ГРУНТОВИЙ МЕТОД

Грунтовий метод може бути віднесений до біологічних методів знешкодження, тому що розрахований на природну переробку органічною складовою грунтовими мікроорганізмами з подальшим відділенням водної фази. Метод полягає в прямому використанні гнойових стоків як органічне добриво з метою підвищення врожайності і економії мінеральних добрив. Внесення рідкого гною може проводитися по борознах з послідуючим заорюванням або за допомогою поверхневого поливу, при цьому допустимий витрата стоків не повинен перевищувати 50 т на 1 га.

У грунті інтенсивно проходять процеси самоочищення: вже через місяць після внесення коли-титр і титр ентерококів у всіх горизонтах знижуються на один-два порядки, при цьому супіщані грунти краще адсорбують мікроорганізми, ніж суглинні.

Площа оброблюваних таким чином ділянок залежить від поголів'я і виду худоби, способу видалення і обробки гною, режимів зрошення і сівозміни. Однак при такому методі утилізації відбувається забруднення грунту і поверхневих вод патогенною мікрофлорою (бактеріями, вірусами, найпростішими), в тому числі яйцями гельмінтів, які в грунті зберігають життєздатність майже в 4 рази довше, ніж в рідкому гної. Ступінь забруднення залежить від кумулятивної здатності і структури грунту; від поверхневого стоку і ухилу ділянки; рівня інсоляції; кількості опадів, що випадають, а також від строків внесення і кількісного і якісного складу гною. Завідомо інфікований гній необхідно знезаражувати до внесення в грунт.

При використанні гною як органічне добриво без попередньої біологічної обробки необхідно дотримуватися таких вимог:

  • • підготовлений гній вносити в грунт до настання морозів великими дозами з періодичністю 2-3 роки;
  • • Не закладати гній в грунт на площах, з яких можливий поверхневий стік у відкриті водойми;
  • • враховувати структурообразующие властивості і потенціал самоочищення ґрунтів.

Біохімічні методи очищення і знезараження гнойових стоків засновані на біохімічної деструкції і мінералізації органічних речовин мікроорганізмами і призводять до утворення нерозчинної твердої фази і газоподібних форм сполук. Біохімічні методи можна класифікувати в залежності від умов протікання процесу як:

  • • аеробні (протікають в присутності кисню повітря) і анаеробні (які протікають без доступу повітря);
  • • мезофільні, термофільні і термотолерантні (в залежності від температури процесу).

Пристрої, що забезпечують ефективне протікання біохімічних процесів, поділяються на накопичувальні (аеротенки, метантенки, відстійники, біологічні ставки, біоплато і т.д.) і проточні (біофільтри). Для ефективного протікання біохімічних процесів повинна бути забезпечена певна кислотність середовища, що змінюється в досить жорстких інтервалах (pH = 6,5- ^ 8,5).

Для розвитку, розмноження і успішного функціонування мікроорганізмів в аеробних умовах в аеротенках або відстійниках забезпечується висока концентрація кисню за рахунок примусової аерації повітрям або повітряної смесио, збагаченої киснем. При цьому в складі активного мулу, що представляє собою співтовариство різних мікроорганізмів (бактерій, найпростіших, водоростей, грибів та ін.), В залежності від умов процесу швидше розмножується група мікроорганізмів-аеробів (термофільних або мезофільних), яка здійснює основний обробіток. Решта мікроорганізми в цьому випадку є супутніми, оскільки забезпечують основну групу поживними речовинами. До переваг аеробного переробки можна віднести практично повна відсутність неприємного запаху, крім того, спосіб микробиального розмноження протікає по більш простому механізму і тому краще адаптований до змінюється складу гнойових стоків. Під час процесу окислення відбувається саморазогреванія маси до 6 (Н70 ° С, тобто одночасно здійснюється дезінфекція.

При нестачі розчиненого кисню в оброблюваної масі відбувається анаеробне бродіння, яке в залежності від механізму, що протікають і складу утворюється біогазу може бути метановим або водневим. При температурі маси 3 (Н35 ° С в біоценозі переважають мезофільні анаероби, а при 5 (Н55 ° С - термофільні. В практиці також використовується проміжний метод - термотолерантні, що протікає при температурі 40 ° С. З підвищенням температури збільшується активність мікроорганізмів-метаногенів і, отже, підвищується швидкість розкладання. Однак вибір температурного режиму процесу метаногенераціі залежить також від багатьох інших факторів: кліматичних та економічних умов; вимог до якості і призначенню кінцевої біомаси (ступеня знезараження); необхідного процентного вмісту і ступеня забрудненості метану в складі біогазу.

Метанове зброджування (метаногенерація) - багатостадійний біохімічний процес, що протікає в співтоваристві мікроорганізмів, пов'язаних взаємними трофічними зв'язками. Схема механізму метанового зброджування представлена на рис. 6.2. До складу популяції входять п'ять видів анаеробних бактерій, в тому числі: кіслотогени, два види ацетогенов і два види метаногенів. Завдяки такому видовою різноманітністю в процесі бродіння можуть успішно перероблятися практично всі природні органічні сполуки (крім лігніну).

Схема механізму метанового зброджування

Мал. 6.2. Схема механізму метанового зброджування:

Беруть участь групи бактерій: а - ферментативні кіслотогени; б - ацетогени, що утворюють Н 2 ; в - ацетогени, що використовують Н 2 ; г - метаногени, відновлюють С0 2 ; д - метаногени, що використовують ацетат.

Стадії процесу: 1 - гідроліз; 2 - кислотообразование; 3 - утворення оцтової кислоти; 4 - утворення метану

До складу виділяється біогазу, що складається в основному з метану і водню, входять також діоксид вуглецю, сірководень і меркаптани. Процес бродіння відбувається за одним принципом при використанні різних видів органічної сировини. Так, анаеробне метанове зброджування успішно застосовується для знезараження і переробки осадів та мулів комунально-побутових стічних вод. Методи утилізації і знезараження опадів побутових стоків будуть детально розглянуті в параграфі 6.4.

Таким чином, в якості сировини для анаеробної переробки можуть використовуватися будь-які органіксодержащіе відходи, в тому числі відходи комунально-побутового господарства, сільськогосподарського виробництва та переробної промисловості:

  • • опади побутових стічних вод;
  • • органічна складова твердих побутових відходів (харчові та паперові відходи);
  • • органічні відходи (гній) ферм великої рогатої худоби, свиноферм, птахоферм;
  • • відходи кормового столу - силос і підстилка;
  • • відходи боєнь, рибних і м'ясних цехів;
  • • відходи після переробки зерна і овочів;
  • • відходи масло і молокозаводів;
  • • відходи виробництва вин, соків і концентратів;
  • • відходи цукрових заводів.

Гній сільськогосподарських тварин є найбільш підходящим сировиною для переробки, однак його вихід, склад і властивості залежать від виду тварин, типу годівлі, утримання і види прибирання. Існує кілька технологій, що використовують принцип анаеробного зброджування. Традиційна технологія переробки гнойових стоків полягає в тому, що рідкі відходи вологістю не менше 89% накопичуються в збірнику вихідної сировини, після чого тверді фракції відокремлюються за допомогою центрифугування, а рідка фаза стабілізується по гранулометричному складу і надходить на анаеробне зброджування в метантенке (рис. 6.3 ).

Тверді фракції піддаються прискореному компостування (методи компостування будуть розглянуті далі), а біогаз накопичується в газгольдері і використовується на власні і побутові потреби. Основна проблема полягає у високому вмісті сполук азоту, фосфору і мікроелементів (міді, цинку та ін.) У воді після зброджування, що ускладнює подальше використання води, тому більшість підприємств скидає забруднені стоки в каналізацію або безпосередньо у водний першоджерело.

Інший приклад сучасної біогазової станції - це комплекс інженерних споруд, що забезпечують зброджування біомаси без попереднього зневоднення і складається з пристроїв (рис. 6.4): підготовки сировини; виробництва біогазу і добрив; очищення та зберігання біогазу; виробництва електроенергії та тепла; автоматизованої системи управління станцією.

Стандартний комплекс обладнання для переробки біомаси включає:

  • • механічне обладнання для підготовки сировини, що складається з мішалки і об'ємного насоса з подрібнювачем;
  • • метантенки з вбудованими газгольдерами і системою підігріву;
  • • систему ізоляції зовнішнього покриття ємностей;
Традиційна схема переробки органічної сировини при виробництві біогазу та теплової енергії

Мал. 6.3. Традиційна схема переробки органічної сировини при виробництві біогазу та теплової енергії 1

  • • трубопроводи подачі, дренажу і зливу;
  • • оглядові люки, систему безпеки і системи контролю тиску і газової суміші;
  • • обладнання для знесірчення;
  • • блок управління і контролю режимів роботи ферментаторів;
  • • станцію осушення і компримування газу;
  • • резервуари для зберігання органічного добрива;
  • • контейнерний модуль біогазотеплоелектростанціі. [1]
Біогазоенергетіческая установка в Калузькій області

Мал. 6.4. Біогазоенергетіческая установка в Калузькій області

Автоматичний блок управління забезпечує можливість дистанційного контролю роботи електростанції, включаючи теплообмінники, автоматичне регулювання подачі газу, управління і контролю системи охолодження двигуна, і розподіл теплового циркулювання.

Таке обладнання дозволяє не тільки отримувати біогаз із високим вмістом метану (від 55 до 70%) і низьким вмістом сірчистих сполук, а й забезпечувати стабільність роботи за рахунок контролю основних параметрів процесу (тиск газу, температура і рівномірність подачі субстрату, частота і рівномірність перемішування) . Наприклад, одержувана електрична потужність біогазотеплоелектростанціі при обсязі метантенков 2400 м 3 складає 160 кВт, теплова потужність - 240 кВт при виході біогазу 4800 м 3 / сут, що дозволяє переробляти 120 м 3 безпідстилкового гною на добу і забезпечувати теплом і енергією ферму і селище.

Більш сучасна технологія утилізації гнойових стоків істотно відрізняється від класичної технології зброджування відходів тваринницьких комплексів. У Росії корпорацією «ГазЕіергоСтрой» розроблена безвідходна технологія переробки пташиного посліду, що припускає будівництво установок під землею, завдяки чому забезпечується одночасна ферментація всього субстрату в постійному заданому температурному режимі без застосування додаткової термоізоляції [2] . Переробка субстрату не потребує використання мішалок, так як здійснюється прямоточним способом. Після ферментації і відділення біогазу рідка фракція піддається вторинній хімічній обробці, що дозволяє знизити загальний солевміст і вміст азоту в водній фазі, а також отримати цінне мінеральне добриво - сульфат амонію; очищена вода подається назад в установку. Таким чином, забезпечується замкнутий цикл переробки відходів, а використання води знижується в 6 разів у порівнянні з традиційною технологією.

Відходи рослинництва (стебла, листя, коріння і ін.), А також рослинна підстилка (головним чином, солома) також є перспективною сировиною для метанового зброджування, проте традиційно заорюють в верхній шар землі, що внаслідок високого вмісту в відходах вуглецю порушує біологічну рівновагу чорнозему .

Детальніше слід зупинитися на екологічних аспектах роботи біогазоенергетіческой установки. Відповідно до проведених досліджень загальний вміст органічних речовин в повітрі на територіях ферм перевищує 18,0 мг / м 3 . Неприємні запахи поширюються в радіусі 5-17 км і далі. В атмосферному повітрі виявляється аміак в концентраціях, що перевищують ГДК в 5-6 разів, мікробне і загальне органічне забруднення в 8-10 разів перевищує фон. Зазвичай на агропромислових підприємствах використовуються три основні методи обробки навозсодержащіх стічних вод: утилізація па землеробських полях зрошення, очищення з метою підготовки для скидання у водойми і комплексна переробка з отриманням вторинних кормових і енергетичних ресурсів.

Включення біоенергетичних установок в виробничий цикл сучасних господарств агропромислового комплексу Росії сприяє впровадженню ресурсозберігаючих технологій, так як дозволяє:

  • • утилізувати відходи виробництва сільськогосподарської, і в тому числі тваринницької продукції, використовуючи принципи малоотходного виробництва;
  • • покращувати екологічну обстановку шляхом скорочення викидів органічних речовин, в першу чергу меркаптанів, в атмосферне повітря, тим самим усуваючи неприємний запах;
  • • зменшувати негативний вплив тваринницьких стоків на грунт, водні та біологічні об'єкти;
  • • отримувати дешеві, екологічно чисті та ефективні органічні добрива за рахунок девіталізациі (придушення схожості насіння бур'янів), знезараження і дегельмінталізаціі гнойових мас і підвищувати тим самим врожайність сільськогосподарських культур;
  • • забезпечувати процес відновлення і збільшення природної родючості грунтів;
  • • покращувати санітарно-гігієнічну обстановку на підприємстві і на прилеглих територіях;
  • • раціонально використовувати енергію біомаси (органічних відхідних продуктів тваринництва, птахівництва, землеробства) із залученням до енергобаланс додаткового нетрадиційного і поновлюваного джерела енергії у вигляді пального біогазу, тим самим отримувати додаткові енергетичні ресурси;
  • • скорочувати тимчасової цикл, енерго- і капітальні витрати систем обробки гною порівняно з типовими спорудами.

Дослідження і розрахунки показують, що в Росії достатньо сировини для організації промислового виробництва біогазу з органічних відходів. Наприклад, згідно з даними розрахунків авторів роботи [18], виробництво електроенергії з біогазу може покривати до 7% загальних потреб в регіонах з несприятливими кліматичними умовами і до 27% - в традиційних сільськогосподарських регіонах.

  • [1] URL: http://wwv.rosbiogas.ru/tehnologija-poluchenija-biogaza.html (дата звернення: 27.13.2014).
  • [2] 2 URL: http://newsland.com/news/detail/id/1260536/ (дата звернення: 27.03.2014).
 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >