Исследование способов перемешивания в метантенках
Библиографическое описание:Шаяхметов, Р. Г. Исследование способов перемешивания в метантенках / Р. Г. Шаяхметов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2010. — № 12 (23). — Т. 1. — С. 43-45. — URL: https://moluch.ru/archive/23/2409/ (дата обращения: 10.04.2023).
Метантенк – это железобетонный резервуар значительной ёмкости для биологической переработки (сбраживания) с помощью бактерий и др. микроорганизмов в анаэробных условиях (без доступа воздуха) органической части осадка сточных вод.
Метантенки служат для обеспечения свойств стабильности (незагниваемости) осадка при длительном его хранении либо обезвоживании в естественных условиях. Одновременно решается задача подготовки осадка к внесению в почву, так как после сбраживания усвоение элементов осадка растениями улучшается. Распад органических веществ протекает в 2 фазы. В первой фазе из углеводов, жиров и белков образуются жирные кислоты, водород, аминокислоты и пр.
Биологический процесс трансформации органических веществ при сбраживании осуществляется комплексом микроорганизмов, ведущая роль в котором принадлежит группе метанообразующих бактерий. Культивирование микроорганизмов этой группы представляет основную задачу службы эксплуатации. Устойчивый ход процесса обеспечивается выполнением ряда режимных параметров, важнейшими из которых являются нагрузка, сохранение и воспроизводство биомассы, условия перемешивания и поддержания температуры бродящей массы.
Различают мезофильное (при температуре 30—35 °С) и термофильное (при температуре 50—55 °С) сбраживание. При термофильном сбраживании процесс распада проходит быстрее, но сброженный осадок хуже отдаёт воду. Смесь газов, выделяющихся при сбраживании, состоит преимущественно из метана (до 70%) и углекислого газа (до 30%), и именуется общим понятием «биогаз».
Биогаз является высококачественным и полноценным носителем энергии и может многосторонне использоваться как топливо в домашнем хозяйстве и в предпринимательстве для приготовления пищи, производства электроэнергии, отопления помещений, кипячения, сушки и охлаждения.
Биогаз используют в качестве топлива для производства электроэнергии, тепла или пара, а также в качестве автомобильного топлива. Среди промышленно развитых стран ведущее место в производстве и использовании биогаза по относительным показателям принадлежит Дании. Биогаз составляет до 18 процентов общего энергобаланса этой страны. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия, здесь их 8 миллионов. Вообще не менее половины птицеферм Западной Европы отапливается биогазом.
А в Индии, Вьетнаме, Непале и других развивающихся странах строят малые, односемейные биогазовые установки. Получаемый в них газ используется для приготовления пищи. Больше всего малых биогазовых установок в Китае. Еще в конце 1990 годов их там насчитывалось более 10 миллионов. Ежегодно все это оборудование производит около 7 миллиардов кубометров биогаза, что обеспечивает топливом примерно 60 миллионов крестьян. В конце 2006 года в Китае действовало уже около 18 миллионов биогазовых установок.
Рис.1 Блок-схема типовой биогазовой установки
Перемешивание осадка осуществляется с целью выравнивания его состава (как средство борьбы с расслоением массы, образованием корки, равномерным распределением свежего осадка, ликвидации градиента температуры в процессе подогрева). Местные переуплотнения осадков до влажности порядка 90 % приводят к ухудшению выхода газа из микрообъемов, торможению брожения продуктами метаболизма микроорганизмов и т. п. явлениями. Длительность и интенсивность перемешивания выбирают по условиям загрузки и выгрузки осадка, предпочитая проводить загрузку и выгрузку в условиях вытеснительного режима (во избежание проскока несброженного осадка), а подогрев бродящей массы — при интенсивном перемешивании.
Для увеличение объёма образовываемого биогаза процессы сбраживания в метантенке необходимо интенсифицировать.
Эффективность перемешивания биомассы в биореакторе — один из основных параметров, влияющих на работу биогазовой установки.
Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использования всего объёма метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения песка и образования корки, выравнивания температурного поля. Также перемешивание способствует выравниванию концентраций метаболитов, образующихся в процессе брожения и являющихся промежуточными субстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, а также концентрации токсичных веществ, содержащихся в загружаемом осадке, поддержанию тесного контакта между бактериальными ферментами и их субстратами и т.
Перемешивание ила в метантенке может осуществляться несколькими способами (рис. 2):
– гидроэлеваторами, в которых рабочей жидкостью служит осадок, подаваемый насосом из нижней зоны метантенка;
– пропеллерными мешалками (в вертикальном направлении), которые размещаются в центральной трубе в середине метантенка;
– насосами без гидроэлеваторов;
– рециркуляцией газов брожения при помощи компрессоров;
– при помощи устройств для подогревания осадка (паровыми инжекторами). Одновременно происходит подогрев содержимого метантенка острым паром.
Для перемешивания биомассы в метантенке часто используются механические мешалки. Подобные мешалки достаточно эффективны в небольших реакторах при переработке тяжелых субстратов. Однако если используются субстраты с малой вязкостью, да к тому же содержащие мало веществ, склонные к осаждению или образованию плавающей корки, то механические перемешивающие устройства применяют и в относительно крупных реакторах.
Конечно, механические мешалки наиболее практичны для простых небольших биогазовых установок, используемых в индивидуальных хозяйствах. В качестве такой мешалки может служить, например, обычный вал с лопатками, приводящийся в движение «от руки».
Недостатком такого способа является его малая интенсивность, однако, она вполне оправдана отсутствием энергозатрат.
Рассмотрим гидравлические способы перемешивания. Общим приемом для установок подобного типа является забор жидкости с поверхности массы и нагнетание ее в более глубокие слои. Содержимое крупных реакторов, особенно цилиндрической формы, перемешивают с помощью потоков (струй) жидкости, поступающей в реактор. Различие гидравлических способов состоит в способе нагнетания. Простейший способ —непосредственное перекачивание насосом (Рис. 3а).
Рис.3. Конструкции метантенков с различными системами гидравлического перемешивания.
А –Метантенк с простым механическим перемешиванием, Б – Метантенк с выносными циркуляционными трубами, В- метантенк с газовым перемешиванием и нижним размещением форсунок, Г – метантенк с газовым перемешиванием и верхним размещением форсунок.
Более сложные конструкции оборудованы выносными циркуляционными трубами, в которых установлены мешалки (Рис. 3б)
Распространены также газовые способы, когда часть выработанного газа откачивается из реактора, сжимается компрессором и нагнетается в аппарат для организации барботажа.
Газ может нагнетаться через дно, боковую стенку или купол. Каждый из этих способов имеет определенные недостатки. При размещении форсунок в дне резервуара или в нижней части боковой стенки (Рис. 3в), невозможным представляется их ремонт и замена без остановки и осушения реактора. При верхнем размещении оборудования (Рис. 3г) утяжеляется купол и усложняется его демонтаж.
Однако, газовые способы являются наиболее эффективными, потребление энергии при этом меньше, чем у гидравлических устройств.
Итак, способы перемешивания без приложения энергии применимы для малых биореакторов, в то время как остальные могут служить и для средних. Возможность, и, в особенности, необходимость установки перемешивающего устройства определяется, в первую очередь, целевым продуктом, требованиям к продуктивности и бесперебойности подачи газа.
Литература:
1. Л.И. Гюнтер, Л.Л. Гольдфарб. Метантенки.– М.: Стройиздат, 1991. – 128 с.: ил.; 22см. – (Охрана окружающей природной среды). – ISBN 5274003230: 1.90 р.
2. Баранова И.Г., Мелай Е.С. О перемешивании биомассы, как методе повышения продуктивности метантенка НТУУ «КПИ»
3. В.Д.Дмитриев, Д.А. Коровий, А.И. Кораблев, Г.П.Медведев и др. «Эксплуатация систем водоснабжения, канализации и газоснабжения» Справочник – Стройиздат, Ленинградское отделение, 1976
4. http://ws-54.ru/page/site-map/
5. www.ntpo.com
Основные термины (генерируются автоматически): установка, Непал, углекислый газ, содержимый метантенк, сбраживание, реактор, производство электроэнергии, приготовление пищи, перемешивание осадка, образование корки, боковая стенка, миллион, мешалка, Метантенк, малый, Китай, газовое перемешивание, ведущее место, бродящая масса.
Определение энергетической эффективности
метантенка…– камеры сбраживания (реактор, ферментатор, метантенк)
Рис. 2. Цели перемешивания в метантенке. Целью исследования было определение энергетической эффективности метантенка.
Эффективность использования биогазовой
установки…Разрушение плавающей корки и осадка связано с большими затратами (рис.2).
Рис. 4. Установка для получения биогаза из местных отходов сельскохозяйственного производства: 1-солнечный коллектор; 2- расширительный бак; 3-метантенк; 4- задвижка; 5-жидкость; 6-слив…
Эффективность гидравлического
перемешивания при различных…В результате доказано, что предлагаемое в работе расположение обеспечивает лучшее перемешивание и предотвращает свободную поверхность смеси от образования корки.
Гюнтер Л. И., Гольдфарб Л. Л. Метантенки.
Технология сжигания твердых бытовых отходов
В камере дожига имеет место высокоэффективный катализатор, основной задачей которого
Когда плазма остывает, начинают происходить реакции с образованием простых нетоксичных газов — СО2, Н2О.
4) Сокращение объема отходов более чем в 10 раз, массы — в 3 раза.
Экологические аспекты применения возобновляемых источников…
Даны экологические параметры работы и эмиссия различных электростанций по циклу производства электроэнергии, штрафной
На ГеоТЭС не происходит сжигания топлива, поэтому объем токсичных газов, выбрасываемых в атмосферу, значительно меньше, чем на…
Эффективные станки для обработки композитных материалов от.
..Основной недостаток этого метода – образование большого количества пыли.
Мехатронные высокоскоростные и высокоточные станки содержат специальный узел для обработки (шпиндель).
Сам процесс подразумевает перемешивание сложных трехмерных элементов…
Совершенствование процесса получения метионина
В данном процессе необходимо интенсивное перемешивание реакционной смеси, вследствие возможного выпадения в осадок метионина в
Он представляет собой сосуд с мешалкой, под которую через трубу барботер подается газ (рис. 1) [3]. Рис. 1. Реактор с мешалкой в…
Влияние конструкций циркуляционных устройств на…
Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использования всего объёма метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения песка и образования корки.
..
Исследование адсорбционной очистки сточных вод…
Анализ шлама методом газовой хроматомасс-спектрометрии с электронной ионизацией на масс-спектросметреDFS производства «ThermoFisherScl.
Опыты проводили при комнатной температуре 25°С, время взаимодействия составляло 3 часа при постоянном перемешивании.
Метантенк для биогазовой установки, загрузка реактора
Метантенк представляет собой железобетонный резервуар для сбраживания органических отходов и биологического осадка сточных вод. Название «метантенк» резервуар получил благодаря комбинации из двух слов: метан (наиболее выделяемый при брожении органики вид газа) и «tank» (по английский — «бак» или «резервуар»). Метантенк также имеет другие названия: «анаэробный реактор» и «биореактор».
Процесс переработки биологического материала в метантенке осуществляется с помощью естественных микроорганизмов, присутствующих во всех органических отходах.
В результате саморазложения органической массы выделяется полезный биогаз. Для лучшего газообразования брожение протекает без притока свежего воздуха (анаэробное условие). Полученный в метантенке биогаз используется для как для промышленных нужд, так и для коммунально-бытовых целей.
Резервуар для биогазовой установки
Метантенк — это важная часть биогазовой установки. Его герметичный резервуар выполняет сразу две полезные функции: выработка биогаза и утилизация отходов. В отличие от классических мусоросжигательных устройств, биореактор не производит выбросов в атмосферу парникового газа (метана). Тем самым, биореактор вносит свой вклад в борьбу с глобальным потеплением.
Истощаемость запасов газовых месторождений приводит к постепенному подорожанию столь важного для экономики ресурса. Все чаще промышленные предприятия и фермерские хозяйства переходят на собственный бесплатный биогаз. Особенно это выгодно при газификации удаленных хозяйств.
Качественный биореактор отличается хорошими эксплуатационными свойствами и высокой производительностью.
К примеру, тонна коровьего навоза в метантенке производит до 65 м3 биогазовой смеси с 60%-ной концентрацией метана. А тонна растительной биомассы способна производить от 150 м3 (трава) до 500 м3 (силосная кукуруза, водоросли) биогаза с концентрацией метана до 70%. Наибольшую же генерацию газа в биореакторе показал жир — 1300 м3 с концентрацией метана 87% на одну тонну жировой массы.
При расчете выхода биогаза принято использовать два химических термина: сухое вещество (СВ или TS) и сухой остаток (СО). Вода является обязательным компонентом для разжижения биомассы, но в химическом процессе газообразования она не участвует. Практические исследования показали, что 1 кг СВ дает от 300 до 500 литров (0,3-0,5 м3) газовой смеси.
Метантенк в водочистных установках
В биогазовой установке биореактор выступает как самостоятельный объект, вокруг которого выстраиваются вспомогательные элементы общей конструкции. Однако метантенк способен применяться и в качестве неосновного элемента.
В городской водоочистительной системе метантенк является одним из вспомогательных звеньев в цепочке водоочистительных сооружений. Этот герметичный резервуар принимает жидкий осадок из первичных отстойников и излишний активный ил из резервуаров для вторичного отстоя. В свою очередь активный ил образуется из крупных частиц сточной жидкости, не удержанных первыми эеротенками-отстойниками.
Технология сбраживания в метантенках требуют в течение суток производить равномерную загрузку осадка в резервуар. При этом важными параметром для изначальных расчетов является выбранная температура для работы анаэробного ректора. От температуры зависит скорость бродильного процесса и производительность метантенка. Выделяют три температурных режима для брожения:
- Психрофильный режим (до 20°C). Характеризуется низкой производительностью и малыми энергозатратами на поддержание температуры.
- Мезофильный режим (от 25 до 45°C). Средняя производительность при средних затратах энергии.
- Термофильный режим (от 50 до 65°C).
Высокая производительность при значительных энергозатратах.Температурные режимы активируют определенные группы бактерий, разлагающих биомассу с разной интенсивностью. На практике термофильный режим признан оптимальным для биореактора. Он применяется и в метантенках водоочистных сооружений, и в биогазовых установках на фермах.
Высокая производительность при значительных энергозатратах.Температурные режимы активируют определенные группы бактерий, разлагающих биомассу с разной интенсивностью. На практике термофильный режим признан оптимальным для биореактора. Он применяется и в метантенках водоочистных сооружений, и в биогазовых установках на фермах.Параметры вместимости
Параметры вместимости метантенка для очитки городских сточных вод зависят от объема ежесуточно загружаемой в резервуар дозы осадка (или смеси осадка с илом) и от показателя влажности, типичной для этой жидкой биомассы (см. табл. 1). А расчет габаритов биореакторадля осадков от производственных сточных вод определяется на основе экспериментальных данных.
Под действием специальных анаэробных бактерий подготовленная биомасса (смешанная, разжиженная) проходит три стадии анаэробного брожения (см. табл. 2). Конечным продуктом является смесь газов, которая после очистки и постобработки готова для поставки потребителю. При этом эффективность выработкибиогаза зависит от технологии и от химико-физических свойств биомассы.
К технологическим факторам влияния на газообразование относят следующее:
- Доза загрузки в резервуар осадка и его концентрация.
- Выбранный температурный режим и отсутствие скачков температуры (сверх допустимой нормы).
- Способ загрузки-выгрузки.
- Выбранная система перемешивания.
К природным же свойствам биомассы относят её химический состав, объем, плотность и скорость распада присутствующих в ней органических веществ.
Загрузка реактора биоматериалом
Работу с биореактором для фермерского хозяйства можно условно разделить на следующие стадии:
- Органический материал загружают в открытые емкости для подготовки.
- Для нужной концентрации и влажности биомассу разжижают водой или уплотняют новой порцией органики.
- Полученную массу тщательно перемешивают.
- Подготовленную органическую массу помещают в герметичный метантенк для бескислородного разложения. Технологический принцип газообразования в метантенке представлен на рис. 1.
1.Если же метантенк обслуживает водоочистные сооружения, то способ подачи органики не может осуществляться вручную. Осадки сточных вод и активный ил из вторичных отстойников чаще всего поступают по прямоточной схеме (рис 1). Вспомогательные конструкции регулируют периодичность подачи доз свежего осадка с илом или подачу с короткими перерывами. Одновременно с самотечной загрузкой свежей органики происходит выгрузка накопленной бесполезной массы.
В осадках сточных вод содержится значительная часть неорганических частиц (песок). Песчинки не участвуют в газообразовании, но при этом также попадают в резервуар. Песок тяжелее по весу, чем органика, и неизбежно оседает на дно. Поэтому окно выгрузки с соответствующими отводящими трубами расположены в самом низу резервуара. Подача же свежей биомассы производится сверху. Окна подачи и выгрузки размещаются на максимально возможное расстояние друг от друга. Это предотвращает засасывание в нижние «мусорные» трубы поступающей свежей органики.
Конструкция прямоточных метантенков экономит теплопотери при подаче-разгрузке биомассы и предотвращает резкое падение температуры в резервуаре от залповой подачи холодной биомассы.
Коррекция газового давления
Биогаз выделяется с поверхности биомассы неравномерно. Согласно законам физики, в закрытом резервуаре метантенка образуются области разного давления газа. В результате такой «динамичный» газ не годится для подачи потребителю под стабильным давлением. Поэтому для выравнивания газового давления к газопроводным трубам часто пристраивают тупиковые ответвления с накопительными емкостями — газгольдеры. В дословном переводе с английского, «газгольдер» означает «сдерживатель газа». Помимо статичных газгольдеров, прием газа из биореактора может осуществляться с помощью «мокрого» газгольдера. Такой тип «газового сдерживателя» представляет собой колокол, помещенный в мини-резервуар с водой и соединенный с газопроводной трубой. При избыточном давлении газа колокол медленно выталкивается из воды, разряжая тем самым общее давление в системе.
Когда газовое давление ослабевает, колокол погружается обратно в воду.
Современная конструкция мокрого «газгольдера» отличается от классического варианта. Она может иметь динамичные звенья, выдвижные части, гидравлические затворы, направляющие с верхними и нижними роликами. Колокол является верхней частью выдвижной конструкции газгольдера, а нижние её части называют телескопами. Когда колокол всплывает к максимальной верхней точке над поверхностью воды, он сцепляется с погруженной частью телескопа. Газ начинает выталкивать из воды тело телескопа вместе с колоколом, который оказывается уже над поверхностью воды. Телескопических частей может быть несколько, и при повышении давления они по очереди выходят друг из друга. При уменьшении газового давления все телескопические части «складываются» в обратном порядке. Тем самым достигается стабильное давление в сети. Если необходимо усилить удерживаемое давление, то к колоколу присоединяют утяжеляющие его вес грузы.
Размер и форма резервуара
Размер и форма резервуара метантенков зависит от специфики задач, которые решает этот анаэробный реактор.
Габариты метантенка фермерского хозяйства существенно отличаются от размерных параметров биореактора, обслуживающего санитарные потребности целого города.
Крупные очистные станции используют индивидуальные проекты конструкций метантенка, с заложенным полезным объемом резервуара до 8000 м3. К примеру, очистная станция в английском городе Могден имеет объем биореактора около 3800 м3, а в американском Детройте резервуар метантенка вмещает 8500 м3.
Для малых же хозяйств разработаны типовые проекты биореактора диаметром до 20 метров и с полезным объемом от 2 м3. С помощью подобных бытовых метантенков можно утилизировать органические отходы, отапливать близлежащие дома и напрямую использовать биогаз для бытовых нужд. А пристроенные к биореактору газовые электрогенераторы позволяют вырабатывать собственную электроэнергию.
Самая оптимальная форма для рабочей части небольшого метантенка — сферическая. Она идеальна для удержания тепла. Небольшие метантенки для приусадебного хозяйства часто возводят именно в форме полусферы.
Однако придание подобной формы крупному резервуару является крайне сложной инженерной задачей. Поэтому резервуары больших биореакторов часто проектируют в упрощенной цилиндрической форме. К примеру, конструкция метантенков Курьяновской станции водоочистки (г. Москва) выполнена в виде цилиндра с полусферическим верхом и низом. Горловина метантенка пересекает резервуар от самой верхней точки до самой нижней. Бродящая биомасса при любом уровне загрузки всегда расположена выше нижнего основания горловины. Благодаря этому площадь свободной поверхности жидкости сокращается, а интенсивность газовыделения увеличивается. Повышение газоотдачи на каждом квадратном сантиметре поверхности биомассы разрушает образующуюся на ней корку. Расчет площади для горловины подобных резервуаров зависит от планируемого объема выделяемого газа. На московской станции этот показатель находится в диапазоне 700-1200 м3 в сутки. Давление газа при этом составляет 3-3,5 кПа.
Практика показала, что при расчетах габаритов метантенка оптимальное отношение диаметра резервуара к его глубине находится в пределах пропорций от 1:1 до 1:0,8.
Также было установлено, что в больших резервуарах нецелесообразна установка на разной высоте сточных труб для отделения ила от сброженного осадка. При высоких загрузках такие трубы просто засоряются.
Получение удобрений
Переработанные в метантенке биологические отходы называются «дигестатом». Отработанная твердая масса является высокоэффективным удобрением, содержащим минерализованные азот, фосфор, калий. Также дигестат обладает полным набором микро и макроэлементов для роста растений. А биологически активные вещества дигестата вместе с гуминоподобными соединениями хорошо структурируют почву. Одна тонна дигестата из биореактора по своей эффективности равна 80-100 тоннам свежего навоза.
Перспективы биоэнергетики
Практическую значимость метантенков сложно переоценить. Благодаря их анаэробному свойству человечество получило возможность трансформировать органические отходы в разные виды энергий: тепловую, газовую, электрическую. Одновременно с этим осуществляется и утилизация органического мусора, который всегда был настоящей проблемой для больших городов.
Все чаще крупные энергетические компании переходят на выработку энергоресурса из бесплатных органических отходов. Например, американская фирма «CH Energy Group Inc» получила в 2007 году 15-летний контракт на поставку электроэнергии в город Оберн (штат Нью-Йорк). Источником для выработки электроэнергии стали все городские отходы, имеющие органическую основу. Подготовленный мусор загружают в резервуар большого метантенка, который перерабатывает органику в биогаз. А пристроенная к резервуару газовая электростанция осуществляет непрерывную подачу электроэнергии в электросеть города.
Вырабатываемой электроэнергии хватит на электроснабжение 2500 домашних хозяйств. Тем самым муниципалитет Оберна получил двойную выгоду: дешевую электроэнергию и существенное снижение расходов на избавление от городского мусора.
Стоит отметить, что отечественная энергетика также не отстает от перспективных проектов на базе альтернативных источников энергии. Ранее упомянутая Курьяновская станция аэрации ещё в январе 2009 года запустила тепловую электростанцию на биогазе, вырабатываемом в метантенках из осадка сточных вод.
Созданная мини-ТЭС мощностью 10 мВт перекрывает 50% всей электроэнергии, потребляемой огромной водоочистной системой мегаполиса. Успешный опыт биоэнергетических проектов вдохновил предпринимателей по всему миру на установку биореакторов для независимого энергоснабжения своих хозяйств и предприятий.
biogas.su
Наш проект посвящён популяризации и продвижению биогазовой энергетики и экологичной утилизации биологических отходов на территории Российской Федерации, Белоруссии, Казахстана и Кыргызстана.
Related posts
типов анаэробных дигестеров | US EPA
Темы на этой странице
Общие способы описания дигестеров
Автономные дигестеры
Фермерские варочные котлы
Варочные установки на объектах по утилизации водных ресурсов
Все системы анаэробного сбраживания придерживаются одних и тех же основных принципов, независимо от того, являются ли сырьем пищевые отходы, навоз животных или осадок сточных вод.
Хотя процесс один и тот же, дизайн будет варьироваться от варочного котла к варочному агрегату. Варианты конструкции описаны ниже, после чего следует описание категорий варочных котлов. Основными категориями метантенков являются автономные метантенки, метантенки на фермах и метантенки на очистных сооружениях.
Системы дайджестеров строятся по разным причинам, и существует множество способов их описания. Наиболее распространенные различия включают:
Рабочая температура
Дигесторы предназначены для работы в различных целевых диапазонах температур. Диапазоны температур обычно составляют 86–100 ○ F для мезофильных и 122–140 ○ F для термофильных. В этих температурных зонах процветают разные популяции анаэробных микробов.
Как правило, термофильное анаэробное сбраживание (AD) используется, когда необходимо большее уничтожение патогенов. В этом диапазоне температур могут образовываться «твердые биологические вещества класса А».
Биосолиды класса A — это обозначение обезвоженного и нагретого осадка сточных вод, который соответствует рекомендациям Агентства по охране окружающей среды США для внесения в почву без ограничений. Таким образом, твердые биологические вещества класса A можно легально использовать в качестве удобрения на фермах, в огородах и продавать садоводам в качестве компоста или удобрения. Термофильным варочным котлам требуется меньше времени для обработки сырья, но они могут иметь более высокие затраты и быть более сложными в эксплуатации.
В целом, мезофильные метантенки проще в эксплуатации и обслуживании, но они не обеспечивают достаточного уничтожения патогенов для производства твердых биологических веществ класса А.
Узнайте больше о твердых биологических веществах
Варианты сырья
Некоторые варочные котлы предназначены для обработки одного типа сырья, а другие варочные установки предназначены для обработки нескольких видов сырья. Совместное пищеварение часто является движущей силой развития анаэробных ферментаторов.
Для многих видов сырья требуется или может быть полезна предварительная обработка перед разложением (например, смешивание, просеивание, термическое кондиционирование и т. д.)
Влажные (с низким содержанием твердых частиц) и сухие (с высоким содержанием твердых частиц)
Влажные и сухие варочные котлы относятся к содержанию влаги в исходном сырье. Влажные варочные котлы встречаются чаще, чем сухие. Влажный варочный котел или система AD с низким содержанием твердых частиц обычно перерабатывают сырье с содержанием твердых частиц менее 15 процентов. Сырье для мокрого варочного котла обычно находится в форме суспензии и может перекачиваться насосом.
Сухой варочный котел или система AD с высоким содержанием твердых частиц обычно перерабатывают сырье с содержанием твердых частиц более 15 процентов. Сырье для сухого варочного котла часто называют штабелируемым.
Периодический и непрерывный поток
В варочном котле периодического действия сырье загружается в варочный котел одновременно.
После загрузки есть установленный период времени для пищеварения. По истечении этого времени варочный котел опорожняется и перезагружается вручную.
В варочном котле с непрерывным потоком сырье постоянно подается в варочный котел, а переваренный материал непрерывно удаляется.
Автономные варочные котлы
Большинство автономных варочных котлов принимают и перерабатывают сырье из одного или нескольких источников за чаевые. Автономные варочные котлы могут использоваться как предприятия по переработке органических веществ, общественные операции или строиться муниципалитетом для управления бытовыми пищевыми отходами.
Другие автономные варочные котлы предназначены для переработки специфических промышленных отходов. Это распространено в пищевой промышленности и производстве напитков. Эти варочные котлы расположены на перерабатывающих предприятиях и предназначены для обработки определенного вида материала. Эти установки обычно не принимают другое сырье из внешних источников.
Основным сырьем, перерабатываемым в автономных метантенках, являются пищевые отходы. Тем не менее, биореакторы, предназначенные для переработки пищевых отходов, могут также совместно перерабатывать другие органические материалы, такие как дворовые отходы, навоз и твердые частицы сточных вод.
Спрос на автономные варочные котлы растет в связи с растущим вывозом пищевых отходов со свалок.
Фермерские варочные котлы
Фермерские варочные котлы могут принести большую пользу фермерам Фотография молочной фермы с резервуарами системы анаэробного сбраживания на заднем плане и коровами на переднем плане.
и окружающее сообщество. Дигесторы могут помочь фермерам управлять питательными веществами, уменьшать запахи и получать дополнительный доход. Молочные продукты, свиноводство и домашняя птица являются основными видами животных для ферм с варочными котлами. Фермерские варочные установки также могут принимать пищевые отходы извне в качестве исходного сырья.
Наиболее распространенными технологиями варочных систем на фермах в Соединенных Штатах являются: поршневой поток, полная смесь и крытые отстойники.
Узнайте больше о фермерских варочных котлах и о том, как извлечь выгоду из отходов (навоза)
Тип варочного котла, используемого на фермах, обычно определяется существующими методами обращения с навозом и типом навоза, который подается в варочный котел. . Биогаз, собираемый в системах анаэробного сбраживания, часто используется для выработки электроэнергии, в качестве топлива для котлов или печей или для получения комбинированного тепла и электроэнергии.
По состоянию на январь 2019 года на животноводческих фермах США работает 248 варочных котлов. Эти данные отслеживаются программой AgSTAR Агентства по охране окружающей среды.
Узнайте больше о данных и тенденциях AgSTAR
Метеораторы на предприятиях по восстановлению водных ресурсов
Операторы установок, отраслевые ассоциации, исследовательские институты, Аэрофотоснимок двух анаэробных варочных котлов на очистных сооружениях Центрального морского санитарного агентства в Сан-Рафаэле, Калифорния.
и государственные и федеральные агентства теперь используют термин «Установка для восстановления водных ресурсов (WRRF)» для обозначения очистных сооружений сточных вод (также известных как очистные сооружения, находящиеся в государственной собственности или POTW). Термин «Установка для восстановления водных ресурсов» признает их способность производить чистую воду, извлекать питательные вещества (такие как фосфор и азот) и снижать нашу зависимость от ископаемого топлива за счет производства и использования возобновляемой энергии.
Использование анаэробного сбраживания на WRRF в США восходит к началу 1900-х годов. За последнее столетие в развитии технологии были как успехи, так и неудачи. Анаэробное сбраживание — это и биологический процесс, и инженерная система, для успеха которой требуются знания в обеих дисциплинах.
Основное назначение анаэробных варочных котлов на WRRF заключается в очистке твердых частиц сточных вод. В результате на эти варочные котлы распространяются правила EPA по твердым биологическим веществам (40 CFR, часть 503).
Дигесторы WRRF различаются по ряду параметров, в том числе:
- размер и форма; Скорость обработки
- ,
- количество этапов процесса,
- рабочая температура,
- степень предварительной обработки; и
- типов стратегий микширования.
В Соединенных Штатах более 1200 WRRF имеют анаэробные метантенки, которые обрабатывают твердые частицы сточных вод и производят биогаз. В то время как некоторые из этих WRRF сжигают биогаз, полученный в этом процессе, более половины используют биогаз, который они производят, в качестве источника энергии для производства электроэнергии или полезного тепла. Из объектов, использующих биогаз для производства энергии, около одной трети вырабатывают электроэнергию, которая используется для работы на объекте. Из WRRF, вырабатывающих электроэнергию из биогаза, почти 10 процентов продают эту электроэнергию в сеть. Около 2 % WRRF с метантенками перерабатывают биогаз в форму, достаточно чистую для подачи в трубопроводы природного газа.
Данные об использовании биогаза, произведенного на WRRF, задокументированы в базе данных, поддерживаемой Федерацией водной среды (WEF).
Доступ к базе данных WEF
Часто задаваемые вопросы об анаэробном сбраживании
Часто задаваемые вопросы об анаэробном пищеварении
Что такое анаэробное пищеварение?
Что такое анаэробный метантенк?
Что такое совместное пищеварение?
Что такое биогаз?
Как производится биогаз?
Что такое переваренный материал и для чего он используется?
Какие типы органических материалов производят биогаз?
Является ли биогаз возобновляемым источником энергии?
Может ли биогаз заменить ископаемое топливо?
Как биогаз помогает уменьшить последствия изменения климата?
Какие типы объектов имеют анаэробные метантенки?
Есть ли разница между свалочным газом и биогазом?
Есть ли разница между природным газом и биогазом?
Если я построю биогазовую систему, будет ли вонять?
Безопасны ли анаэробные метантенки?
Что такое анаэробное сбраживание?
Анаэробное сбраживание – это естественный процесс, при котором микроорганизмы расщепляют органические вещества в отсутствие воздуха (анаэробная среда).
Анаэробное сбраживание создает полезные продукты, такие как биогаз и переваренный материал.
Что такое анаэробный метантенк?
Анаэробные сбраживатели представляют собой встроенные системы (лагуны или резервуары), в которых происходит анаэробное сбраживание. Анаэробные метантенки обрабатывают органические отходы, производят газ и переработанные материалы, минимизируют запахи, уменьшают количество патогенов и уменьшают количество твердых отходов. Анаэробные метантенки также называют «системами анаэробного пищеварения», «биодигестерами» или просто «дигесторами».
Что такое совместное пищеварение?
Совместное переваривание происходит, когда более одного типа органического материала переваривается одновременно. Диджестеры часто строятся для одной цели. Например, фермер может построить анаэробный ферментер для обработки коровьего навоза. Если фермер также берет пищевые отходы из местного продуктового магазина и помещает пищевые отходы в варочный котел вместе с коровьим навозом, это называется совместным перевариванием.
Что такое биогаз?
Биогаз – это газ, образующийся при разложении органического вещества бактериями в отсутствие кислорода. Он состоит в основном из метана (CH 4 ) и двуокиси углерода (CO 2 ) с небольшим количеством водяного пара, твердых частиц и других газов, таких как сероводород (H 2 S). Биогаз можно перерабатывать и использовать для различных энергетических нужд, таких как производство тепла, электроэнергии и топлива.
Как производится биогаз?
Внутри анаэробного варочного котла естественные микроорганизмы растут в бескислородной среде резервуара и расщепляют (переваривают) органические вещества. При разложении органического вещества образуется биогаз. Попав в биореактор, микроорганизмы будут продолжать расщеплять органические материалы и выделять биогаз в правильных условиях. Микроорганизмы нуждаются в стабильном снабжении сырьем и в комфортной среде – теплая температура, нейтральная кислотность и отсутствие кислорода.
Что такое переваренный материал и для чего он используется?
Переваренный материал представляет собой твердый и жидкий материал, который остается в конце процесса анаэробного сбраживания. Переваренный материал содержит ценные питательные вещества (азот, фосфор и калий) и органический углерод. Как правило, сырой переваренный материал перерабатывается в широкий спектр продуктов, таких как удобрения, компост, почвенные добавки или подстилки для животных. Факторы, влияющие на то, какие продукты производятся, включают состав исходного сырья и местные рынки. Эти побочные продукты могут быть проданы сельскохозяйственным, коммерческим и бытовым потребителям.
Какие типы органических материалов производят биогаз?
Многие виды органических материалов могут использоваться в качестве сырья для производства биогаза. Навоз животных, твердые частицы сточных вод, пищевые отходы, ресторанные жиры, масла и смазки, а также побочные продукты производства продуктов питания и напитков являются одними из наиболее часто перевариваемых материалов.
Анаэробный варочный котел может быть построен для одного материала или их комбинации. Тем не менее, сырье должно контролироваться должным образом, чтобы система оставалась здоровой и функционирующей.
Является ли биогаз возобновляемым источником энергии?
Да, биогаз является возобновляемым источником энергии. Он производится из природных ресурсов, которые восполняются в короткие промежутки времени.
Может ли биогаз заменить ископаемое топливо?
Да, биогаз может заменить ископаемое топливо для производства тепла, электроэнергии и топлива. При дополнительной переработке биогаз становится возобновляемым природным газом, который можно использовать там же, где и ископаемое топливо.
Как биогаз помогает уменьшить последствия изменения климата?
Биогаз состоит из метана и двуокиси углерода, которые являются мощными парниковыми газами. Анаэробные метантенки предназначены для улавливания этих газов, чтобы они не попадали в атмосферу.
В большинстве случаев сырье, используемое в метантенках, выделяло метан непосредственно при разложении в отстойниках или на свалках. Кроме того, использование биогаза для производства тепла или электричества означает, что электростанции должны производить меньше энергии. Это уменьшает количество углекислого газа, выбрасываемого в атмосферу при сжигании ископаемого топлива.
Какие типы предприятий имеют анаэробные метантенки?
Анаэробные метантенки обычно строятся на участках, которые имеют постоянный запас органических материалов и нуждаются в энергии или тепле. Общие примеры включают фермы, объекты по восстановлению водных ресурсов, предприятия по производству продуктов питания и свалки. Кроме того, автономные варочные котлы могут быть построены в центральном месте для приема органических продуктов с нескольких предприятий.
Есть ли разница между свалочным газом и биогазом?
Свалочный газ – это разновидность биогаза. Оба могут быть преобразованы в возобновляемую энергию (электричество или топливо)..jpg)
Есть ли разница между природным газом и биогазом?
Биогаз и природный газ состоят из одних и тех же компонентов. Но эти два газа получают по-разному.
Биогаз образуется при разложении легкодоступных органических материалов (например, навоза или пищевых отходов). Природный газ образуется, когда древние растения, крошечные морские животные и другие органические материалы разлагаются в труднодоступных местах. Обычно природный газ приходится добывать из подземных резервуаров. Природный газ также может быть получен в результате переработки нефти.
Если я построю биогазовую систему, будет ли вонять?
Биогаз содержит небольшое количество сероводорода, имеющего запах тухлых яиц. Однако анаэробные метантенки полностью закрыты, и биогаз не выбрасывается непосредственно в воздух. На фермах обычно устанавливают варочные котлы для уменьшения запахов. То, что выходит из варочного котла после обработки, имеет гораздо меньший запах, чем исходное сырье, которое поступает в варочные котлы.