биогаз на основе возобновляемого сырья

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

и только порядка 40% - на субстрате. Следует отметить, что до-	3.2.4 Время гидравлического отстаивания
ля расщепляемых органических веществ в рециркулирующей
фракции существенно снижена по сравнению с субстратом,	Величина времени гидравлического отстаивания находится в об-
вследствие этого круговорот веществ обременен большой долей	ратной зависимости от значения нагрузки ферментера, т.е. уста-
инертного органического материала.	новки с максимальным значением нагрузки ферментера имеют
Массивная рециркуляция материала из последующих фаз тех-	минимальное время отстаивания (изображение 3-28). В общем
нологического процесса приводит к выравниванию нагрузки фер-	итоге диапазон величин времени гидравлического отстаивания
ментера. С одной стороны, такой процесс имеет преимущество в	на первой фазе лежит в пределах от 1,6 до 140 д (БГУ 12 и БГУ
том, что часть свежего субстрата поступает и на последующие	57), на второй фазе - от 4 и 254 дней (БГУ 03 и БГУ BGA 57), а на
фазы, но с другой стороны схема эксплуатации не совсем соот-	третьей фазе - от 8 до 14 дней. Однако в отношении этих величин
ветствует технологическим особенностям каскада реакторов. Это	также распространяются те же условия, что и на величины наг-
можно наглядно продемонстрировать на примере установок 48 и	рузки по оСВ для отдельных фаз технологического процесса, ко-
06: На БГУ 48 в 1 фазу ежедневно загружается в общей сложнос-	торые участвуют в процессе рециркуляции. Это объясняет край-
ти 17,4 т оСВ, на 2 фазу - 14,5 т и на 3 фазу - 12,6 т. Так как мате-	не короткое время отстаивания в соответствующих многоступен-
риал постоянно циркулирует, свежая масса подается и на послед-	чатых биогазовых установках.
нюю фазу, т.е. ни в одном из ферментеров не проходит процесс	При рассмотрении времени отстаивания свежего субстрата
полного сбраживания массы. На этой установке большое значе-	во всей системе целиком открывается совсем другая картина, так
ние имеет использование газонепроницаемого хранилища для ос-	как расчет этого времени отстаивания по определению осуществ-
татков ферментирующей массы, так как перебраживание массы	ляется без учета рециркуляции. Таким образом, на установках с
и выработка значительных объемов метана продолжается.	рециркуляцией материала это время отстаивания не включает в
Примечательна разница между БГУ 16 и БГУ 18, которые	себя сумму значений времени отстаивания на отдельных фазах.
представляют собой конструктивно идентичные установки с прак-	На пяти установках значение времени отстаивания превышает
тически идентичным коэффициентом использования мощности	200 д (изображение 3-28). Таким образом, очень короткое время
БТЭЦ (ср. гл. 3.2.8.1). В то время как БГУ 16, как это уже было	отстаивания на отдельных фазах способно ввести в заблуждение,
описано, работает в основном без загрузки навозной жижи, до-	так как здесь речь идет, прежде всего, о рециркуляции материа-
ля навозной жижи КРС в сырье установки 18 составляет до 31%.	ла реактора. Значение времени отстаивания менее 50 дней дости-
Объем загрузки обладающего большим потенциалом энергии во-	гается на системах, которые работают на навозной жиже, а также
зобновляемого сырья на установке 16 составляет 180 т в неделю,	на установках сухой ферментации БГУ 49, 51 и 52. Так за счет вы-
а на установке 18 - 186 т в неделю. Однако в то время как в про-	сокой пропускной способности предпринимается попытка увели-
цессе рециркуляции массы на установке БГУ 16 требуется еже-	чения высоких показателей выработки газа.
недельно 725 т материала для поддержания способности содер-	Изображение 3-29 наглядно демонстрирует связь между со-
жимого реактора к перемешиванию, на установке 18 для этого	держанием оСВ в субстратной смеси и временем отстаивания, хо-
требуется всего 237 т.	тя эта взаимосвязь является очевидной только для многоступен-
	чатых установок (коэффициент корреляции r = 0,63).
	В то время как в одноступенчатых биогазовых установках с
	содержанием оСВ в субстратной смеси до 19% не обнаруживает-

ферментера по оСВ

Нагрузка по оСВ на первой фазе

Всего

Субстрат

/(м³раб.об.в день)]

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

Изображение 3-27: Средние величины нагрузки по оСВ на первой фазе биогазовых установок с дифференциацией значений при загруз-

ке всего материала и загрузке свежего субстрата

50

	Результаты программы измерения параметров производства биогаза
[д]	289 д
Время гидравлического отстаивания	одноступенч.
	многоступенч.
	периодич. действ.
	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 61 62 63
	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 БГУ БГУ БГУ
Изображение 3-28: Средние величины времени отстаивания субстрата во всей системе с дифференциацией по одно- и многоступен-
чатым установкам и установкам сухой ферментации

[д]
всей системе	одноступенч.
	многоступенч.
	y = 6,07x - 15,9; r = 0,63
отстаивания во
Время	y = 0,57x + 46,2; r = 0,18
	Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]
Изображение 3-29: Взаимосвязь между содержанием оСВ в субстратной смеси и временем отстаивания субстрата в системе

ся разницы в общем времени отстаивания, то уже при использо-	3.2.5 Качество газа
вании сырья с содержанием оСВ свыше 28 % общее время отс-
таивания в одноступенчатых установках всегда ниже, чем в мно-	На всех рассматриваемых установках вырабатываемый очищен-
гоступенчатых установках, в которых применяются аналогичные	ный газ имеет довольно одинаковое содержание метана (CH4), сос-
субстратные смеси. Насколько короткого времени отстаивания	тавляющее ок. 52 об. % (изображение 3-31 и таблица 3-3). Только
на одноступенчатых установок достаточно и насколько долгое	на БГУ 12, в связи с использованием субстратных смесей с боль-
время отстаивания на многоступенчатых установках необходимо	шой долей навозной жижи КРС и твердых фракций куриного по-
для эффективного разложения свежего субстрата, будет изло-	мета, было достигнуто среднее значение содержания CH4 на уров-
жено в гл. 3.2.7.	не 59%. Значения содержания метана в вырабатываемом газе дру-
Статистическое распределение общего времени отстаивания	гих установок находятся в пределах от ок. 49 до 57%. При этом об-
субстрата указывает на явное доминирование диапазона от 40 до	ращает на себя внимание то факт, что в системах северо-восточного
80 дней (изображение 3-30), в котором находится 33% всех расс-	региона страны, работающих на навозной жиже, не в обязательном
матриваемых. 11% установок имеют время отстаивания ниже 40	порядке отмечаются высокие показания содержания CH4, чем на
и 9% - свыше 200 дней. Максимальное общее время отстаивания	установках, которые работают с небольшими долями органичес-
в одноступенчатых установках составляет 120 дней, а многос-	ких удобрений или без них.
тупенчатые установки охватывают весь спектр значений време-	Содержание диоксида углерода (CO2) всегда ниже содержа-
ни отстаивания.	ния CH4. Некоторые анализаторы биогазовых установок не обо-

51

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

[%]
распределениячастотностьОтносительная	одноступенч.
	многоступенч.
	Общее время отстаивания [д]

Изображение 3-30: Относительное статистическое распределение величин общего времени отстаивания субстрата с дифференциацией по одно- и многоступенчатым установкам

рудованы датчиками для определения содержания CO2, поэтому	значений содержания.
результаты по содержанию диоксида углерода отсутствуют.	Интенсивность подачи воздуха в головную часть ферментера
Статистическое распределение содержания CH4 еще раз наг-	можно определить по параметрам содержания кислорода (содер-
лядно демонстрирует описанную выше картину исследования	жание O2) (изображение 3-32). Значения содержания кислорода
(изображение 3-33). 48% установок достигают значения в диапа-	находятся в пределах от 0,04 до 1,73 об. % (БГУ 57 и БГУ 15) (таб-
зоне между 52 и 54 об. %. Такой узкий спектр значений объяс-	лица 3-3). Высокое значение, которое было отмечено на биога-
няется стандартизацией качества субстрата. Смеси субстратов не	зовой установке 15, следует рассматривать с точки зрения эксп-
содержат значительных жироили белоксодержащих долей, ко-	луатационной безопасности оборудования как критическое.
торые при расщеплении привели бы к повышенным значениям	Значения содержания сероводорода (H2S) находятся в 88%
содержания CH4.	рассматриваемых установок ниже 200 ппм; данные значения
К значениям содержания метана свыше 52% приводит толь-	должны быть соблюдены в большинстве случаев для исправной
ко переработка органического сырья. Однако так как здесь речь	эксплуатации БТЭЦ (изображение 3-32). Большинство установок
идет о качестве очищенного газа и интенсивность подачи воз-	с высокими значениями содержания H2S расположены в северо-
духа в верхней части ферментера бывает разной, эти различия не	восточном регионе Германии. Здесь биологическое обессерива-
могут быть выявлены непосредственно на основе определенных	ние становится недостаточным для уменьшения содержания об-

[об. %]

CH4

CO2

2

и CO

4

Содержание CH

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 3-31: Средняя величина содержания CH4 и CO2 в очищенном биогазе

52

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

разованного H2S в нужном объеме.

На установках с высоким содержанием H2S наблюдается ряд различных феноменов: существуют установки с пиковыми значениями содержания H2S (БГУ 02, 05, 09, 12) и установки, на которых содержание H2S является постоянно высоким (БГУ 07 и БГУ 11). Так как резкие изменения состава загружаемого сырья, которые при проведении последней программы измерения параметров производства биогаза (BMP I) часто были источником колебаний значений концентрации сероводорода, в рамках данного исследования возникали только в незначительной степени, и субстраты в общей своей массе содержали только небольшие доли серы, означенная выше проблематика не может объясняться используемым сырьем. В возникновении колебаний содержания концентрации H2S свою роль играют временно существующие плавающие корки, которые после их перемешивания с массой больше не могут служить поверхностью для колонизации бактериями, окисляющими H2S.

Статистическое распределение величин содержания H2S, приведенное на изображении 3-33 показывает равномерное распределение параметров. При этом около 18% установок имеют величины менее 50 ппм, однако на 12% рассматриваемых БГУ были отмечены значения свыше 200 ппм.

Для защиты БТЭЦ от слишком высоких значений содержания H2S на газожидкостных двигателях БТЭЦ фирмы Schnell на входе установлен фильтр с активированным углем. На некоторых других БТЭЦ установлены двигатели с пониженной чувствительностью к содержанию H2S, как, например, двигатели Caterpillar, некоторые двигатели производителей Deutz, MAN и Jenbacher, которые имеют паспортное значение по H2S порядка 1000 и 400 ппм соответственно. В последнее время в некоторых случаях данные по паспортным значениям вообще не приводятся; вместо этого производители предписывают проведение регулярного контроля качества и/или замену двигателей.

3.2.6 Выработка газа

В связи с неисправностями газовых счетчиков на некоторых установках учет объемов газа не производился. Вследствие этого не представлялось возможным определить такие связанные с выработкой газа параметры, как выход газа, КПД, производительность и потенциал остаточного газа.

[ппм]

H2S

O2

S

%]

[об.

2

СодержаниеH

очищенномбиогазе

2

Содержание О

в

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

Изображение 3-32: Средние величины содержания H2S и O2 в очищенном биогазе

Относительная частотность	распределения [%]	Относительная частотность	распределения [%]
	Содержание СН4 в очищенном биогазе [об. %]		Содержание H2S в очищенном биогазе [ппм]

Изображение 3-33: Относительное статистическое распределение величин содержания CH4 (слева) и H2S (справа) в очищенном биогазе

53

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

3.2.6.1 Выход биогаза и метана

Количество биогаза, выработанного с одной тонны свежего субст-

рата, колеблется в пределах от ок. 50 до 270 нм3/тсубстрата (БГУ 12 и 31, изображение 3-34). В связи с большой долей использования

навозной жижи в субстратных смесях на установках северо-вос- точного региона были отмечены показатели выработки газа макс.

150 нм3/тсубстрата. Выход метана в соответствии с содержанием CH4 в биогазе находится в переделах от 28 до 141 нм3 CH4/тсубстрата (изображение 3-34 и таблица 3-4). Максимальный выход метана

был зафиксирован на БГУ 31 и 57.

В связи с небольшими значениями содержания оСВ на установках юго-восточного региона выход метана на этих БГУ на

Качество газа		Среднее	Мин.	Макс.
		значение
Содержание CH4	[об. %]	52,4	48,6	58,8
Содержание CO2	[об. %]	44,8	41,1	48,5
Содержание H2S	[ппм]	143	0	653
Содержание O2	[об. %]	0,55	0,04	1,73

Таб. 3-3: Сводные данные по средним, минимальным и максимальным величинам показателей качества газа

1 тоСВ по сравнению с другими установками только незначительно ниже, так, что различия в связи с применяемыми субстратами больше не определяются (изображение 3-35). На двух установках старого типа БГУ 11 и 12 были отмечены наименьшие значения выхода метана, составляющие ок. 225 нм3 CH4/тоСВ. Максимальное значение было зафиксировано на биогазовой установке 35 - 500 нм3 CH4/тоСВ. Однако ввиду очень малого показателя электрического КПД порядка 30% такое высокое значение следует подвергнуть сомнению. В этом случае речь идет, скорее всего, о неверном определении объема газа.

Различия в значениях выхода CH4 хорошо коррелируют с различным содержанием оСВ в субстратных смесях (изображение 3-36). Влияние числа фаз технологического процесса на выход

метана можно обнаружить только при наличии высоких значений содержания оСВ в субстрате. В то время как величины выхода CH4 на одноступенчатых установках с небольшим содержанием оСВ не отличаются от величин, зафиксированных на многоступенчатых установках, то уже при содержании оСВ свыше 22% СМ они несколько ниже, чем те значения, которые имеют многоступенчатые системы с таким же содержанием оСВ.

Если дополнительно к этому рассматривать связь между выходом метана на 1 тоСВ и содержанием оСВ в субстратной смеси, то уже при содержании оСВ от 22% выход метана на одноступенчатых установках является однозначно более низким, чем на многоступенчатых БГУ (изображение 3-37). В спектре низких значений содержания оСВ между одно- и двухступенчатыми установками разницы нет. При низком содержании оСВ до 16% в целом отмечаются низкие величины выхода метана. Значение выхода метана можно использовать в качестве критерия эффективности использования субстрата. Однако возможность такой оценки только на основе этого значения довольно ограничена, так как технические средства для измерения объема газа не всегда работают исправно.

3.2.6.2 Производительность биогаза и метана

Количество газа, ежедневно производимое на 1 м3 рабочего объема, не сильно отличается в системах, которые применяют в качестве субстрата навозную жижу или возобновляемое растительное сырье, и находится в пределах от 0,57 до 6,4 нм3 биогаза/(м3

раб. об. в день) (БГУ 61 и 47) (изображение 3-38). Величина производительности метана находится в пределах от 0,3 до 3,2 нм3 CH4/(м3 раб. об. в день) (БГУ 61 и 47).

Как и ожидалось, одноступенчатые установки имеют более высокий показатель производительности, чем крупногабаритные многоступенчатые системы установок (изображение 3-38). Несмотря на использование субстрата, обладающего меньшим энергетическим потенциалом, установки, работающие на навозной жиже, достигают благодаря более высокой величине оборота

]				Биогаз			CH4
субстрата
[нм3/т
4
Выход биогаза и CH
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 3-34: Средние величины выхода биогаза и метана на одну тонну загруженной свежей массы

54

							Результаты программы измерения параметров производства биогаза
]
оСВ
/т
4
[нм3CH
4
Выход CH
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 3-35: Средние величины выхода метана на одну тонну загруженного оСВ

одноступенч.

многоступенч.

]

субстрата

[нм3/т

4

Выход CH

Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]

Изображение 3-36: Взаимосвязь между содержанием оСВ в субстратной смеси и выходом CH4 на одну тонну свежего субстрата

одноступенч.

многоступенч.

]

оСВ

[нм3/т

4

Выход CH

Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]

Изображение 3-37: Взаимосвязь между содержанием оСВ в субстратной смеси и выходом CH4 на одну тонну оСВ

субстрата такой же хороший показатель использования объема	производительности CH4, чем многоступенчатые. В то время, как
ферментера, что и системы, использующие возобновляемое рас-	70% одноступенчатых установок имеют показатель производи-
тительное сырье. Статистическое распределение, приведенное на	тельности CH	свыше 0,9 нм3 CH /(м3 раб. об. в день), среди мно-
	4	4
изображении 3-39, однозначно указывает на то, что одноступен-	гоступенчатых систем такой показатель отмечается только на 30%
чатые установки достигают скорее более высоких показателей	установок. В среднем этот показатель для одноступенчатых ус-

55

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

тановок составляет 1,67, а для многоступенчатых - 0,87				ражение 3-41). Эта связь особенно очевидна в диапазоне нагру-
нм3 CH	/(м3		раб. об. в день).	зок от 1 до 5 кг оСВ/(м3 раб. об. в день). При этом разницы меж-
4
В общей сложности 70% установок производят в день более				ду одно- и двухступенчатыми установками обнаружить не удает-
0,7 нм3 CH		4	на 1 м3 рабочего объема.	ся, кроме того факта, что многоступенчатые установки всегда
Связь между содержанием оСВ в субстратной смеси и произ-				работают с более низкой нагрузкой ферментера, чем одноступен-
водительностью CH4 прослеживается только на одноступенчатых				чатые. На общем фоне выделяются установки старого типа БГУ
установках. Здесь большую роль играют установки сухой фер-				11 и БГУ 12, имеющие нагрузку ферментера 3,3 кг оСВ/(м3	раб.
ментации БГУ 47, 49, 51 и 52, на которых при небольших рабо-				об. в день) и величину производительности 0,74 нм3 CH /(м3	раб.
				4
чих объемах отмечается высокое содержание оСВ в субстратных				об. в день) и, соответственно, 4,3 кг оСВ/(м3 раб. об. в день) и
смесях (изображение 3-40).				0,98 нм3 CH /(м3 раб. об. в день). Их эксплуатация осуществляет-
				4
В свою очередь, как и ожидалось, определяется явная связь				ся с большой нагрузкой ферментера, но при этом величина произ-
между нагрузкой общего объема установки органическим сухим				водительности CH4 остается невысокой. Таким образом, имею-
веществом и отмечаемым показателем производительности (изоб-				щийся свободный объем для брожения массы используется хуже,

			Биогаз д	CH4
4			одноступенч.
Выработка биогаза и СН	[нм3/(м3раб.об. в день)]
	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 3-38: Средние величины производительности биогаза и метана с дифференциацией по одно- и многоступенчатым установкам

	одноступенч.
Относительная частотность	многоступенч.
	распределения [%]
	Выработка CH4 [нм³CH4/(м³раб.об. в день)]
Изображение 3-39: Относительное статистическое распределение величин производительности CH4 с дифференциацией по одно- и
многоступенчатым установкам

56

			Результаты программы измерения параметров производства биогаза
	в день)]	одноступенч.		БГУ 47
			БГУ 49	БГУ 52 БГУ 51
		многоступенч.
	[нм³/(м³раб.об.
	4
	Выработка CH
			Содержание оСВ в субстратной смеси [%СМ]
	Изображение 3-40: Взаимосвязь между содержанием оСВ в субстратной смеси и производительностью CH4 на всей установке

день)]	одноступенч.	БГУ 51	БГУ 47
			БГУ 52
	многоступенч.		БГУ 49
в
[нм³/(м³раб.об.		y = 0,35x; r = 0,97
4
CH		БГУ 12
Выработка
		БГУ 11
		Общая нагрузка ферментера [кгоСВ/(м³раб.об. в день)]
Изображение 3-41: Взаимосвязь между общей нагрузкой установки по оСВ и производительностью CH4 с дифференциацией по од-
но- и многоступенчатым установкам

чем в других установкой с аналогичной нагрузкой ферментера.	газонепроницаемым покрытием, вследствие чего большие объе-
На одноступенчатых установках БГУ 47 и 49 с большим значе-	мы метана могут выделяться в атмосферу. Применяя это коли-
нием нагрузки ферментера свыше 9 кг оСВ/(м3 раб. об. в день)	чество к одно- и многоступенчатым установкам, выходит, что
также отмечаются невысокие показатели производительности	84% одноступенчатых и 71% многоступенчатых БГУ не имеют
CH4.	хранилищ для остатков ферментирующей массы с газонепрони-
В таблице 3-4 представлены сводные данные по средним, ми-	цаемым покрытием (изображение 3-42). Такое положение дел обо-
нимальным и максимальным величинам по отношению к обо-	рачивается также ущербом и в экономическом плане, так как био-
роту субстрата биогазовых установок.	газ не поступает на выработку электроэнергии.
	Для расчета потенциала остаточного метана в ходе отбора
	бродильных проб было определено количество метана на одну
3.2.7 Потенциал остаточного газа	тонну остатка брожения (материал, получаемый после заверше-
	ния последней фазы) и представлено в сравнении с выходом ме-
В целях предотвращения эмиссии метана большую роль играет	тана на БГУ в виде относительного потенциала остаточного газа.
наличие защитного покрытия хранилищ остатков ферментирую-	На изображениях 3-43 и 3-44 представлены величины потен-
щей массы. 65 % всех установок, которые были рассмотрены в	циала остаточного метана в нм3 CH	4	в одной тонне остатка бро-
рамках данной программы измерения параметров биогаза, не обо-	жения при 37°C и 20 - 22°C с дифференциацией по одноступен-
рудованы хранилищами для остатков ферментирующей массы с	чатым и многоступенчатым системам установок. Те установки,

57

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

Таб. 3-4: Сводные данные по средним, мини-

Оборот субстрата

Среднее

Мин.

Макс.

значение

мальным и максимальным величинам оборота

Нагрузка по оСВ

[кг оСВ/(м3 раб. об. в день)]

3,0

1,1

9,9

субстрата на биогазовых установках непре-

рывного действия

Время отстаивания

[д]

101

29

289

Разложение оСВ

[%]

76

59

89

Выработка CH

4

[нм3 CH /(м3 раб. об. в день]

1,1

0,3

3,2

4

Выход CH

4

на тонну субстрата

нм3 CH

/т

субстрата

86

28

141

4

Выход CH

4

на тонну оСВ

нм3 CH /т

оСВ

371

224

464

4

Выход CH

4

на тонну ХПК

нм3 CH

/т

ХПК

275

171

366

4

хранилища остатков ферментирующей массы которых имеют га-

пенчатых установках - 4,9 нм3 CH

/т

остатка

(перебродившей мас-

4

зонепроницаемое покрытие, отмечены особой маркировкой, так

сы) (таблица 3-5). На основе этих данных становится очевидным,

как на них остаточный газ используется для выработки электро-

что за счет увеличенного времени отстаивания показатели разло-

и тепловой энергии.

жения субстрата на многоступенчатых установках выше, чем на

При 37°C потенциал остаточного газа в рассматриваемых ус-

одноступенчатых.

тановках

охватывает

широкий диапазон от 1,7 до

21,7

В связи с очень разными субстратными смесями, которые ис-

нм3 CH /т

(перебродившей массы). Конструктивно идентич-

пользуются на установках, количество остаточного метана в таб-

4 остатка

ные установки БГУ 51 и 52, а также БГУ 47 достигают максималь-

лице 3-5 указано по отношению к одной тонне оСВ. На изобра-

ных значений потенциала остаточного газа при температуре 37°C

жении 3-45 приведено соотношение удельной доли потенциала

(изображение 3-43). Подобная картина складывается и при тем-

остаточного газа и значения выхода метана на биогазовых уста-

пературах ок. 20°C. Диапазон значений представлен пределами

новках. При расчете объемы остаточного газа на тонну материа-

от 0,2 до 7,1, причем на установках БГУ 47, 51 и 52 вновь отме-

ла, который остается после окончания технологического процес-

чаются наивысшие значения потенциала остаточного газа.

са на последней фазе, были рассмотрены по отношению к выхо-

Как это следует из диаграмм 3-43 и 3-44, в связи с небольшим

ду метана (нм3 CH /т

), причем при этом была учтена поте-

4

субстрата

временем отстаивания на одноступенчатых установках отмечают-

ря массы, определенная по количеству выработанного газа.

ся более высокие значения потенциала остаточного газа, чем на

Данные по относительному потенциалу остаточного газа позво-

многоступенчатых установках. В таблице 3-5 представлены сред-

ляют проводить сравнение эффективности биогазовых установок.

ние, минимальные и максимальные значения потенциала остаточ-

Высокая величина относительного потенциала остаточного газа

ного газа с учетом разных температур. При температуре 37°C по-

свидетельствует о плохом использовании субстрата. Гаражная

тенциал остаточного газа на одноступенчатых установках состав-

биогазовая установка периодического действия БГУ 61, а также

ляет 9,5 нм3 CH

/т

остатка

(перебродившей массы), а на многосту-

обе установки старого типа БГУ 11 и 12 имеют максимальные зна-

4

				периодич. действ.
Относительная частотность				одноступенч.
	распределения [%]			многоступенч.
	откр.	без газонепрониц.	газонепрониц.	хранилище отсутствует
		Покрытие хранилища остатков ферментирующей массы

Изображение 3-42: Относительное статистическое распределение биогазовых установок по отношению к покрытию хранилищ остатков ферментирующей массы с дифференциацией по одно- и многоступенчатым установкам и установкам периодического действия гаражного типа

58

Результаты программы измерения параметров производства биогаза

чения вплоть до 8,5% от потенциального выхода CH4 на тонну субстрата при температуре брожения в диапазоне 20–22°C. Здесь же вновь на общем фоне выделяются одноступенчатые установки, которые в связи с коротким временем отстаивания имеют, как правило, высокие значения потенциала остаточного газа (таблица 3-6).

Многоступенчатые установки в среднем достигают значение потенциала остаточного газа, которое меньше этого значения на одноступенчатых установках более чем в два раза.

На изображении 3-46 показана связь между относительным потенциалом остаточного газа и временем гидравлического отстаивания. Диаграмма наглядно отражает зависимость между эти-

ми параметрами. Установки с величиной времени отстаивания свыше 100 дней имеют значительно более низкие величины потенциала остаточного газа, которые составляют менее 2,5% от величины выхода CH4. Особенно явно выражена эта зависимость при эксплуатации гаражных установок периодического действия.

С одной стороны, высокие значения потенциала остаточного газа объясняются коротким временем отстаивания и, тем самым, недостаточным оборотом субстрата в установках на навозной жиже, а с другой стороны, за счет недостаточного разложения массы в одноступенчатых установках сухой ферментации с таким же коротким временем отстаивания и неоднородной перколяцией. С увеличением времени отстаивания происходит сильное умень-

одноступенч.

многоступенч.

Потенциал остаточного газа при 37 °C

газа

периодич. действ.

]

хранилище с газонепрониц. покрытием

остаточного

остаткаброжения

/т

4

Потенциал [нм3CH

БГУ 27

БГУ 16 БГУ 36 БГУ 19

БГУ 44

БГУ 10 БГУ 26 БГУ 21 БГУ 25 БГУ 18 БГУ 06 БГУ 33 БГУ 37 БГУ 39 БГУ 58

БГУ 12

БГУ 34 БГУ 57 БГУ 43 БГУ 13 БГУ 15 БГУ 40 БГУ 09

БГУ 14

БГУ 05 БГУ 03 БГУ 30 БГУ 07 БГУ 17 БГУ 02 БГУ 41 БГУ 38 БГУ 22 БГУ 50 БГУ 23 БГУ 63 БГУ 24

БГУ 29 БГУ 45 БГУ 04

БГУ 11

БГУ 32 БГУ 55 БГУ 20 БГУ 59 БГУ 54 БГУ 48 БГУ 35 БГУ 31 БГУ 01 БГУ 28 БГУ 42 БГУ 53 БГУ 08 БГУ 56 БГУ 61 БГУ 49 БГУ 62 БГУ 47 БГУ 51

БГУ 52

Изображение 3-43: Потенциал остаточного газа на одну тонну материала на последней фазе (остаток брожения) при 37°C

одноступенч.

многоступенч.

Потенциал остаточного газа при 20-22 °C

газа ]

периодич. действ.

хранилище с газонепрониц. покрытием

остаточного

остаткаброжения

/т

4

Потенциал [нм3CH

БГУ 58

БГУ 26

БГУ 44 БГУ 33

БГУ 34

БГУ 10 БГУ 27 БГУ 25 БГУ 43 БГУ 16 БГУ 30 БГУ 38 БГУ 36 БГУ 18

БГУ 19 БГУ 50 БГУ 49 БГУ 21 БГУ 24 БГУ 09

БГУ 15

БГУ 03

БГУ 06

БГУ 07 БГУ 59 БГУ 14 БГУ 37 БГУ 12 БГУ 28 БГУ 20 БГУ 48 БГУ 45 БГУ 31 БГУ 02 БГУ 39 БГУ 57

БГУ 22 БГУ 53

БГУ 23

БГУ 40 БГУ 13 БГУ 29 БГУ 17 БГУ 05 БГУ 32 БГУ 04 БГУ 56 БГУ 63 БГУ 11 БГУ 41 БГУ 55 БГУ 42 БГУ 01 БГУ 08 БГУ 62 БГУ 35 БГУ 54 БГУ 61 БГУ 52 БГУ 47

БГУ 51

Изображение 3-44: Потенциал остаточного газа на одну тонну материала на последней фазе (остаток брожения) при 20–22 °C

59