Технічне обґрунтування виробництва біогазу в малих аграрних підприємствах

Abstract

В роботі встановлено, що малими біогазовими установками вважають такі, що мають об’єм до 300 м3, використовують процес ферментації чи метаногенезу при температурі від 36 град до 42 град за Цельсієм (мезофільний режим роботи). Для активного протікання процесу метаногенезу необхідно забезпечити кислотність не вище 6 pH, вологість субстрату при цьому становить більше 90 %. За добу завантажують та вивантажують (оновлюють) до 10 % субстрату. Доза добового завантаження 10 %, тобто за 10 днів проходить повна циркуляція субстрату в біореакторі. Для перемішування сировини та протікання процесу метаногенезу пропонується в складі малої біогазової установки використовувати обертовий реактор, що розроблений науковцями Поліського національного університету та Національного університету біоресурсів і природокористування України. Мінімальні питомі витрати на перемішування субстрату на рівні 8,3 Вт/м3 спостерігаються при зануренні реактора у воду на 84% за висотою (діаметром) реактора та при заповненні його субстратом на 80%. Раціональні межі заповнення реактора субстратом лежать в межах від 78 до 90%, при меншому заповненні силу тяжіння переважає сила Архімеда, тим самим збільшуючи споживану потужність, а також не раціонально використовується реактор. При збільшенні рівня заповнення субстратом зростає сила тяжіння, вона перевищує силу Архімеда, навантаження на підшипники збільшується і, відповідно, також зростає необхідна потужність на обертання реактора. Експериментально встановлено, що кутова швидкість 0,1 рад/с забезпечить рівномірне змішування та взаємопроникнення компонентів субстрату. При швидкості обертання менше 0,05 рад/с інтенсивність перемішування недостатня.

The paper found that small biogas plants are considered to have a volume of up to 300 m3, use the process of fermentation or methanogenesis at a temperature of 36 degrees to 42 degrees Celsius (mesophilic mode of operation). For the active process of methanogenesis it is necessary to ensure the acidity is not higher than 6 pH, the humidity of the substrate is more than 90%. Up to 10% of the substrate is loaded and unloaded (updated) per day. The daily loading dose is 10%, ie the complete circulation of the substrate in the bioreactor takes place in 10 days. To mix raw materials and the process of methanogenesis, it is proposed to use a rotating reactor developed by scientists of Polissya National University and the National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine as part of a small biogas plant. The minimum specific costs for mixing the substrate at the level of 8.3W/m3 are observed when the reactor is immersed in water by 84% in height (diameter) of the reactor and when filling the substrate by 80%. Rational limits of filling the reactor with substrate are in the range from 78 to 90%, with less filling the force of gravity prevails, the Archimedes force, thereby increasing the power consumption, and not rationally used reactor. As the level of filling with the substrate increases, the force of gravity increases, it exceeds the Archimedes force, the load on the bearings increases and, accordingly, also increases the required power to rotate the reactor. It is experimentally established that the angular velocity of 0.1 rad / s will provide uniform mixing and interpenetration of the substrate components. When the speed is less than 0.05 rad / s, the mixing intensity is insufficient.