Описание проекта по внедрению биогазовой установки

ПРОЕКТ
Биоэнергетическая установка для переработки отходов пищевой промышленности
и сельскохозяйственного производства
1 . Краткое описание
Биоэнергетическая установка предназначается для переработки различных отходов
сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности с целями:
а) получения экологически чистых органических удобрений естественного типа;
б) получение энергетических ресурсов;
в) получение кормовых добавок;
г) утилизация отходов и улучшения экологической обстановки в зонах производства
сельхозпродуктов и их переработки;
Вышеизложенное служит основой для создания экологически чистых замкнутых циклов интенсивного
сельскохозяйственного производства.
В качестве основного используется достаточно известный процесс метанового сбраживания в
биогазовой установке. Новые подходы к реализации процесса и ряд примененных аппаратных и
технологических новшеств, включая
- оригинальную конструкцию биореактора,
- систему стабилизации давления биогаза без газгольдера,
- применение модифицированной закваски, полученной на основе известных культур метановых
бактерий,
- применение специальных активаторов процесса, разработанных российскими микробиологами
( Пермский институт экологии и генетики микроорганизмов),
позволили в значительной степени интенсифицировать процесс и увеличить эффективность технологии
переработки органических отходов. Высокая степень конверсии органического вещества в отходах
позволяет получить повышенный выход биогаза и жидкий шлам, обладающий уникальными
свойствами.
В зависимости от исходного сырья, шлам может быть использован в качестве готового к
применению удобрения ( переработка навоза, помета) или высокоэффективных кормовых добавок
( отходы пищевых производств, пивной промышленности).
Разработанная технология выгодно отличается от других, как по эксплуатационным
характеристикам, так и по экологической чистоте процесса ( таблица 1).
Таблица 1.
Сравнение технических характеристик биогазовых установок различных производителей
Объект
Объем
реактора
м3
Производительность по
сырью в сутки
вид сырья
объем
, м3
Производительность по газу в
сутки
удельна
удельная на
я на 1
объем,
3
1
м
объема
м3
м3
реактора
объема
сырья
Сюмси,
Россия
Скиннеруп,
Дания
Скиннеруп,
Дания
25
Навоз КРС
5
200
8,00
40,0
200
Навоз
12
300
1,50
25,0
200
Навоз + отходы
рыбопереработки
12+
0,5
300+
970
1,50
4,85
25,0
77,6
Хоумаркен,
Дания
150
Свиной навоз +
пищевые отходы
2,98+
2,31
175
1,16
33,1
Примечание
Используется
«fish oil slydge
Используются
пищевые
отходы
1
зверофермы
Яги,
Япония
-
Навоз КРС+
свиной навоз +
отходы
переработки сои
32,5+
8,1+
5,0
1600
-
35,0
Сравнительный анализ показывает, что удельный выход биогаза на экспериментальной установке в
1,5 раза больше, чем у лучшего аналога.
Биогазовая установка может работать в термофильном и мезофильном режимах. Конструктивные
особенности аппаратов позволяют вести процесс непрерывно. Система автоматики обеспечивает
контроль и оптимизацию параметров работы установки, сигнализацию аварийных ситуаций. В
процессе работы используемая вода очищается и направляется в оборот.
В качестве исходного сырья могут быть использованы любые органические отходы ферм,
птицефабрик, маслобоен, мясоперерабатывающих производств и т.д.
В качестве выходных продуктов получаются высокоэффективное органическое удобрение
( кормовые добавки) и биогаз.
2. Получаемая продукция
2.1 Органическое удобрение
Предлагаемая технология первоначально разрабатывалась для переработки отходов животноводства
и птицеводства с целью их утилизации.
Проведенные исследования подтверждают работоспособность оборудования и технологического
процесса с любым видом отходов.
Состав получаемых удобрений приведен в таблице 2
Таблица 2
Состав удобрений получаемых в результате переработки различного сырья
Исходное сырье
Птичий помет
Свиной навоз
Навоз КРС
N общий,
%
0,2 – 0,8
0,2 – 1,2
0,4
N аммоний,
%
0,1 – 0,5
0,25
Р *,%
К **,%
0,87 – 1,7
0,1 – 0,4
0,2
0,4 – 0,8
0,45
Влажность,
%
80-90
80-90
80-90
рН
8
6,3-8,1
* - Р представлен фосфатитами и нуклепротеидами, которые усваиваются растениями лучше, чем
соли минеральных удобрений.
** - К –весь находится в жидкой фазе и полностью доступен растениям.
Другие преимущества удобрений, получаемых с использованием предлагаемой технологии:
1. Азот, содержащийся в исходном сырье, практически весь сохраняется в составе удобрений в
аммонийном или органической формах, более доступной для питания корневой системы
растений. Коэффициент использования достигает 80% по сравнению с 30% для необработанного
сырья.
2. Под воздействием микробиологических культур, содержащихся в удобрениях, в почвах
происходит образование гумусовых материалов, улучшаются качественные характеристики
почвы: степень аэрации, инфильтрационная и водоудерживающая способности.
3. Полное обеззараживание. В результате переработки отходов происходит полное уничтожение
семян сорняков, патогенов и т.д.
4. Эффект дезодорации. В значительной степени уменьшается интенсивность характерных для
отходов запахов.
2
Удобрение (Патент РФ № 2248955), получаемое в жидком виде, может быть внесено в почву,
может быть высушено и гранулировано, при необходимости брикетировано. При смешении в
определенных пропорциях с различными составляющими могут быть получены компосты,
почвенные смеси для теплиц т.д.
Применение этих удобрений обеспечивает увеличение урожайности от 20% до 350% по
различным культурам, уменьшает необходимость применения минеральных удобрений (может
полностью их заменить) и пестицидов, что позволяет вести процесс выращивания различных
культур экономически более эффективно и получать продукцию с улучшенными
потребительскими свойствами – экологически чистые продукты питания.
По сравнению с традиционно используемым навозом получаемое удобрение значительно
Эффективнее, т.к. для переработки используется только свежий навоз не более 1суток хранения,
при этом потери аммонийного азота минимальны. Микробиологическая обработка придает полу
чаемому продукту особые свойства: в продукте сочетаются весь набор макро- и микроэлементов куриного помета с живой культурой микроорганизмов, родственных почвенным
бактериям. Кроме того в удобрении присутствуют продукты метаболизма используемых микро
биологических культур – вещества стимуляторы развития – ауксины, гиберреллины, кинины.
В достаточном количестве в нем находятся также гуминовые и фулиевые кислоты и их соли.
Удобрение оказывает комплексное воздействие на растения и почву. Степень усвояемости пита
тельных веществ растениями значительно увеличивается. Неусвоенные остатки представляют со
бой органические продукты с живой микрофлорой, которая продолжает перерабатывать
органику, способствуя образованию гумуса и повышению плодородия почв.
2.2 Опыт применения удобрений
Биоэнергетичская установка призводительностью 10 м3 удобрений в сутки в настоящее
время работает на Сергачской птицефабрике в Нижегородской области. За время эксплуатации
был накоплен определенный опыт и получены неплохие результаты, некоторые из которых
приведены ниже. Качество удобрений получаемых на установке регламентируется
Техническими Условиями (ТУ 2186-001-25603567-2000). Исходя из имеющегося опыта, можно
утверждать, что при работе с аналогичным сырьем будут получены аналогичные результаты, т.е.
качество удобрений будет весьма высоким.
Опыты по использованию удобрения производились в различных условиях в 2000-2002годах.
Применение удобрения показало повышение урожайности на всех культурах и почвах без
исключений при небольших дозах внесения. Средняя норма внесения 500кг/га. В тоже время
норма внесения сырого помета от 5 до 15 т/га. Прибавка к урожаю составляет до 380%, при
одновременном снижении затрат на удобрения на 20-30%. В качестве примера приводятся
данные по кукурузе (колхоз им.1 Мая, Нижегородская область):
Год
2000
2001
2000
2002
Удобрение
Без Удобрений
Аммиачная селитра, 200 кг/га
Урожай С 700 кг/га
Урожай С 600 кг/га
Результат
80 ц/га
113 ц/га
290 ц/га
200 ц/га
Сравнение
100 %
140 %
360 %
250 %
Применение такого удобрения экономически очень выгодно. В конечном же счете речь идет о
повышении качества и экологической чистоты сельскохозяйственной продукции,
поскольку она получена без применения химии, и улучшении здоровья населения. К значимым
результатам относится также улучшение экологической обстановки в районе птицефабрик,
которые , в основном, сбрасывают свои отходы, не перерабатывая и загрязняя большие
территории.
2.3. Обработка других сельскохозяйственных отходов.
3
Проводившиеся лабораторные испытания по обработке других сельскохозяйственных отходов
при помощи предлагаемой технологии также подтвердили ее высокую эффективность и
применимость к различным видам отходов.
2.4. Получение пищевых добавок
Исследования, проводившиеся с другими видами отходов сельскохозяйственного производства,
показывают, что в ряде случаев, в результате переработки отходов с использованием
предлагаемой технологии, на выходе получаются не удобрения, а более ценные продукты.
Например, результаты опытов, проводившихся с отходами спиртового производства(барда),
показывают, что в результате переработки из барды получается весьма ценная пищевая добавка
для скота молочного направления. По сравнению с исходным материалом, возрастает количество
протеинов с 20 до 40%, а также увеличивается содержание аминокислот. Естественно, стоимость
такого продукта значительно превышает стоимость органических удобрений.
3. Попутный газ
В процессе работы биоэнергетической установки выделяется биогаз, представляющий собой
смесь метана (СН4) до 70% и углекислого газа (СО2). Удельная теплота сгорания
5500-6500 ккал/м.куб.
Выход газа составляет от 5м куб. (сырье КРС) до 10м куб. (птичий помет) в сутки с 1м куб.
рабочего объема реактора. Газ может быть использован для собственных нужд, выработки
электроэнергии или сжижен или закачан в емкости. Исходя из опыта эксплуатации, на
собственные нужды установки расходуется не более 20% вырабатываемого газа. Таким образом,
биоэнергетическая установка является потенциально энергонезависимой и, в принципе, может
покрыть значительную часть энергопотребления основного производства.
4. Решаемые экологические проблемы.
4.1 Утилизация отходов и улучшение экологической обстановки в зонах производства
сельхозпродуктов и их переработки.
Не секрет, что проблема переработки отходов сельскохозяйственного производства зачастую
является головной болью для производителей основной продукции. Ранее, при малой
интенсивности сельскохозяйственного и пищевого производств, отходы возвращались в
экосистему и перерабатывались естественным путем под воздействием природных факторов.
Однако, скорости природных процессов весьма невелики и объем отходов вносимый в какуюлибо локальную область (поле, овраг и пр.) не может быть большим. При превышении
критического объема, природная экосистема перестает справляться с задачей переработки отходов
и происходит ее разрушение.
В условиях повышения степени концентрации производства и его интенсивности перед
производителями стоит задача минимизировать вред окружающей среде, которая решается
более-менее успешно при помощи различных очистных сооружений, создания полигонов для
захоронения отходов. Затраты на перевозку отходов на полигоны, на работу очистных
сооружений дополнительно ложатся на стоимость основной продукции и не вызывают энтузиазма
у производителей. В принципе, отходы сельскохозяйственного и пищевого производства являются
великолепным сырьем для производства иной продукции, например, удобрений и пищевых
добавок. Необходим новый подход к решению вышеназванной проблемы. Он заключается в
следующем – необходимо снять с производителя заботу об экологичности его производства, т.е.
проблему переработки и утилизации отходов. Предлагаемая технология и разработанное
оборудование позволяют перевести проблему отходов с целью недопущения загрязнения
4
окружающей среды в нормальную производственную задачу выпуска продукции и ее реализации
с целью получения прибыли.
Новые подходы к реализации процесса метанового сбраживания, ряд примененных аппаратных
и технологических новшеств позволили в значительной степени интенсифицировать известный
процесс и увеличить эффективность технологии переработки органических отходов, и придать
получаемым продуктам новые потребительские качества, востребованные на рынке.
Таким образом, задача улучшения экологической обстановки в районах высокой концентрации
сельскохозяйственного и пищевого производств решается путем полной переработки отходов
основного производства в продукцию, имеющую самостоятельное значение и потенциальную
нишу на рынке.
4.2 Замкнутые экологически чистые циклы сельскохозяйственного производства.
Вышеописанная технология может послужить одной из основ для создания экологически чистых
замкнутых циклов интенсивного сельскохозяйственного производства. Из процессов
производства исчезает понятие отходов, т.к. отходы на каком-либо этапе производства являются
исходным сырьем в процессе дальнейшей переработки материала. При этом получаемая в
результате передела продукция имеет свою ценность и с успехом может быть использована в
дальнейшем процессе. Один из вариантов принципиальной схемы организации замкнутого цикла
производства сельхозпродуктов приводится на рис.1.
Удобрения
Зерновые культуры
Птицефабрика
.
Кормовые
добавки
БЭУ
Отходы
Отходы
БЭУ
Мясопереработка
Рис.1.Принципиальная схема замкнутого экологически чистого цикла сельхозпроизводства.
5. Заключение.
Включение биоэнергетических установок в производственный цикл позволяет решить как минимум
три задачи :
1 Утилизировать отходы в зонах производства и переработки сельхозпродуктов и улучшить
экологическую обстановку ;
2. Получить дополнительные энергетические ресурсы на основе местного возобновляемого сырья.
3. Получить дешевые экологически чистые органические удобрения и обеспечить процесс
восстановления и увеличения естественного плодородия почв.
5