биогаз на основе возобновляемого сырья

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

[т/д]			Возобновляемое сырье
			Органическое удобрение
Ежедн. общ. оборот субстрата
БГУ 61	БГУ 51	БГУ 21	БГУ 29 БГУ 50 БГУ 11 БГУ 41 БГУ 58 БГУ 36 БГУ 57 БГУ 32 БГУ 63 БГУ 33 БГУ 37	БГУ 35 БГУ 54 БГУ 23 БГУ 55 БГУ 39	БГУ 05 БГУ 40 БГУ 20 БГУ 52 БГУ 26	БГУ 48 БГУ 42 БГУ 30 БГУ 19 БГУ 59 БГУ 16 БГУ 53 БГУ 17 БГУ 15 БГУ 03 БГУ 31 БГУ 62 БГУ 25 БГУ 38 БГУ 43 БГУ 49 БГУ 22 БГУ 28 БГУ 44 БГУ 06 БГУ 13 БГУ 34 БГУ 18 БГУ 45 БГУ 07 БГУ 09 БГУ 56 БГУ 24 БГУ 04 БГУ 27 БГУ 01 БГУ 47 БГУ 02 БГУ 08 БГУ 14 БГУ 10	БГУ 12
Изображение 3-9: Годовой оборот субстрата в биогазовых установках с дифференциацией на органические удобрения и возобнов-
ляемое сырье

Относительная частотность

распределения [%]

Относительная частотность

распределения [%]

Общий объем субстрата [1000 т/г]

Доля органического удобрения [%]

Изображение 3-10: Относительное статистическое распределение используемого объема субстрата в год [1000 м3/г] (слева) и до-

ли органического удобрения в субстратной смеси (справа)

Относительная частотность распределения [%]

Возобновляемое

сырье

Органическое

удобрение

Кукурузный силос

Зерновые злаки

Травяной силос

Злаковый силос с целого растения

Навозная жижа КРС

Навоз КРС

Свиная навозная жижа

Силос из зеленой ржи

Силос из початков и стеблей кукурузы

Трава

Навоз птицеводческих хозяйств

CCM

Подсолнечник

Свиной навоз

Сухая фракция помета птицеводческих хозяйств Прочие виды возобновляемого сырья

Картофель

Сахарная свекла

Изображение 3-11: Относительная частотность использования возобновляемого сырья и органических удобрений в рассматривае-

мых биогазовых установках

40

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

сырья. Диапазон значений доли использования органического сырья от 10 до 50% играет в исследовании большую роль, так как эти значения характерны для почти 50% установок. Доля использования органических удобрений в сырье, составляющая более 50%, характерна для четверти установок. При этом следует отметить, что, прежде всего, жидкие органические удобрения в связи с невысокой концентрацией энергии даже в больших массовых долях, способствуют выработке газа лишь в незначительной степени.

Значимость отдельных видов возобновляемого сырья для использования в биогазовых установках в общем и для отдельных установок в частности представлена на изображении 3-11 и в таблице 3-1.

Кукурузный силос используется во всех установках, за исключением установки гаражного типа 61, и является, таким образом, самым важным субстратом. Массовые доли варьируют в пределах от 7,0% (БГУ 12) до 98,3% (БГУ 55). Средняя массовая доля ок. 50%, даже и в виде максимального значения, не достигается при использовании каких-либо других энергетических растений, хотя обе других группы субстратов - зерновые злаки и злаковый силос с целого растения - в некоторых установках охватывают широкий спектр используемых злаковых. Частота использования зерновых злаковых, составляющая 65%, также является очень высокой (изображение 3-11), однако, в связи по экономическим и технологическим причинам в установки загружаются всего небольшие объемы этого сырья. Травяной силос, третий по частоте использования субстрат, используется в 53% биогазовых установок.

Среди используемых органических удобрений доминируют навозная жижа КРС (48% установок), навоз КРС (29% установок) и свиная навозная жижа (24% установок) (изображение 3- 11).

Статистическое распределение массовых долей кукурузы указывает на легкий максимум в пределах от 40 до 60%. Статистическое распределение массовых долей других трех видов возобновляемого сырья является более неоднородным. Применительно к зерновым злакам и злаковому силосу с целого растения акцент ставится на установки с небольшими массовыми долями (таблица 3-1 и изображение 3-12). Как правило, используются такие зерновые злаки, как пшеница и рожь. В качестве силоса с целого растения доминирует ржаной силос, вслед за ним идут пшеничный, ячменный силос и силос из пшенично-ржаного гибрида (тритикале).

Травяной силос загружается также лишь в небольших объемах (Ø 10,5% от субстратной смеси, таблица 3-1). Исключение представляет собой биогазовая установка гаражного типа 61, доля использования травяного силоса на которой составляет до 52%; кроме того, в состав субстрата дополнительно входит свежая трава. Периодический режим эксплуатации установок позволяет использовать штабелируемый и длинноволокнистый материал (ср. гл. 3.2.10).

				Злаковый	Силос из
	Кукуруз-	Зерновые	Травяной	силос с це-
	ный силос	злаки	силос	лыми рас-	зеленой
				тениями	ржи
Средняя массовая
доля в субстрате	50,0	3,1	10,5	10,7	9,8
[%]
Минимум [%]	7,0	0,25	0,53	0,29	0,36
–	–	–	–	–	–
Максимум [%]	98,3	23,5	51,5	29,3	53,5

Таб. 3-1: Использование наиболее часто применяемых 6 видов возобновляемого сырья; средние, минимальные и максимальные массовые доли в субстратных смесях установок

частотностьОтносительная	распределения[%]	Доля кукурузы в субстратной смеси [%]	частотностьОтносительная

частотностьОтносительная	распределения[%]	Доля травяного силоса в субстратной смеси [%]	частотностьОтносительная

распределения [%]

Доля зерновых злаков в субстратной смеси [%]

распределения[%]

Доля злакового силоса с целого растения

в субстратной смеси [%]

Изображение 3-12: Относительное статистическое распределение величин доли кукурузы (силос из всего растения целиком, силос из початков и стеблей кукурузы, ССМ), зерновых злаков, травяного силоса и злакового силоса с целого растения в субстратных смесях установок, которые используют такое сырье

41

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

3.2.2 Свойства субстрата и его технологи-	ледней фазы представлены на изображении 3-14. При этом все ус-
ческие характеристики	тановки сухой ферментации (БГУ 47 - 59), за исключением уста-
	новок 49 и 58, имеют содержание оСВ минимум 30%СМ. На об-
В этой главе будет представлен сопоставительный анализ рас-	щем фоне выделяется установка 29, имеющая очень высокое со-
четных и химических свойств субстратных смесей и их харак-	держание оСВ, так как в качестве сырья используются большие
теристик в ходе технологического процесса, протекающего на	объемы кукурузного зерна и шрота злаковых культур, что нагляд-
последней фазе в ферментере, с целью выработки и демонстра-	но продемонстрировано на изображении 3-16. Анаэробное бро-
ции качественных характеристик субстрата, используемого в био-	жение приводит к очень сильному снижению содержания оСВ,
газовых установках. В таблице 3-2 в конце главы будут представ-	так, что за исключением одноступенчатых установок 47, 49, 51,
лены средние, минимальные и максимальные величины свойств	52 и 56, ни на одной другой установке содержание оСВ на пос-
субстрата и его технологических характеристик.	ледней фазе не превышает 10%СМ. Минимальное содержание
	оСВ находится на уровне 5% СМ.
	Так как при анаэробном разложении разлагаются исключи-
3.2.2.1 Содержание сухого вещества (СВ) и органи-	тельно органические компоненты, разница между содержанием
ческого сухого вещества (oСВ)	СВ и оСВ в субстратных смесях меньше, чем на последней фазе.
	Поэтому показатели содержания оСВ на последней фазе в 66%
В соответствии с долей возобновляемого сырья в субстратной	случаев находятся ниже 6% СМ, в то время как всего лишь ок.
смеси, значения содержания сухого вещества в субстратной сме-	15% все установок имеют такие же показатели относительно со-
си варьирует достаточно сильно - от 12,5 (БГУ 10) до 36,3% све-	держания СВ (изображение 3-15). Содержание оСВ в ходе техно-
жей массы (БГУ 29) (таблица 3-2). Установки сухой ферментации	логического процесса достигает значения значительно менее 5%
являются не единственными установками, величина содержания	СМ (изображение 3-14 и таблица 3-2) только в установках, рас-
СВ в которых составляет более 30% СМ; БГУ 16, 29 и 31 также	положенных в северо-восточном регионе страны, которые в ка-
достигают таких показателей, не получая при этом технологичес-	честве сырья используют навозную жижу.
кого бонуса.	В связи с очень очевидной зависимостью величины содержа-
Статистическое распределение содержания СВ в субстратных	ния оСВ от доли использования возобновляемого сырья (коэффи-
смесях и характеристики последней фазы демонстрируют срав-	циент корреляции r = 0,89, изображение 3-16), биогазовые уста-
нимые результаты (изображение 3-13). 26% установок исполь-	новки северо-восточного региона (БГУ 01 - 14) вследствие очень
зуют субстратные смеси с содержанием СВ более 30% СМ. На	большой доли навозной жижи в сырье явно контрастируют с ос-
последней фазе 35% установок имеют содержание СВ более 8%.	тальными установками, расположенными в других регионах.
Переработка масс с таким высоким содержанием СВ возможна	На диаграмме 3-17 представлена связь между значениями со-
только путем подачи твердых компонентов через системы пря-	держания оСВ на последней фазе и долей возобновляемого сыр-
мой загрузки или путем приготовления пульпы за счет смешива-	ья в субстратной смеси. Установки с высокой долей возобновляе-
ния с более жидкими материалами. Для этого, как правило, ис-	мого сырья в субстрате служат примером тому, что в многосту-
пользуется материал из ферментера. Более 80 % установок не	пенчатых установках, которые работают, как правило, с более вы-
имеют приемного бункера, подача твердых компонентов в пер-	сокими величинами времени отстаивания, осуществляется более
вый ферментер осуществляется с помощью систем прямой заг-	интенсивное разложение массы. Одноступенчатые биогазовые ус-
рузки.	тановки 47, 49, 51, 52 и 56 имеют очень высокие значения оСВ
Содержание оСВ в субстратной смеси и характеристики пос-	в ходе технологического процесса вплоть до 11% СМ, в то вре-

Относительная частотность	распределения [%]	Относительная частотность	распределения [%]
		Содержание СВ в субстратной смеси [%СМ]	Содержание СВ на последней фазе [%СМ]

Изображение 3-13: Относительное статистическое распределение содержания СВ в субстратной смеси (слева) и на последней фазе технологического процесса (справа)

42

					Результаты программы измерения параметров производства биогаза
	Субстрат
Содержание оСВ [%СМ]	последняя
	фаза
БГУ 01	БГУ 02а БГУ 02б БГУ 03 БГУ 04 БГУ 05 БГУ 06 БГУ 07	БГУ 08	БГУ 09 БГУ 10	БГУ 11	БГУ 12 БГУ 13 БГУ 14 БГУ 15 БГУ 16а БГУ 16б БГУ 17 БГУ 18 БГУ 19 БГУ 20 БГУ 21а БГУ 21б БГУ 22 БГУ 23 БГУ 24 БГУ 25 БГУ 26 БГУ 27а БГУ 27б БГУ 28 БГУ 29 БГУ 30 БГУ 31 БГУ 32 БГУ 33 БГУ 34 БГУ 35 БГУ 36 БГУ 37 БГУ 38 БГУ 39 БГУ 40 БГУ 41 БГУ 42 БГУ 43 БГУ 44 БГУ 45 БГУ 47 БГУ 48 БГУ 49 БГУ 50	БГУ 51 БГУ 52 БГУ 53 БГУ 54 БГУ 55	БГУ 56 БГУ 57 БГУ 58 БГУ 59
Изображение 3-14: Содержание оСВ в субстратной смеси и на последней фазе технологического процесса

Относительная частотность	распределения [%]	Относительная частотность распределения [%]
	Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]	Содержание оСВ на последней фазе [%СМ]
Изображение 3-15: Относительное статистическое распределение содержания оСВ в субстратной смеси (слева) и на последней фа-
зе технологического процесса (справа)
смеси [%СМ]
субстратнойвоСВСодержание		y = 0,22x + 8,45; r = 0,89
	Доля возобновляемого сырья в субстратной смеси [%]

Изображение 3-16: Взаимосвязь между долей возобновляемого сырья в субстратной смеси и содержанием оСВ в субстратной смеси

мя как этот показатель для многоступенчатых систем не превы-	Проблематика определения значений СВ и оСВ
шает 8% СМ (изображение 3-14 и изображение 3-17). Среди ус-	На расчетные величины содержания СВ и оСВ в субстратных сме-
тановок с низкими долями возобновляемого сырья в субстрате	сях распространяется критическое замечание, суть которого сос-
разницы между одно- и многоступенчатыми установками нет.	тоит в том, что используемый метод определения названных па-

43

	Результаты программы измерения параметров производства биогаза
	[%СМ]	одноступенч.
	Содержание оСВ на последней фазе
		многоступенч.
		Доля возобновляемого сырья в субстратной смеси [%]
	Изображение 3-17: Взаимосвязь между долей возобновляемого сырья в субстратной смеси и содержанием оСВ на последней фазе с
	дифференциацией по одно- и многоступенчатым установкам

раметров, прежде всего, при применении в установках силоса и других материалов с повышенной кислотностью в качестве сырья, привел к возникновению погрешности измерения, которая до сих пор не поддается однозначной количественной оценке. Величины СВ и, тем самым, оСВ по этим видам субстратов были определены с занижением, так как при определении СВ в соответствии с DIN 12880 нагревание до 105°C приводит к исчезновению долей летучих органических кислот.

Так как и все другие методики определения, как, например, с помощью ультразвука или NIRS (спектроскопия в ближней инфракрасной области), калибруются в соответствии с традиционной методикой по DIN, погрешность остается. Поэтому в дальнейшем изложении результатов исследования никакие другие показатели, кроме показателей нагрузки установок, не будут представлены в их соотнесенности с величинами СВ или оСВ, а будут

лишь рассмотрены по отношению к данным величинам.

Вязкость

В период проведения исследовательской работы было установлено, что содержимое реакторов установок с высокой долей возобновляемого сырья имеет очень вязкую консистенцию, хотя и содержание СВ по сравнению с установками, в которых в качестве массы для брожения используются биоотходы, не было значительно повышенным. Это привело к тому, что использованной техники для перемешивания очень часто было просто недостаточно для того, чтобы перемешать материал в достаточной степени. Хотя этот эффект возникает, прежде всего, на первой фазе, значительно высокие показатели вязкости по сравнению с показателями установок, работающих на биоотходах или навозной жиже и имеющих аналогичные величины содержания СВ, были ус-

Время слива [с]

Содержание СВ [%СМ]

Изображение 3-18: Взаимосвязь между измеренным временем слива и соответствующим содержанием СВ в ферментирующем материале

44

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

тановлены и на последующих фазах технологического процесса. Поэтому следует сделать вывод также и о скорее худшей проникающей способности остатка переброженной массы из установок с высокой долей возобновляемого сырья при его использовании в качестве удобрения, в отличие от остатка массы из систем, работающих на навозной жиже

Для точного представления такого измененного соотношения между содержанием СВ и вязкостью было проведено количественное описание вязкости с применением бачка (время слива после заправки цилиндра определенным объемом материала и открытия сливной трубы до полного опорожнения резервуара). На изображении 3-18 приведены результаты всех проведенных измерений вязкости. В ходе измерений была выявлена очевидная связь между измеренным временем слива и содержанием СВ.

Эта зависимость не является линейной, так как время слива и, тем самым, вязкость массы, сверхпропорционально увеличивается с увеличением содержания СВ. Результаты наглядно демонстрируют тот факт, что содержание СВ свыше 10% приводит к значительному увеличению вязкости массы и, вследствие этого, оказывает большое влияние на способность материала ферментера к перемешиванию. Это в свою очередь необходимо учитывать при выборе размеров устройств для перемешивания субстрата в рамках проектирования биогазовых установок.

3.2.2.2Показатель химической потребности в кислороде (ХПК)

неорганические окисляемые соединения, которые в процессе брожения не разлагаются. Тем не менее, содержание ХПК является хорошей альтернативой показателю содержания оСВ, так как в этом случае не возникает погрешности в результате рассеивания летучих органических кислот. На изображении 3-19 продемонстрирована связь между содержанием ХПК и оСВ (коэффициент корреляции 0,94).

Диапазон значений составляет при этом от 144 кг ХПК/т СМ (БГУ 10) до 484 кг ХПК/т СМ (БГУ 52) (таблица 3-2), в зависимости от состава субстратной смеси. Исходя из этого, установки с высокой долей использования навозной жижи имеют значительно сниженные показатели ХПК.

3.2.2.3Содержание общего азота (Nобщ.-N) и аммонийного азота (NH4-N)

Средние значения содержания общего азота в субстратной смеси лежат в пределах от 1,6 кг/т (БГУ 33) до 8,8 кг/т (БГУ 35) (таблица 3-2). Максимальные значения обусловлены использованием органических удобрений птицеводческих хозяйств и высокими долями зерновых (БГУ 09, 29 и 35), другие высокие значения связаны с применением зерновых злаков, доля которых в субстратной смеси составляет порядка 5%.

Увеличение концентрации содержания Nобщ.-N в связи с анаэробным разложением связано с эффектом концентрирования, так как вследствие улетучивания газа идет процесс сокращения массы.

	Величину содержания ХПК, также как и величину содержания	Значения содержания NH4-N в субстратных смесях лежат в
	оСВ, можно использовать для количественного выражения спо-	пределах значений от 0,3 до 2,9 кг/т (БГУ 03 и БГУ 05, изображе-
	собной к биологическому разложению доли субстратной смеси.	ние 3-20 и таблица 3-2). При этом максимальные или минималь-
	Эта величина служит для отображения доли окисляемых веществ	ные значения содержания Nобщ.-N были отмечены не на тех же ус-
	с помощью такого количество кислорода, которое необходимо	тановках, на которых были выявлены максимальные или мини-
	для их полного окисления. Но при этом учитываются также и	мальные значения содержания NH4-N.
	в субстрате [кг/т СМ]	y = 13,08x + 6,87; r = 0,94
	Содержание ХПК
	Содержание оСВ в субстрате [%СМ]
	Изображение 3-19: Взаимосвязь между содержанием ХПК и оСВ в субстратной смеси

45

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

Субстрат

-N [кг/т]

последняя

фаза

4

Содержание NH

БГУ 01

БГУ 02

БГУ 03 БГУ 04 БГУ 05 БГУ 06 БГУ 07

БГУ 08 БГУ 09 БГУ 10 БГУ 11 БГУ 12 БГУ 13 БГУ 14 БГУ 15 БГУ 16 БГУ 17 БГУ 18 БГУ 19 БГУ 20 БГУ 21 БГУ 22 БГУ 23 БГУ 24 БГУ 25 БГУ 26 БГУ 27 БГУ 28 БГУ 29 БГУ 30 БГУ 31 БГУ 32 БГУ 33 БГУ 34 БГУ 35 БГУ 36

БГУ 37 БГУ 38 БГУ 39 БГУ 40 БГУ 41 БГУ 42 БГУ 43 БГУ 44

БГУ 45

БГУ 47

БГУ 48

БГУ 49

БГУ 50

БГУ 51

БГУ 52

БГУ 53

БГУ 54 БГУ 55 БГУ 56 БГУ 57 БГУ 58

БГУ 59

Изображение 3-20: Содержание NH4-N в субстратной смеси и на последней фазе

Увеличение содержания NH4-N на последней фазе связано не только с эффектом концентрирования, а, прежде всего, объясняется минерализацией органических соединений азота, которую вызывает анаэробное разложение. Таким образом, на последней фазе процесса отмечаются значения содержания NH4-N в пределах от мин. 1,4 кг/т (БГУ 04) до 5,7 кг/т (БГУ 09) (таблица 3-2).

На других 5 установках отмечались величины содержания аммонийного азота свыше 4 кг/т. В связи с различной интенсивностью минерализации органических соединений азота, на последней фазе спектр значений содержания NH4-N значительно расширяется (изображение 3-21, справа). На БГУ 48 значение NH4-N увеличивается почти в четыре раза, в то время как на БГУ 02 значение NH4-N увеличивается всего на величину менее 50%. Здесь очевидно влияние использования азотосодержащих и легко разлагающихся зерновых злаков.

Однако если учесть одновременное увеличение Nges-N в связи с эффектом концентрирования во время анаэробного разложе-

ния, рассматривая долю NH4-N в Nобщ.-N, увеличение содержания NH4-N представляется не таким мощным. Изменение доли

NH4-N в Nобщ.-N представлено на изображении 3-22 в процентных пунктах. Увеличение лежит в пределах от ок. 8 до 67 про-

центных пунктов (БГУ 02 и БГУ 57). Во время анаэробного разложения на установках отмечено увеличение NH4-N в среднем на уровне ок. 31 процентного пункта. Содержащийся в субстратах органический азот минерализуется в сильной степени и в достаточном объеме присутствует в материале, который позднее будет использоваться в качестве удобрения.

Увеличение содержания NH4-N является критерием минерализации органически связанного азота. Это становится очевидным за счет связи (коэффициент корреляции r = 0,74) между изменением доли NH4-N и временем отстаивания субстрата во всей системе. Увеличение времени отстаивания приводит к увеличению доли NH4-N. БГУ 57, время отстаивания массы в которой составляет 289 дней, имеет самый высокий показатель увеличения, который составляет 67 процентных пунктов.

Относительная частотность	распределения [%]	Относительная частотность	распределения [%]
	Содержание Nобщ-N в субстратной смеси [кг/т]		Содержание NH4-N на последней фазе [кг/т]

Изображение 3-21: Относительное статистическое распределение содержания Nобщ.-N в субстратной смеси (слева) и содержания NH4-N на последней фазе (справа)

46

	Результаты программы измерения параметров производства биогаза
%]
абсолютн.
Nобщ-N [
-N в
4
Изменение доли NH	01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
	БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ БГУ
Изображение 3-22: Изменение доли NH4-N в содержании Nобщ.-N в субстратной смеси при завершении последней фазы

	%]
	абсолютн.
	Nобщ-N [	y = 0,13x + 17,0; r = 0,74
	-N в
	4
	Изменение доли NH
		Время отстаивания во всей системе [д]
	Изображение 3-23: Взаимосвязь между изменением доли NH4-N в Nобщ.-N в процентных пунктах и временем отстаивания субстра-
	та во всей системе

3.2.2.4 Содержание ортофосфатного фосфора	ний от 2,9 (кг/т) до 6,2 (кг/т) (БГУ 45 и БГУ 49) (таблица 3-2). В
(PO4-P)	среднем содержание калия составляет 4,0 кг/т.
	В таблице 3-2 представлены сводные данные по средним, ми-
Содержание ортофосфатного фосфора в субстратных смесях ко-	нимальным и максимальным величинам свойств субстрата и его
леблется в пределах от 0,52 кг/т до 1,81 кг/т (БГУ 03 и БГУ 29)	технологическим характеристикам на последней фазе процесса
(таблица 3-2). Среднее содержание PO4-P в субстратных смесях	ферментации.
составляло 0,95 кг/т.
Очень высокие показатели содержания свыше 1,3 кг/т объяс-
няются, как правило, использованием больших объемов органи-	3.2.3 Нагрузка по оСВ
ческих удобрений птицеводческих хозяйств и зерновых злаков.
Содержание PO4-P на последних фазах едва ли отличается от	Органическая нагрузка объема ферментера является основной ве-
этого показателя в субстратных смесях (Ø 0,93 кг/т).	личиной измерения ферментера, которая, однако, не использует-
	ся для прямого выражения производительной мощности установ-
	ки.
3.2.2.5 Содержание калия (K) в технологическом	Все рассматриваемые в рамках данной программы биогазо-
процессе последней фазы	вые установки достигают величин общей нагрузки ферментера
	свыше 1,1 вплоть до величины 9,9 кг оСВ/(м3 раб. об. в день) (БГУ
Содержание калия на последней фазе лежит в диапазоне значе-	44 и БГУ 47, изображение 3-24). Установки сухой ферментации

47

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

Состав субстрата		Среднее	Мин.	Макс.
		значение
Содержание СВ	[%]	24,6	12,5	36,3
Содержание оСВ	[%]	23,0	11,0	34,6
ХПК	[кг/т]	309	144	484
NH4-N	[кг/т]	1,1	0,3	2,9
Nобщ.-N	[кг/т]	4,9	3,4	8,8
PO4-P	[кг/т]	0,95	0,52	1,81
Доля орг. удобр. (навозная жижа и твердая фракция навоза)	[%]	34	0	90
Доля навозной жижи	[%]	30	0	82
Доля возобновляемого сырья	[%]	66	10	100
Ферментирующий материал (последняя фаза)
Содержание СВ	[%]	7,9	5,0	15,9
Содержание оСВ	[%]	6,0	3,5	11,8
ХПК	[кг/т]	83	50	157
NH4-N	[кг/т]	2,7	1,4	5,7
Nобщ.-N	[кг/т]	5,2	3,7	8,5
PO4-P	[кг/т]	0,93	0,50	1,78
K	[кг/т]	4,0	2,9	6,2

Таб. 3-2: Сводные данные по средним, минимальным и максимальным значениям содержания веществ в субстрате и ферментирующем материале на последней фазе технологического процесса в биогазовых установках непрерывного действия

отличаются частично особенно высоким показателем общей нагрузки ферментера. Установки 47 и 49 достигают максимальных величин нагрузки ферментера, однозначно выделяясь на фоне других установок, а БГУ 57 имеет, напротив, минимальное значение нагрузки ферментера, равное 1,1. Здесь проявляются различные концепции биогазовых установок, работающих по технологии сухой ферментации. БГУ 57 отличается от установок влажной ферментации только использованием субстрата с высокой долью СВ, в остальном же ее эксплуатация ни чем не отличается от эксплуатации традиционных установок влажной ферментации (ср. гл.

3.2.10). Установки сухой ферментации БГУ 47 и 49 работают в одноступенчатом режиме по технологии идеального вытеснения и достигают, тем самым, высоких показателей нагрузки ферментера.

Несмотря на невысокую концентрацию энергии субстратной смеси, биогазовые установки северо-восточного региона (БГУ 01 - 14) достигают, благодаря большим объемам органического сырья, сравнительно высокие показатели нагрузки ферментера по сравнению с установками, которые используют большие объемы возобновляемого сырья. Это связано с качеством загружаемой органической массы. В то время как загружаемая органическая масса в системах с использованием навозной жижи состоит из уже переваренного пищеварительной системой материала, который имеет небольшие доли быстро расщепляемых веществ, в органическом сырье установок, работающих на возобновляемом сырье, превалируют быстро доступные и легко окисляемые вещества.

На величину нагрузки ферментера оказывает влияние число фаз технологического процесса, так многоступенчатые установки, как правило, используют ферментеры большего объема. Эксплуатация одноступенчатых установок осуществляется со средним показателем нагрузки ферментера, равным 4,5 кг оСВ/(м3 раб. об. в день), в отличие от многоступенчатых установок, где этот показатель равен 2,2 кг оСВ/(м3 раб. об. в день).

Это наглядно демонстрирует диаграмма статистического распределения нагрузки ферментера. Одноступенчатые установки работают с показателем нагрузки ферментера по оСВ, равным минимум 2,0 кг оСВ/(м3 раб. об. в день), в то время как многоступенчатые установки имеют показатель нагрузки ферментера, который составляет всего лишь 1,1 кг оСВ/(м3 раб. об. в день) (изображение 3-25).

Вмногоступенчатых установках не выявляется явной связи между величиной нагрузки ферментера и содержанием оСВ в субстратных смесях. В одноступенчатых установках, напротив, в связи с очень высокой величиной нагрузки установок 47, 49, 51 и 52 (изображение 3-26) такая связь выявляется.

Внекоторых установках первая фаза частично характеризуется очень высокой нагрузкой, в то время как последующая фаза от-

ферментера по оСВ			одноступенч.
	/(м³раб.об. в день)]		многоступенч.
			периодич. действ.
Нагрузка	оСВ
	[кг
	БГУ 01	БГУ 02 БГУ 03 БГУ 04	БГУ 05 БГУ 06 БГУ 07 БГУ 08 БГУ 09 БГУ 10 БГУ 11 БГУ 12	БГУ 13 БГУ 14 БГУ 15	БГУ 16 БГУ 17 БГУ 18 БГУ 19 БГУ 20 БГУ 21 БГУ 22 БГУ 23 БГУ 24 БГУ 25 БГУ 26 БГУ 27 БГУ 28 БГУ 29 БГУ 30 БГУ 31 БГУ 32 БГУ 33 БГУ 34	БГУ 35	БГУ 36 БГУ 37 БГУ 38 БГУ 39 БГУ 40 БГУ 41 БГУ 42 БГУ 43 БГУ 44 БГУ 45 БГУ 47 БГУ 48 БГУ 49 БГУ 50 БГУ 51 БГУ 52 БГУ 53 БГУ 54 БГУ 55 БГУ 56 БГУ 57 БГУ 58	БГУ 59 БГУ 61 БГУ 62 БГУ 63
Изображение 3-24: Средняя величина общей нагрузки по оСВ на биогазовых установках с дифференциацией по одно- и многосту-
пенчатым установкам, а также установкам влажной и сухой ферментации

48

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

[%]
распределениячастотностьОтносительная	одноступенч.
	многоступенч.
	Нагрузка ферментера по оСВ [кгоСВ/(м³раб.об. в день)]

Изображение 3-25: Относительное статистическое распределение величин общей нагрузки по оСВ с дифференциацией по одно- и мно-
гоступенчатым установкам
	одноступенч.	БГУ 49		БГУ 47
	многоступенч.	БГУ 52	БГУ 51
ферментера	/(м³раб.об. в день)]
Нагрузка	оСВ
	[кг
		Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]
Изображение 3-26: Взаимосвязь между содержанием оСВ в субстратной смеси и величиной общей нагрузки по оСВ

личается едва ощутимой нагрузкой. Так, установки с горизонталь-	на осуществляться заранее, так как переоборудование БГУ с ос-
но расположенным ферментером (БГУ 48, 50, 54 и 59) достигают	нащением дополнительными механизмами требует очень высо-
на первой фазе очень высокие значения нагрузки свыше	ких затрат. На этих четырех установках смонтированы такие уст-
15 кг оСВ/(м3 раб. об. в день); установка БГУ 12, оборудованная	ройства, которые позволяют использовать гибкую систему управ-
обычным вертикальным ферментером с мешалкой, также дос-	ления загрузками субстрата.
тигает на первой фазе высокое значение нагрузки, равное 40 кг	Следует учитывать, что значения нагрузки ферментера субст-
оСВ/(м3 раб. об. в день), так как рабочий объем первой фазы сос-	ратом и значение общей нагрузки ферментера, вкл. рециркулят,
тавляет всего 770 м3 .	могут довольно сильно отличаться друг от друга. Поэтому на
Установки БГУ 06, 09, 17 и 40 являются единственными ус-	изображении 3-27 значения нагрузки ферментера общим загру-
тановками, на которых свежий субстрат загружается и на пос-	женным материалом и значения нагрузки ферментера субстратом
ледующей, второй фазе технологического процесса, что по ре-	сопоставлены друг с другом. Диаграмма отображает влияние про-
зультатам первой программы измерения параметров биогаза при-	цесса рециркуляции, который применяется на одной трети всех
водит к существенному увеличению показателя использования	рассматриваемых установок для лучшего перемешивания мате-
субстрата. На установках, использующих системы прямой загруз-	риала в ферментере. На двух установках с горизонтальным рас-
ки сырья, проектировка технических возможностей для загрузки	положением ферментера (БГУ 48 и БГУ 54) почти 60% органи-
сырья и на последующие фазы технологического процесса долж-	ческой нагрузки ферментера основано на процессе рециркуляции

49