових буряків- жом (обезцукрена бурякова стружка), дефеко-сатураційний осад, що отримується при очищенні соку, і мелясу. Свіжий жом - водяниста маса жовто-сірого кольору. Швидко псується через високий вміст води (до 93%), тому жом силосують і висушують. Кислий жом містить до 13,4% сухої речовини, висушений - до 87%. Вихід жому 83% від маси переробленого буряка. Сухий жом - колоїдний, капілярно пористий матеріал.

Жом використовують для годівлі тварин свіжим, кислим (силосованим) та сушеним. Він не замінює концентровані корми, оскільки в ньому мало азотистих речовин, немає каротину, але багато кальцію.

Меляса, меляс або кормова патока - густа в'язка непрозора рідина темно-коричневого кольору, яка розчиняється у холодній та гарячій воді у будь-яких співвідношеннях. Меляса використовується як сировина для виробництва етилового спирту, харчових кислот, хлібопекарських та кормових дріжджів, добавка до корму сільськогосподарських тварин і до дрібнодисперсного вугілля як зв'язуюча речовина.

Жом і меляса у своєму складі мають мало азоту, але багато вуглеводів. Їх можна використовувати у виробництві біогазу. Із 1 т органічної сухої речовини жому (ОСР) можна одержати 250-350 м3 біогазу із вмістом метану 70-75%.

1.2 Потенціал виробництва біогазу на цукрових заводах

Загальний стан споживання енергетичних ресурсів підприємствами харчової промисловості наведено у таблиці 1 [].

Таблиця 1.1 - Динаміка споживання енергетичних ресурсів підприємствами харчової промисловості, тисяч тонн нафтового еквіваленту

Вирішення проблем переробки відходів сільськогосподарського походження, відкрили новий перспективний напрямок у конструюванні техніки та обладнання для харчової промисловості та агропромислового комплексу.

Беручи до уваги невпинний приріст цін на енергоресурси, все більше постає питання про використання саме альтернативних джерел енергії, які можна отримати з біомаси, тим паче Україна являється аграрною країною.

Одним з можливих напрямків використання біомаси в якості енергоносія, є отримання біогазу. Який складається на 50-80% з метану. Отримання біогазу з органічних відходів дає можливість, на певному рівні, вирішувати одразу декілька проблем, що стоять перед АПК країни: енергетичну - отримання висококалорійного палива; агрохімічну - отримання екологічно чистого добрива: екологічну - утилізація органічних відходів які нагромаджуються в природі: фінансову - зниження витрат на утилізацію органічних відходів і придбання енергоносіїв.

Переробляючи біомасу шляхом анаеробного зброджування отримуємо біогаз, спаливши який в котлах ТЕЦ цукрового заводу або в газодизель-генераторах, отримаємо електричну та теплову енергію, а також високоякісне, позбавлене домішок та патогенної мікрофлори органічне добриво, яке може бути використане на сільськогосподарських угіддях, що дозволить збільшити врожайність в 2-4 рази. Виробництво біогазу також дозволяє знизити викиди метану в атмосферу. зменшити використання хімічних добрив та знизити зараження ґрунтових вод.

Агропромисловий сектор України, виробляючи значні обсяги органічних відходів і потенційно володіє ресурсами для виробництва біогазу, здатними замістити 2,6 млрд. м.куб. природного газу на рік (теоретичний потенціал). При подальшому розвитку сільського господарства та широкому використанні рослинної сировини (силос, трави) цей потенціал може бути доведений за різними оцінками від 7,711 до 1812 млрд. м3/рік [].

Біогазові проекти у харчовій промисловості можуть бути організовані одним із способів:

- виробництво біогазу на базі відходів окремого підприємства (наприклад, жом цукрового заводу, барда спиртового заводу), при цьому один вид відходу буде домінуючим;

- виробництво біогазу на базі відходів різних підприємств, з привязкою проекту до окремого підприємства або окремо розташованої централізованої біогазової установки.

Україна традиційно займає провідне місце в Європі по виробництву цукру. Використання біогазової технології в умовах цукрового заводу є економічно привабливим проектом. За розрахунками та проведеними дослідженнями на аналогічних працюючих установках можна розраховувати на економію природного газу приблизно 20-30 % під час виробничого сезону. Окрім того, підприємство зможе отримувати додаткові прибутки від реалізації біодобрив. а при роботі установки на протязі всього року ще й від реалізації електроенергії та теплоносіїв. Затрати на будівництво БГУ будуть відрізнятися в залежності від продуктивності підприємства, а термін окупності становитиме від 2 до 5 років.

Основними причинами підвищення інтересу до БГУ на цукровому жомі є:

- зменшення попиту на жом як корму для великої рогатої худоби внаслідок зменшення їх загальної поголів?я і переходу на альтернативні раціони харчування;

- подорожчання логістики жому;

- істотне підвищення вартості природного газу і обмеження лімітов його використання;

- збільшення конкурентоспроможності продукції (цукру) на світовому ринку.

Крім того, виробничі потужності українських цукрових заводів дозволяють виготовляти до 3,5 млн т цукру. В останнє десятиліття виробляється від 1,3 до 2,6 млн т цукру-піску. При виробництві 1 т цукру в середньому утворюється 5,5-6,0 т бурякового жому, потенціал виробництва біогазу з якого досягає 35-50 м3/т. Таким чином, обсяг виробленого біогазу з усієї кількості жому, що утворюється може скласти 0,3 млрд куб. м (еквівалент 0,2 млрд куб.м природного газу).

Практично на всіх цукрових заводах нашої країни потенційно можна впровадити біогазові установки середньої і великої потужності (від 100 до 10 тис. куб. м біогазу на годину), крім власне жому для виробництва біогазу можна використовувати також мелясу, бадилля цукрового буряка після збирання врожаю, некондиційну масу буряків.

Потенціал виробництва біогазу на цукрових заводах України наведено у таблиці 1.2 [].

Таблиця 1.2 - Потенціал виробництва біогазу на цукрових заводах

Потенціал виробництва метану з усього обсягу відходів і побічної продукції, млн м3 СН4	Потенціал впровадження БГУ
	Одиниць БГУ	Електрична потужність	Частка можливого використання потенціалу, %
594,8	50	354,0	45,2

З таблиці видно, що потенціал застосування відходів цукрових заводів, зокрема жому, є доволі перспективним. Його використання та утилізація біогазу зможе задовольнити від половини і більше потреб в енергетичних ресурсах - біогаз, електро- та теплоенергії, залежно від виду діяльності. Це знизить витрати на енергетичні ресурси, утилізацію відходів, викиди забруднюючих речовин у навколишнє природне середовище.

1.3 Історія розвитку біогазових установок

Перші БГУ з'явилися ще до заснування наукових основ метаногенезу. Як сировину використовували відходи тваринництва та рослинні рештки. В Індії вони були створені ще в 1900р. Аналогічні установки були збудовані в 1918 р. у Німеччині, в 1922 р. - в Англії, а в 1930 р. - у США. Це були циліндричні ємності, в які з тваринницьких приміщень трубами та жолобами стікав гній. В ємності 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.

У європейській практиці 75% біогазу виробляється з відходів сільського господарства, 17% - з органічних відходів приватних домогосподарств і підприємств, ще 8% - з муніципальних каналізаційних стоків та каналізаційних стоків окремих виробництв [4].

Сьогодні перше місце за кількістю діючих біогазових комплексів належить Німеччині. Загальна кількість промислових біогазових установок, що продовжу збільшуватися, в цій країні перевищує 9000 одиниць. Тільки 7% виробленого цими підприємствами біогазу надходить в газопроводи, решта - використовується для потреб виробника. У перспективі 10-20% природного газу, який використовується в країні, може бути замінений біогазом. З точки зору масштабів застосування біогазу лідирує Данія: даний вид палива забезпечує майже 20% енергоспоживання країни.

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. На сьогодні біогазові технології не мають широкого поширення у промислових масштабах. Наявні лише поодинокі випадки їх використання, в режимі дослідних установок без підтвердження їх економічної ефективності на рівні експертних висновків.

РОЗДІЛ 2. ШЛЯХИ ВДОСКОНАЛЕННЯ ТА ІНТЕНСИФІКАЦІЇ ПРОЦЕСІВ І ОБЛАДНАННЯ ДЛЯ ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ

2.1 Основи біотехнології виробництва біогазу

Біогазові технології - радикальний спосіб знешкодження і переробки різноманітних органічних відходів рослинного і тваринного походження з одночасним одержанням висококалорійного газоподібного палива - біогазу та високоефективних екологічно чистих органічних добрив. У їх основі лежать складні природні процеси біологічного розкладання органічних речовин в анаеробних умовах (без доступу повітря).

Одним із найбільш перспективних методів утилізації відходів агропромислового комплексу (рослинництва, тваринництва) є їх біоконверсія в енергоносій біогаз шляхом мікробіологічної ферментації.

Метанове анаеробне зброджування є найбільш раціональним шляхом використання енергії відходів. Воно відбувається у спеціальних біогазових або біоенергетичних установках, у яких за рахунок анаеробної біоконверсії метаноутворюючими мікроорганізмами органічних речовин одержують енергоносій у вигляді біогазу, високоякісне знешкоджене органічне добриво і, навіть, кормові добавки.

Цей напрям біоконверсії в умовах поступового виснаження традиційних енергетичних ресурсів (нафти, газу, вугілля тощо) і особливо зростаючого дефіциту пального у сільській місцевості та ускладненням централізованого забезпечення її природним газом має важливе значення.

В умовах реформування аграрного сектора економіки України це дозволить на першому етапі зменшити споживання електроенергії для потреб сільськогосподарських підприємств, а в подальшому, широко впроваджуючи мотор-генератори на біогазі, повністю перейти на самозабезпечення господарств електроенергією.

Крім енергетичної і економічної проблеми, біотехнологія анаеробного зброджування дає можливість вирішувати екологічні та санітарно-гігієнічні проблеми.

Фракції, що утворюються в процесі біометаногенезу

Принципова схема виробництва біогазу передбачає наступні етапи:

1) накопичення і підготовка біомаси;

2) трансформація біомаси в біогаз (безпосередньо метанове бродіння);

3) раціональне використання продуктів метанового бродіння (біогазу та органомінерального добрива).

При утилізації біомаси будь-якого походження шляхом анаеробної ферментації утворюються такі фракції:

1) біогаз (суміш газів);

2) нерозщеплені мікроорганізмами органічні речовини (тверда фракція або шлам) вологістю 65-70 %;

3) рідка фракція або надосадова рідина.

Біогаз, утворений у ферментаційній камері, як більш легкий, накопичується над масою, що ферментується, звідки трубопроводами відводиться у газовий резервуар (газгольдер).

Поділ біомаси після зброджування на тверду і рідку фракції можна проводити за допомогою центрифуги або віброгрохота. В середньому з 1 кг органічної речовини, біологічно розкладеної на 70 %, можна одержати 0,5 кг біогазу, 0,2 кг води і 0,3 кг нерозщепленого залишку або шламу.

Біогаз отримують в процесі анаеробної (без доступу повітря) ферментації (розкладання) органічних речовин (біомаси) різного походження. Біогаз - це суміш газів, яка складається з метану (50-85 %), діоксиду вуглецю (15-50 %), невеликої кількості сірководню (до 2 %), а також домішок водню, аміаку, оксидів азоту. Головним компонентом біогазу є метан. Присутність діоксиду вуглецю обмежує теплоутворюючу здатність біогазу як палива, що залежно від співвідношення СН4/СО2 досягає 20,9-33,4 МДж/м3.

Кількість і якість отриманого біогазу залежить від кілкості внесених речовни і їхнього складу. Для багатих на вуглеводи субстратів, як, наприклад, кукурудза можна розраховувати на вміст метану - в середньому 53%.

Енергетична цінність 1 м3 біогазу, який складається на 50 % з метану, досягає 17,8 МДж, а при збільшенні вмісту метану до 70 %, його енергетичний потенціал підвищується до 25 МДж, що еквівалентно згорянню 0,6 л бензину, 0,85 л спирту, 1,7 кг дров або використанню 1,4 кіловат*години електроенергії. Енергетична цінність таких традиційних енергоносіїв, як природний газ і рідке паливо, з розрахунку на 1 м3 і 1 кг складає 34 і 42 МДж відповідно.

Стиснений газ придатний як паливо для енергетичних установок. Його можна подавати у газорозподільну мережу. В останньому випадку потрібне очищення біогазу: осушення, видалення вуглекислоти і сірководню. Очищений біогаз нічим не відрізняється від метану з інших джерел, тобто природного газу або синтетичного газу, що одержується з вугілля або водневмісної сировини.

Метаноутворення та його етапи

Метаноутворення (біометаногенез) - це процес перетворення органічних сполук біомаси на біогаз за участю метаноутворюючих анаеробних мікроорганізмів. Коефіцієнт трансформації енергії біомаси в енергію метану при цьому процесі досягає 80 %. Співвідношення проміжних і кінцевих продуктів у процесі метанового бродіння залежить від хімічного складу біомаси, умов ферментації і наявної мікрофлори.

Багато відходів містять велику кількість частково розщепленої речовини, що підлягає проходженню послідовних фаз процесу ферментації. Водночас деякі органічні сполуки (наприклад лігнін) і всі неорганічні складові не піддаються зброджуванню.

Реакції, що відбуваються при зброджуванні органічної речовини, мають екзотермічний характер. У процесі їх проходження виділяється приблизно 1,5 МДж теплоти на 1 кг сухої речовини біомаси, що зброджується. Цієї теплової енергії, як правило, недостатньо для підтримання відповідної температури біомаси, яку зброджують.

На практиці зброджування рідко доводять до кінця, бо це надто збільшує тривалість процесу. Зазвичай зброджують приблизно 60 % вихідного продукту.

Кількість біогазу, яку можна отримати з різноманітних сільськогосподарських відходів, залежить від багатьох факторів: складу субстрату, умов проходження процесу анаеробного зброджування і особливо від тривалості знаходження субстрату в біореакторі та мікробіального складу в ньому.

Переробка сировини на метан відбувається як багатоступінчатий процес, в якому вуглецеві зв'язки поступово руйнуються під дією різних груп мікроорганізмів. Це відбувається в ході складних взаємодій у змішаних популяціях бактерій, що належать до групи археїв, відомих під загальною назвою метаногенів. Анаеробне перетворення практично будь-якої складної органічної речовини на біогаз проходить через чотири послідовні стадії: гідролізу, ферментації (бродіння) мономерів), ацетогенна стадія, метаногенна стадія. Спрощена схема метаногенезу представлена на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1 - Спрощена схема метаноутворення

Використання вихідної сировини анаеробної переробки жому

Головна перевага анаеробного зброджування над аеробним полягає у збереженні в органічній формі майже всього азоту, який містився у вихідній біомасі.

Тверда фракція жому або шлам (біодобриво), який утворюється в процесі одержання біогазу, містить значну кількість поживних речовин і може використовуватись як цінне знешкоджене органічне добриво або кормові добавки. Склад шламу залежить від хімічного складу вихідної сировини, а також параметрів процесу біометаногенезу.

Біодобриво, як продукт біогазової технології з переробки органічних відходів сільського господарства, містить всі необхідні компоненти добрив (азот, фосфор, калій, макро - і мікроелементи) в розчиненому, збалансованому вигляді в співвідношеннях необхідних для рослин, а також активні біологічні стимулятори росту, значно підвищують врожайність.

2.2 Інтенсифікація процесу метаноутворення

У природних умовах швидкість метаногенезу під впливом асоціації анаеробних мікроорганізмів, які містяться в біомасі, доволі низька.

В умовах промислового виробництва біогазу потрібно інтенсифікувати процес метанового зброджування та оптимізувати його параметри.

Виділення метану із речовини, що піддається ферментації, проходить лише в анаеробних умовах, тобто тоді, коли немає доступу кисню (повітря). Тому ферментація повинна протікати у спеціальних резервуарах, закритих ферментаційних камерах та іншому подібному обладнанні.

Біомаса метаноутворюючих мікроорганізмів має у своєму складі до 54 % вуглецю, 20 - кисню, 10 - водню, 12 - азоту, 2 - фосфору, 1 % сірки, а також деякі макро- і мікроелементи. Для забезпечення росту мікроорганізмів і високої інтенсивності анаеробного зброджування біомаси необхідно, щоб у ній були в достатній кількості елементи, які сприяють росту бактерій. Найбільш важливими з них є вуглець та азот. Оптимальним співвідношенням цих елементів є 10-30 : 1 (С : N). Якщо це співвідношення завелике, тобто коли багато вуглецю, то в цьому випадку дефіцит азоту буде фактором, який обмежує процес бродіння. Якщо ж це співвідношення мале, тобто коли багато азоту, то утворюється велика кількість аміаку, що є токсичним для бактерій.

Температурний режим

Температурний режим є одним із суттєвих параметрів, які впливають на метаболічну активність і швидкість розмноження метаноутворюючих мікроорганізмів та вихід біогазу. Класифікація метаноутворюючих бактерій за температурним режимом показана на рисунку 2.2???

Рисунок 2.3 - Класифікація метаноутворюючих бактерій за температурним режимом

У звязку з цим розрізняють три різних температурних режими одержання біогазу:

1) психрофільний - від 0 до 20 °С;

2) мезофільний - від 20 до 40 °С;

3) термофільний - від 40 до 60 °С.

На практиці використовують два режими: мезофільний (30-40 С) і термофільний (51-55 С). Кожен температурний режим сприяє росту і підвищенню метаболічної активності певної групи метаногенів. Краще анаеробне зброджування біомаси проходить при температурі 30-40 °С і 50-60 °С (при розвитку мезофільної і термофільної мікрофлори). Термофільні бактерії продуктивніші, ніж мезофільні.

Для підвищення енергоефективності процесу утворення біогазу необхідно враховувати недоліки існуючих малоефективних біогазових реакторів. Це такі недоліки як недостатнє та нерівномірне прогрівання суміші біомаси, недостатнє перемішування суміші біомаси, неефективна теплова ізоляції, відсутність утилізації тепла з відпрацьованої суміші біомаси та біогазу, використання для термостабілізації ферментації нетрадиційних джерел енергії [22-24].

Зміни температури процесу термостабілізації ферментації допустимі з межах ±3°С, інакше вони впливають негативно на процес зброджування. Це спричиняє низьку ефективність виділення біогазу, тому що метаболічна активність анаеробних бактерій знаходиться в прямій залежності від температури середовища. Необхідно дотримуватись одного з температурних режимів процесу ферментації: кріофільного 20°С, мезофільниго 32-33°С, термофільного 52-54°С. [10]. Недотримання температури одного з процесів і коливання полів температур більш ніж ±3°С може значно знизити ефективність утворення біогазу, а зменшення температури до +15°С і нижче спричиняє зупинку активності метаболічних бактерій [10]. Для запобігання зупинці процесу утворення біогазу, необхідно забезпечувати рівномірне прогрівання суміші біомаси шляхом вибору оптимального способу прогрівання суміші біомаси. Доцільно використовувати такі способи прогрівання біомаси: непряме підігрівання, внутрішні і зовнішні системи підігрівання [25].

Непряме підігрівання реалізовується шляхом застосування теплообмінників, які розміщуються зовні чи всередині біогазового реактора. Внутрішнє підігрівання є ефективним технічним рішенням при достатньо великих розмірах теплообмінника, який має достатню міцність, щоб витримати перемішування біомаси [12]. Підігрівання з допомогою зовнішнього теплообмінника може бути виконане в вигляді нагрівальної сорочки навколо біогазового реактора, а також може застосовуватись теплообмінник для підігрівання біомаси при гідравлічному перемішування. Ще один спосіб - проміжне підігрівання сировини, яке здійснюється у бункері підготовки біомаси, - але зазвичай він використовується з іншими способами. В якості джерела тепла для підвищення енергоефективності можуть використовуватись альтернативні джерела енергії.

Крім того значну роль у формування полів температур, в об'ємі біогазового реактора, відіграє спосіб перемішування суміші біомаси. Можуть бути застосовані різноманітні схеми розміщення теплообмінників та методи перемішування всередині біогазового реактора. Перемішування може здійснюватись такими основними способами: механічними мішалками, біогазом, що пропускається через суміш біомаси, перекачуванням суміші біомаси з верхньої зони реактора до нижньої.

В горизонтальних сталевих реакторах використовується механічне перемішування, що здійснюється такими пристроями, як лопатеві, пропелерні, турбінні, шнекові, якірні, ремінні, дискові, скребкові перемішувальні пристрої. Ручне механічне перемішування може бути застосоване в біогазових реакторах невеликих об'ємів. При перемішуванні забезпечується розподілення температур по об'єму біогазового реактора, оскільки біля нагрівальних елементів накопичується перегріта суміш біомаси, то необхідність періодичного перемішування неможливо переоцінити. Крім того при перемішуванні руйнується суха кірка на поверхні суміші біомаси, яка заважає вивільненню біогазу. Також при застосуванні обертових перемішувальних пристроїв висуваються високі вимоги до форми реактора, оскільки вона повинна забезпечувати необхідні умови для зменшення утворення осаду та плаваючої кірки [39, 40].

Гідравлічне перемішування може бути реалізоване перекачуванням суміші біомаси і випускання через гідравлічні насадки струменя під тиском за допомогою циркуляційного насоса [25]. За допомогою насоса можна повністю перемішувати суміш біомаси при одночасному завантаженні і вивантаженні сировини. Застосування гідравлічних способів перемішування детально розглянуто в роботах [20, 22].

Пневматичне перемішування являє собою біогаз пропущений під надмірним тиском через барботер або трубку, що розташовується в нижній частині реактора. Проблемою таких систем може бути попадання біомаси в газову систему, що можна передбачити шляхом установлення системи клапанів. Цей спосіб дає хороший ефект в тому випадку, якщо зброджувана маса сильно розріджена і на поверхні не утворюється кірка [25]. Крім того можливе підігрівання субстрату шляхом подачі пари під тиском, але такий спосіб підвищує вміст вологи в біогазі, для усунення якої при підготовленні газу до використання необхідні додаткові заходи.

Ефективним способом підвищення енергоефективності біогазового виробництва є вібраційна інтенсифікація процесу анаеробного бродіння, якої можна досягти шляхом використання вібраційних процесів оптимізації теплообміну [14]. Для цього розділяють біогазовий реактор на секції та встановлюють віброактиватори. Така конструкція дає можливість позбавитись недоліків в існуючих біореакторах - застійні зони, значні площі теплообміну, недостатнє використання потенціалу сировини.

Коливання температур процесу бродіння в межах 4…5°С суттєво впливає на якість технологічного процесу, продуктивність біогазової установки та різко змінює активність анаеробних організмів. Вплив коливань температур можна зменшити шляхом підвищення термічного опору матеріалів захисних конструкцій біореакторів [41].

Чим більший опір теплопередачі ізоляції, тим незначніший перепад температур буде утворюватись в біореакторі та меншими будуть тепловтрати у зовнішнє середовище. Для зменшення тепловтрат у зовнішнє середовище доцільно застосовувати матеріали з низьким коефіцієнтом теплопровідності, а для зниження маси і вартості конструкції влаштовувати повітряні прошарки. Використання повітряного прошарку між біореактором та тепловою ізоляцією може підвищити загальний термічний опір конструкції в 1,4…1,8 разів, бо коефіцієнт теплопровідності повітря має досить низьке значення (л=0,023Вт/м2·К при t = 0°С). Ефективним способом є екранування, тобто покриття теплової ізоляції алюмінієвою фольгою, яка може зменшити тепловий потік у 20 разів [12, 20, 22].

Підвищити енергоефективність біогазової установки в цілому можна також застосовуючи рециркуляцію теплової енергії, тобто встановленням теплообмінників для відбору теплової енергії від утвореного біогазу і відпрацьованої біомаси та використання цієї енергії для підігрівання біомаси всередині біореактора [22]. Рециркуляцію теплової енергії рідко використовують у зв'язку зі збільшенням фінансових витрат, що обумовлено влаштуванням теплонасосного обладнання для відбору теплової енергії.

Одним із шляхів підвищення енергоефективності біоконверсії є раціональний вибір джерел теплопостачання для забезпечення термостабілізації процесу ферментації, а саме - використання альтернативних джерел енергії. Використання альтернативних джерел енергії є більш економічно вигідним, але збільшує вартість біогазового виробництв та термін окупності, а також ускладнює систему виробництва біогазу. На сьогоднішній день здебільшого існують біогазові установки, які працюють завдяки традиційним джерелам енергії. Використання альтернативних джерел енергії для забезпечення термостабілізації процесу ферментації в біореакторі недооцінене та потребує науково-технічного обґрунтування [42]. Класифікацію напрямків підвищення енергоефективності біоконверсії шляхом зменшення енерговитрат на процес ферментації біомаси наведено на рисунку 4.1.

БГУ - це спеціальний агрегат, який дозволяє переробляти відходи сільськогосподарського виробництва та харчової промисловості в біогаз, далі з якого отримують:

- електричну енергію;

- теплову енергію;

- біологічні добрива.

БГУ - це комплект устаткування, що включає (залежно від техніко-технологічного рівня): ємність для збирання і зберігання біосировини, резервуар для зброджування біосировини (ферментер, реактор, метантенк, бродильна камера, дайджестер), резервуар для збирання біогазу (газозбірник, газгольдер), нагрівальні та перемішувальні пристрої, системи трубопроводів, помп і газових компресорів, центрифугових пристроїв, контрольно-вимірювальної апаратури і засобів автоматизації.

Рисунок 4.1 - Напрямки підвищення енергоефективності біоконверсії шляхом зменшення енергетичних затрат на ферментацію біомаси

2.3 Структура та класифікація біогазових установок

Біогазовий реактор, в якому відбувається метанова ферментація, - це основний елемент біогазової установки будь-якого технологічного рівня. Принцип роботи всіх біогазових установок однаковий. Збирану і підготовлену біосировину, що полягає у доведенні її до потрібної вологості у спеціальній ємності, подають до камери ферментації, де створюються умови для оптимізації процесу переробки сировини і 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. Утворений біогаз після очищення збирається і накопичується в сховищі (газгольдері).

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.

Від газгольдера до місця використання біогаз проводять по газових трубах. 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. Схема переробки органічних відходів на біогазових установках представлена на рисунку 2.1.

Рисунок 3.1 - Схема переробки органічних відходів на біогазових установках

Завантажувана біомаса характеризується наступними фізико-хімічними показниками: вологістю, вмістом сухої речовини, вмістом органічної сухої речовини, вмістом білків, вмістом вуглеводів, вмістом жирів, кислотністю рН.

Фактори, що впливають на процес бродіння: температура, вологість середовища, рівень рН, співвідношення C: N: P, площа поверхні частинок сировини, частота подачі субстрату, уповільнюючі речовини, стимулюючі добавки.

Від цих показників залежить час зброджування, кількість одержуваного біогазу та його склад. Для прикладу наведемо вихід біогазу та його якість (вміст метану) з тонни сировини, м. куб.:

- барда спиртова - 70;

- зерно - 500;

- силос, трави, водорості - 400;

- буряковий і фруктовий жом - 110.

Конструктивні особливості реактора БГУ

Реактори або бродильні камери є основними складовими БГУ. Рентабельність біогазового виробництва значною мірою залежить від конструкційних особливостей бродильної камери. При дотриманні оптимального температурного режиму бродіння, постійному перемішуванні сировини, своєчасному завантаженню сировини і вивантаженню збродженого матеріалу вихід біогазу досягає 2-3 м3 з 1м3 реактора.

При її проектуванні враховують об'єм біомаси, яка підлягає утилізації, а також об'єм біогазу, необхідний для задоволення енергетичних виробничих потреб. В діючих БГУ використовуються реактори овальної, циліндричної, циліндроконічної, кубічної форми та у вигляді паралелепіпеда. Найбільші переваги мають реактори овальної і циліндроконічної форми. В них краще перемішується субстрат, вивантажується шлам, видаляється біогаз. В реакторах іншої форми погіршуються умови для перемішування біомаси, руйнування плаваючої кірки, видалення біогазу і шламу.

Будівельним матеріалом для виготовлення реакторів є цегла, бетон, залізобетон, стальний лист, склопластик, полімерна плівка. Метантенк має відповідати наступним вимогам: бути абсолютно герметичною, мати досконалу теплоізоляцію і високу корозійну стійкість. Всередині камери повинна підтримуватися постійна температура (залежно від температурного режиму), бо метаноутворюючі мікроорганізми дуже чутливі до різких коливань температури. Тому біомаса, яка надходить в реактор, підігрівається за допомогою спеціальних пристроїв до необхідної температури. Для цього витрачається орієнтовно до 30 % влітку і 60 % взимку енергії виробленого біогазу. Схеми подачі теплоносія у стінки біореактора показані на рисунку 3.2.

Рисунок 3.2 - Схеми подачі теплоносія у стінки біореактора

Якість біогазу визначається вмістом метану або співвідношенням горючого метану (СН4) до «непотрібного» двоокису вуглецю (СО2). Двоокис вуглецю розбавляє біогаз і викликає втрати при його зберіганні. Тому важливо прагнути до високого вмісту метану і якомого низького вмісту двоокису вуглецю. Зазвичай досяжним є вміст метану між 50 і 75%.

Одним з вижливих чинників, що впливає на вміст метану у біогазі є вид технологічної схеми реактора. У одноступеневих біогазових установках весь процес анаеробного розкладання відбувається в одному ферментаторі, одним етапом, і в такий спосіб весь газ віділяється як суміш газів. Для зброджування деяких видів субстратів в чистому вигляді потрібна особлива двостадійна технологія. За такою технологією необхідний додатковий реактор гідролізу. Такий реактор дозволяє контролювати рівень кислотності, таким чином, бактерії не гинуть через підвищення вмісту кислот або лугів.

У двоступеневих установках, вироблений на першому етапі газ містить велику кількість двоокису вуглецю та інших енергетично-малоцінних газів, що виводяться у навколишнє середовище. Отримаши на другому етапі газ має високий відсоток вмісту метану, який може становити навіть більше 80 %.

Вплив перемішування субстрату на вихід біогазу

Досвід використання біогазових установок показує [], що при відсутності перемішування біомаси в реакторі, через деякий час спостерігається розділення біомаси з утворенням шарів за рахунок різниці в щільності окремих мінеральних та органічних компонентів, а також за рахунок флотації частинок при газовиділенні. При цьому більша частина біомаси анаеробних бактерій знаходиться в нижній частині реактора, а органічна частина біомаси субстрату накопичується у верхній частині реактора. Наслідком цього є те, що зона контакту анаеробних бактерій із біомасою субстрату обмежена пограничним шаром вказаних частин реактора. Плаваюча кірка із твердих органічних речовин також блокує вихід біогазу. Сприяння контакту анаеробних бактерій із біомасою субстрату забезпечується за рахунок перемішування субстрату, однак при цьому інтенсивного перемішування слід уникати, оскільки це може призвести до припинення анаеробного зброджування за рахунок порушення симбіозу ацетогенних та метаногенних бактерій.

Крім необхідності розповсюдження мікроорганізмів в біомасі, перемішування також проводять з метою уніфікації температури органічної речовини, що піддається ферментації. Перемішування зброджуваної речовини попереджає місцеву ферментацію.

Таким чином процес перемішування дозволяє:

- підтримувати однорідність розподілу сировини, яка завантажується, і постійний контакт її з мікроорганізмами, що дає можливість максимально утилізувати свіжі поживні речовини;

- зберегти на низькому рівні концентрацію продуктів розпаду за рахунок рівномірного їх розподілу за всім об'ємом реактора;

- забезпечити однорідність середовища як за температурою, так і за концентрацією поживних елементів, що створює сприятливі умови для життєдіяльності мікрофлори;

- запобігти утворенню кірки на поверхні та утворенню нерухомого густого осаду на дні;

- зменшити кількість ділянок у біореакторі, в яких можуть міститися нерухомі речовини, що не розклалися, і відпрацьована рідина.

Класифікація БГУ

У світовій практиці створення біогазових установок існують два основних варіанти технологічних процесів і конструктивних рішень біогазових установок - екстенсивний, коли біомасу зброджують у мезофільному режимі з використанням вертикальних реакторів робочим об'ємом 1000 м3 і більше та інтенсивний, коли біомасу зброджують у термофільному режимі з використанням модульних реакторів робочим об'ємом до 120 м3.

У першому варіанті вартість анаеробного реактора відносно невелика при спрощеній схемі технологічного процесу. У той же час, відсутня можливість забезпечити необхідну експозицію по всьому об'єму субстрату та відсутні засоби усунення баластування реакторів органічною та мінеральною складовими субстрату, а виведення реакторів на робочі технологічні параметри при їх розгоні є досить складним.

У другому варіанті, незважаючи на ускладнення технологічного процесу та обладнання, експозиція процесу зброджування і знезараження біомаси в 2-3 рази менша ніж при екстенсивному методі зброджування.

За принципом дії усі БГУ можна розподілити на три основних види:

БГУ безперервної дії або проточні БГУ. В них біомаса безперервно або з короткими інтервалами подається у постійно заповнений реактор, в якому оптимальні умови анаеробного розкладання створюються механічним перемішуванням і підігріванням маси. Свіжий матеріал надходить у верхню частину камери, а відводиться з нижньої частини (над дном камери).

При кожному завантаженні об'єм свіжої біомаси має відповідати об'єму сировини, яка перебродла і вивантажується. Така технологічна схема забезпечує найбільшу продуктивність БГУ і за нею працює основна частина вітчизняних і зарубіжних установок, які сьогодні експлуатуються. Ця технологія потребує найменших ферментаційних камер, які можуть встановлюватися горизонтально або вертикально.

Однак вони мають певні недоліки. В установках проточного типу при підвищенні проходження вихідної сировини через реактор відбувається винесення колоній метаноутворюючих мікроорганізмів, що у свою чергу призводить до зменшення виходу біогазу. Для усунення цього недоліку в установках проточного типу необхідно використовувати системи автоматичного управління процесом, які могли б виявити відхилення в технологічному процесі, ліквідувати їх, а також підтримувати оптимальні

параметри процесу біометаногенезу.

БГУ з періодичною або циклічною системою використання метантенків. Переробка біосировини в них проводиться у послідовно з'єднаних метантенках (2-х або більше), які почергово заповнюються свіжою біомасою. Чим більше реакторів, тим коротші перерви між циклами виробництва біогазу.

Особливістю експлуатації установок є неповне видалення з реактора шламу, який відіграє роль затравки. Завдяки цьому вже через кілька діб після заповнення бродильної камери свіжою сировиною розпочинається метаногенез.

Використання об'єму бродильних камер при цій системі менш ефективне. Періодичність у заповненні реакторів викликає необхідність мати достатній запас сировини, що потребує будівництво сховищ. Крім цього, щоб під час вивантаження шламу в реактор не потрапило повітря, тобто, щоб не відбувалося розгерметизації реактора, його потрібно заповнювати біогазом із додаткових, спеціально призначених для цього ємностей (газозбірників).

БГУ з накопичувальною системою. В них один і той самий резервуар є одночасно реактором і ємністю для зберігання шламу, аж до вивезення його на поля. Ця система має ще й іншу назву акумулятивна або басейнова. Вона мало застосовується для виробництва біогазу.

...