Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І. та ін. Біотехнологія
Подождите немного. Документ загружается.
запобігає утворенню кірки та осаду. Використання такого біоре
актора сприяє зменшенню кількості технологічних трубопрово
дів і виробничої площі для розташування установки, а також
знижує капіталовкладення в будівництво. Метантенки з убудо
ваним газгольдером використовують також і в біогазових уста
новках німецьких фірм «ЕнвіТекМалл ГмбХ», «БІОГАЗ верес
емс ГмбХ і КоКГ», «Хенце Харвесторе ГмбХ».
Оригінальну конструкцію біореактора вертикального типу
розробила австрійська фірма «Ентек ГмбХ». Біореактор
«БІМАферментер» (рис. 22.12) має дві камери – головну бро
дильну і камеру дозброджування, які розділені проміжною пе
регородкою. Між собою камери з’єднуються за допомогою вер
тикальної центральної труби із змішуючими лопастями знизу і
змішуючої шахти, розташованої біля бічної стінки біореактора,
а також газового ковпака з автоматичним клапаном. Реактор
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
520
Рис. 22.11. Схема метантенка з вбудованим газгольдером
«КомБіоРеактор» розробки фірми «Ліпп ГмбХ»
(за Ясенецьким В., Клименко В., 2001)
має також завантажувальний трубопровід, з’єднаний з цен
тральною трубою, а також зливний і газовивідний трубопрово
ди, з’єднані з камерою дозброджування. Процес змішування
біомаси в такому реакторі відбувається завдяки перетіканню рі
дини при відборі біогазу.
Біореактори такої конструкції об’ємом від 750 до 1700 м
3
ус
пішно експлуатуються в складі біогазових установок у Нідер
ландах та Австрії. Залежно від виду відходів (комунальні стоки,
суміш відходів тваринницьких ферм з органічними промисло
вими відходами, рідкі відходи переробної галузі) навантаження
цих біореакторів становить від 2,0 до 6,5 кг сухої органічної ре
човини на 1 м
3
об’єму реактора за добу при експозиції зброджу
вання від 6,5 до 30 діб.
Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...
521
Рис. 22.12. Схема біореактора «БІМАФерментер»
(за Ясенецьким В., Клименко В., 2001):
1 — головна бродильна камера; 2 — центральна труба; 3 — камера дозброджу
вання; 4 — лопатевий змішувач; 5 — завантажувальний трубопровід;
6 — зливний трубопровід; 7 — газовий ковпак з автоматичним клапаном;
8 — змішувальна шахта; 9 — газовідвід
Деякі фірми («Новатех ГмбХ», «Шмак Біогаз ГмбХ», «Бор
сіг Енергі») застосовують у біогазових установках реактори го
ризонтального типу (як металеві, так і бетонні) з механічним
перемішуванням біомаси. Деякі з них обладнані також похили
ми шнековими транспортерами для вилучення шламу.
В описаних конструкціях біогазових установок переважно
використовуються стандартні ємності для приймання, нагрома
дження та витримування відходів і зберігання продуктів пере
робки або ці ємності певного об’єму збираються з відповідних
елементів конструкцій. Нерідко це стосується і конструкцій біо
реакторів.
Аналіз технологічних і технічних рішень сучасних біогазо
вих установок у світі показав наступні основні тенденції їх роз
витку:
спрощення конструкцій прифермерських біогазових уста
новок завдяки переведенню їх на психрофільний режим і
компонування серійним обладнанням (стандартні суцільні
або збірні металеві ємності, помпиподрібнювачі, пропелер
ні змішувачі);
розробка високопродуктивних промислових повноком
плектних повністю автоматизованих БГУ для переробки
різних видів органічних відходів;
подальше вдосконалення конструкцій біореакторів, спря
моване на зниження енергоємності процесу перемішування
субстрату і створення оптимальних умов для нагромаджен
ня активної біомаси;
широке застосування біореакторів із вбудованим газгольде
ром, що знижує потреби в технологічних трубопроводах і
виробничій площі;
виготовлення ємностей різного призначення, що входять до
складу БГУ, у тому числі й біореакторів зі збірних елемен
тів, виготовлених з листового або гофрованого металу з ви
сокоякісним антикорозійним покриттям;
зменшення частки біореакторів горизонтального типу у
БГУ;
розробка і широке впровадження при створенні БГУ нових
технологічних рішень, спрямованих на підвищення їх ефек
тивності: післяферментаційне витримування біомаси в до
даткових ємностях, коферментація (ферментація сумішей
різних видів органічних відходів), попереднє перегрівання
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
522
вихідної біомаси (до 79
о
С) з подальшим термостатуванням
у біореакторі тощо.
За умов достатніх інвестицій у науководослідні розробки
та програми, спрямовані на подальший розвиток технологій ви
робництва та утилізації біогазу, уже протягом кількох наступ
них років (починаючи з 2002 р.) очікується підвищення загаль
них європейських біоенергетичних потужностей до 1000 МВт.
22.3.7. Стан виробництва біогазу в Україні
У державній програмі виробництва машин і технологічного
обладнання для сільського господарства України на 1996–2005 рр.
передбачено виготовлення комплектів обладнання для анаероб
ної переробки гною з реакторами від 3 до 3000 м
3
. У сільській
місцевості України експлуатуються та на стадії будівництва
знаходяться близько 20 біогазових установок різної продуктив
ності з реакторами місткістю від 1 до 500 м
3
. Цього вкрай недо
статньо за сучасних потреб країни щодо використання нетради
ційних джерел енергії.
Певний досвід розробки БГУ в Україні мають підприємства
УкрНДІагропроект, «Стелком», «Альтек» та інші, в яких є від
повідна проектнотехнічна документація. Проте, на жаль, з різ
них причин (переважно фінансових) великих БГУ, що їх вико
ристовували б комерційно, наразі в Україні немає.
На великих біогазових установках можна отримати достат
ню рентабельність, організувати механізацію та автоматизацію
процесу анаеробного зброджування, досягти цілорічного спо
живання біогазу.
Нині запропонована концепція, яка передбачає споруджен
ня в Україні насамперед великих біогазових установок (з
об’ємом метантенка від 800 м
3
). Такі установки можуть бути по
будовані на фермах ВРХ з поголів’ям від 600 голів, на свинофер
мах з поголів’ям від 6000 голів, на птахофабриках з поголів’ям
від 200 тис. голів. Для забезпечення рентабельності вміст сухої
речовини у гнойових стоках має становити 8–10 % (8–12 %), а
органічної речовини – 85 %. Це, як правило, забезпечують скреб
кові (транспортерні) системи прибирання гною, і, навпаки, – не
забезпечують системи гідрозмивання та гідросплавлення.
Г. Гелетуха, С. Кобзарь (2001) визначили потенціал гною
(ВРХ, свиней, птиці), придатного для анаеробного зброджуван
ня в Україні (табл. 22.7).
Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...
523
В Кам’янецьПодільському районі Хмельницької області
(Крушневич Т. та ін., 2000) розпочато будівництво біоенерге
тичного комплексу, що має принципово нову технологію мета
нового зброджування посліду птахофабрик і гною великої рога
тої худоби та свиней, яка поляга в додатковій обробці продуктів
зброджування для збагачення і зв’язування азоту (Інститут газу
НАН України, ТОВ «Альтек»). Технологією передбачено ком
примірування, охолодження та очищення біогазу.
Товарний біогаз використовуватиметься як паливо в газо
дизельних електроагрегатах з виробленням електроенергії, а
надлишок біогазу постачатиметься іншим споживачам чи вико
ристовуватиметься для підігрівання води. Для технологічних
потреб енергокомплексу використовуватиметься тепло від
працьованих газів двигунів і тепло системи їх охолодження.
Проведені розрахунки свідчать, що на базі тваринницького
комплексу на 1200 голів великої рогатої худоби можна одержа
ти 65 м
3
біогазу/год, за добу – 1560 м
3
, а за рік – 569400 м
3
. За
теплотворною здатністю ця кількість біогазу еквівалентна від
повідно 42,10 та 367920 м
3
природного газу і 315,4 т дизельного
пального (за рік). З виробленого біогазу можна одержати за рік
1314000 кВт/год електроенергії.
Орієнтовні витрати на створення біоенергетичної установ
ки – $ 246000. Будівництво установки виконано майже на
50 %, але роботи припинені через відсутність фінансування
(рис. 22.13).
Запропонований біоенергетичний комплекс дає змогу
розв’язати такі завдання: забезпечення електроенергією власно
го господарства; підвищення родючості ґрунтів (на 15–25 %);
експорт високоякісного екологічно чистого органічного добри
ва; забезпечення охорони навколишнього середовища; забезпе
чення належного санітарногігієнічного стану ферм.
Велика БГУ побудована на свинофермі компанії «Агро
Овен» у селі Оленівка Магдалинівського району Дніпропетров
ської області (рис. 22.14) в рамках проекту технічної допомоги
уряду Королівства Нідерландів. Обладнання компанії BTG
(Нідерланди), а проектні роботи, шефмонтаж, налаголження і
навчання виконували УкрНДІагропроект, НТЦ «Біомаса».
Установка призначена для переробки 80 т/добу гнойових стоків
зі свиноферми з 15тисячним поголів’ям.
ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії
526
Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...
527
Рис. 22.13. Біоенергетичний комплекс в Кам'янецьПодільському
районі Хмельницької області
(за Крушневич Т., Писарєвим С, Кацинським Б., 2000)
Рис. 22.14. Біогазова установка у селі Оленівка Магдалинівського
району Дніпропетровської області, Україна
(за Гелетухою Г, Кобзарь С., 2001)
Розрахунки дійсні за комплектації БГУ нідерландським
обладнанням. За часткової комплектації установки українсь
ким обладнанням термін її окупності можна знизити принайм
ні вдвічі.
Крім сільськогосподарських підприємств, значний потен
ціал впровадження БГУ мають підприємства харчової (цукрові,
спиртові, молочні заводи, пивоварні тощо), фармацевтичної та
ферментної промисловості, станції обробки каналізаційних
стічних вод, підприємства громадського харчування, ринки, а
також побутові відходи.
Спиртова промисловість України – одна з провідних галу
зей щодо утворення відходів і стічних вод. За даними М. Кошель
та ін. (2002, УкрНДІспиртбіопрод), в Україні нараховується по
над 80 спиртзаводів, на яких протягом року утворюються близь
ко 4 млн м
3
мелясної та 3,6–3,8 млн м
3
зернової барди, а також
близько 8 млн м
3
малозабруднених стічних вод. Мелясна барда
на більшості заводів не утилізується і без очищення разом зі
стічними водами скидається у відстійники, де загниває, забруд
нюючи ґрунтові води і повітря. В той же час на спиртових заво
дах найбільш сприятливі умови для організації виробництва
біогазу: наявні відходи з температурою 40–50
о
С, а також вто
ринні джерела тепла (конденсати, лютерна вода тощо). Усе це
дає змогу організувати виробництво біогазу без витрат одержу
ваного біоенергетичного палива на підігрів середовища у метан
тенках.
УкрНДІспиртбіопрод має досвід проведення метанового
зброджування відходів спиртових заводів, оскільки ще у 1970 р.
на Андрушівському спиртзаводі за їх участю було введено в ек
сплуатацію цех з виробництва кормового вітаміну В
12
, проду
центами якого є метаноутворюючі мікроорганізми. Цех працю
вав понад 20 років (до 1991 р.), виробляючи протягом року
250–300 кг вітаміну В
12
(у перерахунку на хімічно чисту речови
ну) і біогаз, спалювання якого в котлах заощаджувало близько
13–15 % палива, що його споживав комбінат у цілому.
Відходи спиртових заводів є добрим живильним середови
щем для метаноутворюючих бактерій. Вихід біогазу при збро
джуванні 1 м
3
цих відходів становить 28–30 м
3
. На одному
спиртзаводі середньої потужності можна одержати за добу
24 тис. м
3
газу, а за рік – близько 6 млн м
3
. Спалювання біогазу
дасть змогу заощаджувати близько 4800 т умовного палива на
Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...
529