Барбара Эдер, Хайнц Шульц. Биогазовые установки. Практическое пособие

Подождите немного. Документ загружается.

вещества от приблизительно 250 центнеров/га и даже при плохих условиях при

достаточном количестве осадков имеет преимущество перед кукурузой. В качестве

лучших культур для первого урожая выступают озимые зерновые. Ячмень, рожь и

тритикале имеют свои преимущества перед пшеницей из-за ранней зрелости.

В этом направлении сельскхозяйственные исследования находятся еще в

своей начальной стадии. Стоит рассчитывать на то, что благодаря селекционной

работе удастся достичь существенного повышения потенциала образования

биомассы.

Одним из многоих примеров чередования энергетических культур при

севообороте является то, что показано на Изобр. 3.8.

Моноброжение и энергетические растения

Возможно ли использование для брожения одного единственного сорта

растений (например только кукурузы или только трав) без дополнения гноем в

долгосрочной перспективе, тема спорная среди экспертов. Прежде всего те, кто

сами на практике занимаются брожением одних и тех же видов - кукурузы или

травяного силоса, считают моноброжение ограниченным. Они считают, что

односторонний состав питательных веществ приводит к недокармливанию бактерий.

Кроме того быстрая разлагаемость энергетических растений приводит к

образованию неблагоприятных условий среды обитания для

метанообразовывающих бактерий, что может вызвать даже коллапс процесса.

Моноброжение, по мнению экспертов, возможно лишь при малой загрузке

бродильной камеры или при применении двухступенчатой системы, а для

долгосрочного использования всегда требуется добавление микродоз питательных

веществ или гноя.

Большинство действующих установок работают насмеси субстратов,

состоящей из множества компонентов, и те из них, которые действительно

практикуют моноброжение , практикуют его как правило не дольше 2 лет и как

минимум при запуске использовали «порцию гноя». До тех пор, пока можно

отказаться от использования гноя и бактерии привыкнут к моносубстрату, время

брожения в пять раз дольше обычного. Почти все эксперименты, извесные нам до

последенего времени, не давали лучших результатов.

Выращивание разнотравия, смешивание субстратов

Под выращиванием разнотравия имеется ввиду совместное выращивание

двух и более разных основных видов культур. Преимуществами такого метода

являются:

• Подавление роста сорняков

• Стабильный и повышающийся урожай

• Экономия средств предприятия

• Требуемое либо повышенное качество

• Эффективное использование питательных веществ и природных условий

На сегодняшний день существует очень мало опыта по использованию техники для

выращивания разных сортов трав. Наибольший опыт работы с такими смешанными

полями имеют предприятия работающие по принципу экологического ведения

хозяйства.

Сейчас практикуют совмесное выращивание кукурузы и подсолнечника

(Изобр. 3.9). Поскольку кукруза содержит немного жира (2-3% сухого вещества), то

его количество пытаются повысить путем одновременного выращивания

подсолнечника, тем самым повышая производство биогаза. Однако сам по себе

подсолнечник тяжело силосовать, поэтому комбинация с легко силосующейся

кукурузой является очень удачной. В общем то ничто не препятствует создавать

такие оптимальные с энергетической точки зрения смеси уже непосредственно при

наполнении ферментатора. Компания «Евралис Заатен» для обобщила некоторый

опыт выращивания смеси кукуруза-подсолнечник и вот что из этого получилось:

• Посев в конце апреля

• Использовать пневматические посевные машины для свеклы или кукурузы и

вырывать маленькие ямки для посадки подсолнуха

• Расстояние между рядами 75 см; 8-9 растений/м2 для посева обеих видов

• При посадке смешанных культур 4 ряда кукурузы + 4 ряда подсолнуха необходимо

чтобы кукуруза составляла на 10% больше, чтобы она оставалась основной

культурой.

• Сдабривать посадочный грунт необходимо только для кукурузы

• Зрелость достигается, если листья подсолнуха начинают увядать, но початки и

стебель еще желтые;

• Резать растения на солому необходимо очень мелко.

Опыты по выращиванию, проведенные фирмой «Евралис» также показывают,

что общая масса сухого вещества с га при смешанном выращивании кукурузы и

подсолнуха была ниже, чем при отдельном выращивании кукурузы, в то время как

выход метана с га был на 10% выше чем при отдельном выращивании кукурузы

(Taбл. 3.6). Это значит, что таким образом

не всегда можно оптимизировать

производимость сухой массы.

Можно оптимизировать рацион также путем подбора содержащихся веществ.

В настоящее время проводятся исследования по силосованию целого растения

рапса, это делается также с целью повышения содержания жира в рационе (LFL,

Бавария).

Чтобы получать стабильный и надежный урожай также в засушливые годы,

проводились исследования по совмесному выращиванию кукурузы и проса

(Изображение 3.10). В благоприятные для роста кукурузы года доминировала

кукуруза, в засушливые года главную роль по производству биомассы брало на себя

просо.

В целом здесь еще существует потребность в проведении дальнейших

исследований. Фермеры вынуждены сами проводить эксперименты. В будущем

однако для энергетических растений не будет иного пути кроме как через

оптимизацию урожайности и содержания полезных веществ для рациона.

Брожение барды от сельскохозяйственных винокурен

Хотя барда является чистого вида отходом, но при брожении барды от

сельскохозяйственных винокурен вместе с другими возобновляемыми видами

сыръя она попадает под дотации для энергии из возобновляемых источников, что

являет собой оптимальное сочетание между сельскохозяйственным производством

алкоголя и производством биогаза.

Барда является отходом при производстве алкоголя. В зависимости от исходного

материала, из которого производят алкоголь, разделяют зерновую, картофельную

или фруктовую барду. Барда отличается очень низким содержанием сухого

вещества, ниже 5%. Из m3 такого субстрата поэтому получается более низкий выход

газа, при одновременной потребности наличия большого ферментатора. На

килограмм органического сухого субстрата выход метана будет от 250 до 350

литров, что соотносимо с выходом от возобновляемых источников энергии.

Поскольку она легко разлагается, то в анаэробных условиях очень быстро

образовывается переокисленная среда. Поэтому при чистом использовании барды

необходимо прибегнуть только к двухступенчатой технологии, чтобы не перегружать

метановые бактерии. При коферментации с другими сельскохозяйственными

субстратами (преимущественно одноступенчатым методом) их нужно тщательно

отбирать, но из-за высокого содержания воды хорошо подходит материал с

большим содержанием сухого субстрата.

Если проанализировать, что из 900 спиртовых производств закрытого типа в

Германии, 880 производят менее чем 700 м

в год, тоесть являются очень

маленькими спиртзаводами и 70% ферментационного алкоголя производится на

сельскохозяйственных спиртзаводах, можно сделать вывод, что здесь еще зарыт

огромный неиспользованный потенциал для сельскохозяйственного производства

биогаза. Предприятие в Гут Хюлле, недалеко от Гаутинга возле Мюнхена уже

реализовало именно эту выгодную комбинацию от производства алкоголя для

горючего и производства биогаза. С уверенностью можно сказать, что скоро

появится и много других их последователей.

Содержание тяжелых металлов (в мг/кг СВ) в органических отходах и граничные показатели по

классификации для очистных сооружений

Субстрат Pb Zn Cd Cr Cu Ni Hg

Навоз скота 7 230 0,3 - 0,5 8 38 6

Навоз свиней 7-18 700- 200 0,5 - 1,8 2-14 250-760 11-32,5

Биоотходы 88-105 0,3 - 0,6 7-25 14-21 5,5-10

Отбеливающая земля

(глина)

3 60 5 2 4 0,02

Отходы кожи после

разрезания

5 14 <0,1 1,4 3 1,2 <0,1

Чайная барда 26 166 <0,1 21 156 15 < 0,1

Жир 76 205 <0,1 37 34 15 0,04

Пивная барда 0,3-1 76-138 0,1-0,2 0,5-16 5,5-15 0,5-16

Яблочные выжимки 3,4 6,7 0,3 1,6 7,8

Виноградная барда 75 0,5 5 150 2,5

Прессованный жом 86 1,35 16,9 16,6 7,7 0,04

Полова 18,6 240,7 0,15 5,1 9,3 5,8 0,16

Шлам очисных

фильтров

900 2500 10 900 800 200 8

Проба грунта

очисных сооружений

100 200 1,5 100 60 50 1

Биоотходы остатки

брожения 201 СВ/(га

на 3 года)

150 400 1,5 100 100 50 1

Биоотходы 20 т

СВ/(га на 3 года)

100 300 1 70 70 35 0,7

Биоотходы грунт

глина

100

200 (150

при pH< 6)

1,5 100 60 70 1

Биоотходы грунт

суглинок

70 150 1 60 40 50 0,5

Таблица 3.7: Содержание тяжелых металлов в органических отходах и граничные

показатели по классификации для очистных сооружений.

Органические отходы

Характеристики субстратов

Органические отходы принципиально подходят для брожения и

коферментации в сочетании с экскрементами животных. Особенно для очень

односторонне с точки зрения веществ составленных субстратов, состоящих из

ферментирующихся в отдельности субстратов – так называемые

моносубстраты,

как например глюкол от промышленной переработки, для стабильной ферментации

рекомендовано использовать навоз как „базовый субстрат". Существенным

условием именно для брожения моносубстратов является полное обеспечение

сложного комплекса микроорганизмов всеми необходимыми для жизни

питательными веществами и микроэлементами (сравн. Таблицу 2.3).

Косубстраты приводят к зменениям в составе бродильного субстрата,

особенно что касается содержания

сухого вещества, питательных веществ и

вредных веществ. При брожении вредные вещества не играют, как правило, никакой

важной роли, однако они имеют значение позже при использовании удобрения.

Содержание питательных и вредных веществ

Содержание питательных и вредных веществ необходимо указывать уже при

планировании установки и перед решением о использовании того или иного

органического отхода или отброса, необходимо также требовать такие данные

анализов при получении заказа. Если не брать во внимание исключений (например

спиртовая барда, пивная дробина и др.), то вредные и питательные вещества в

отходах, в зависимости от их происхождения, могут очень отличаться. Для

ориентации можно взять данные в Таблице 3.7 и 3.8. В целом действует правило,

что содержание примесей и вредных веществ тем выше, чем интенсивней

перерабатывалось сыръе или чем невнимательней проводился раздел отходов.

Поскольку история возникновения отходов имеет существенное влияние на

содержание примесей и вредных веществ в них, соответственно полезно было бы

проследить весь процесс переработки. Если напрямую отнять причину

(расчленение, консервирование и так далее.), то состав и «чистота» отходов будут

очень стабильными по своим характеристикам.

Оценочные характеристики органических отходов (отдельные исследования)

KW *)

СВ

% от

oСВ

% от

общ.

Фосфат K

O Сырой

протеин

% от

Сырой

жир

% от

Клетча

тка

% от

гр/кг

Субстрат

СС СС гр/л гр/л гр/л СС СС СС СС

Биоотходы 60-75 30-70 0,6-2,7 0,2 - 0,4 0,4-2

Отходы кухни 0,6 - 2,2 0,3-1,5 0,4-1,8

Отходы сада и

лугов

0,3-2 0,1 -2,3 0,4 -

3,4

Коммунальные отходы

Укос парковых

лужаек

Экстенсивный укос

с пастбищ

6,7

2,9

0,7

0,6

4,2

5,3

4,2

1,8

Содержание

желудка

17 16 5,8 3,8

Флотационный

шлам

12 11 6,0 45

Отходы боен

Флоккуляционный

шлам

5 13 5,9 3,8 0,1 84,5

Отходы

агропромышленн

Сепарированный

жир

Отбеливающая

земля

Обрезки кожи

40 93

39 19

3,3 0,9

6,9

5,1 2,7 386 140

Мездра (отходы

кожи, идущие на

варку клея)

22 80

Полова злаковых 86 80 13,0 2,3 9,5 22

Отходы чистки

картофеля

22 18 4,5 2,8 0,1 0,4

Картофельный мусс 20 18 4,8 3,0 0,2 1,0

Картофельная

пульпа

Картофельная

барда

16 7 15 6 1,4 3,9 0,05 1,8 0,9 2,4 0,1

0,03

4,4 0,6

Фильтрат из

дрожжевой воды

5 1,8 1,1

Отходы пищевой промыщленности

Отходы дрожжевой

мелассы

72 60 41,4 1,8 57,5 25,9 0,4 0,4

*) киловатт = очищенная нефть = S твердые жиры и растительные жиры; СС = свежий субстрат

Таблица 3.8: Оценочные характеристики органических отходов (отдельные

исследования).

Отходы продуктов питания и биоотходы, напротив претерпевают сильные

сезонные колебания в зависимости от происхождения и могут содержать большее

или меньшее количество примесей и вредных веществ. Если речи идет о

внутренностях рыбы, упакованных отходах, консервах или биоотходах, то

целесообразно договориться о возврате отсортированных примесей

через

Отраслевое объединение по переработке отходов или даже возврате

производителю отходов и включить издержки на утилизацию в расчеты

рентабельности с целью их покрытия. При определенных обстоятельствах бывает

что брожение такого субстрата оказывается невыгодным.

Возникающие вследствии коферментации расходы за перевозку питательных

веществ должны быть отображены в производственном балансе питательных

веществ (баланс

двор-ворота предприятия) чтобы сравнить с допустимым годовым

максимальным количесвом основных питательных веществ, которые допускается

вывозить на используемые сельскохозяйственные поля (смотр. Раздел 3.5).

В производствах с высоким поголовъем большого рогатого скота по причине

содержания питательных веществ в отходах, коферментация возможна лишь при

тех обстоятельствах, если питательные вещества будут обратно забираться в

форме компоста или согласно договоренности между предприятиями о

использовании переброженного гноя. По такой же модели необходимо организовать

вывоз вредных веществ.

Если утилизацию отходов можно организовать в рамках, дозволенных

действующим законодательством, то важно получить для этого все необходимые

разрешения от государственных органов (сравн. Раздел 7).

Конракт о утилизации

При переработке отходов, эксплуатация происходит в очень чуствительной к

изменениям окружающей среде, для которого постоянно растут требования к

регулированию. Она должна гарантировать соответствующую, отвечающую

правовым нормам утилизацию. Необходимо также урегулировать юридическую

ответственность и четкое разделение обязанностей.

Контракт об утилизации – договор частного права (договор подряда, Таблица

3.9). Поскольку работы с отходами попадают под действие многочисленных норм

публичного права, кроме того многие вопросы регулируются гражданским правом, то

и это необходимо учесть в контракте о утилизации.

Содержание контракта о утилизации

Адреса

Заказчик, подрядчик

Предмет контракта

Утилизация и в отдельных случаях вывоз

отходов; определение максимально допустимого

содержания вредных веществ

Вывоз

Определение вида вывоза и танспорта

Вознаграждение и изменения в оплате

Определить форму оплаты

Ответственность

Ответственность, которую берет на себя

подрядчик

Срок действия контракта и его разрыв

Условия, ведущие к окончанию контракта

Нарушение условий контракта

Если одна из сторон договора не выполняет

своих обязательств, то предусматриваются

определенные меры

Изменения контракта

Если изменяются рамочные условия, то контракт

должен быть изменен соответствующим образом

Третье лицо в качестве субподрядчика

Подрядчик имеет право получать выполнение

работ третей стороне

Условия конфиденциальности

Права доступа

Необходимо обеспечить доступ к резервуарам

Юрисдикция

Суд первой инстанции, по месту регистрации

подрядчика

Арбитражная оговорка

Привлечение арбитражного суда в случае

разногласий, связанных с контрактом

Оговорка о поправках

Все изменения проводятся в письменном виде,

если отдельные разделы прекращают свое

действие, то должен быт найден путь их

правового регулирования

Таблица 3.9: Содержание контракта о утилизации

Например, согласно обязательствам по утилизации, как это изложено в

законодательстве о отходах, обязанности по утилизации возлагаются (организация

или владелец/производитель отходов). Это значит, что в рамках контракта о

утилизации уполномоченные фермеры являются инструментом для реализации

планов по технической утилизации. Итак обязанность по утилизации сохраняется

если:

• привлекается третья сторона;

• конечная ответственность при возникновении несчастного случая или за

несоответствующую утилизацию возложена на третъю сторону;

• имеется материальная собственность, имеющая отношение к производству

отходов.

Это значит, что например в случае аварии, при которой пострадают грунтовые воды

или сосед, государственные органы правопорядка в первую очередь обратятся к

фермеру, как

причине аварии. Однако если имущества фермера окажется не

достаточно чтобы устранить издержки, вызванные несчасным случаем, то

государственный орган обратиться к производителю отходов.

Выход газа из органических отходов

Субстрат СВ

% от ТВ

oСВ

% СВ

общее

% СВ

Фосфат

% СВ

Выход

биогаза

л/кг oСВ

Содерж

аниеCH

Биомусор 60-75 50-70 0,6 - 2,7 0,2 - 0,8 0,4-2 150-600 58-65

Коммунальны

Отходы кухни 9-37 80-98 0,6-5 0,3 -1,5 0,4-1,8 200-500 45-61

Отходы Укос парковых

лужаек

12-21 82-92 2-6,7 0,7-2 4,2 550-680 55-62

Отходы с рынка 28-45 50-80 0,6-3 450 62