Таблица 5 – Содержание в экскрементах животных органических соединений, определяющих протекание процесса брожения 

     Кроме того, отходы животноводства в зависимости от способа содержания животных могут включать в себя самые различные количества воды, подстилочного материала и остатков корма.

     Для сбраживания растительных материалов с высоким содержанием способных к разложению соединений углерода необходимо добавление богатых азотом веществ, например куриного помета или свиного навоза, чтобы получить соотношение C/N в пределах, требуемых для беспрепятственного протекания процесса брожения [2].

 

Таблица 6 – Состав экскрементов животных (в % к сухому веществу)

     

5.7 Размеры твердых частиц

 

     Активного обмена веществ и высокой скорости биохимических обменных процессов  можно достигнуть, если поддерживать и непрерывно обновлять максимально  возможную величину граничных поверхностей между твердой и жидкой фазами. Поэтому твердые материалы, в  особенности растительного происхождения, должны быть предварительно подготовлены с помощью режущих, разрывающих или плющильных устройств, чтобы в результате эффективного механического воздействия на куски стеблей и соломы получить частицы возможно меньшего размера. Доля взвешенных в жидкости твердых частиц в значительной мере зависит от технических средств, которые используются для получения тщательного перемешивания, гидравлического транспортирования субстрата и отделения газа. Современный уровень развития техники позволяет перерабатывать в сельскохозяйственных биогазовых установках субстраты с содержанием твердых веществ до 12%, если длина частиц отдельных волокнистых и стеблевидных твердых компонентов не превышает 30 мм.

     В принципе органические вещества можно  сбраживать и в твердой фазе, если иметь достаточно влажную среду. Однако сбраживание твердых веществ  практически не получило промышленного  значения, поскольку в твердой  фазе нельзя обеспечить перераспределение  и взаимное перемешивание бактерий и субстрата, а также удовлетворительный отвод газа.

     Твердые вещества, плотность которых существенно  выше, чем жидкости, обусловливают  образование осадка (седиментацию) или плавающей корки, чему способствует флотация. Возникающие в связи  с этим механико-гидравлические проблемы и ухудшение процесса газообразования могут привести к тому, что для устранения подобных нарушений потребуются более высокие затраты технических средств и энергии. Эти трудности можно исключить, если упомянутые вещества перед подачей в реактор отделить от субстрата с помощью механического сепаратора. Однако это приводит к соответствующему уменьшению выхода газа [2].

 

6 Побочные продукты брожения

 

     Органические  удобрения, получаемые в результате анаэробного сбраживания, обладают высокой эффективностью и обеспечивают дополнительный прирост урожайности  в среднем на 20% (по сравнению с  использованием несброженного навоза). При переработке органических отходов  получаются экологически чистые жидкие органические удобрения, которые используются для получения экологически чистой продукции. В полученных органических удобрениях все вещества переходят  в форму, легко усваиваемую растениями, что делает их эффективными сразу  после внесения в почву. Также  это создает возможность ухода  от применения минеральных удобрений. Как показали испытания аналогичных  удобрений в России и Прибалтике, внесение их в разведенном виде в  соотношении 1:10, из расчета три тонны  концентрированных удобрений на 1га, или 30 тонн в разбавленном виде, повышают урожайность всех культур  на 20-50%, а некоторых культур (земляника  и клубника) в два раза. Производство сухого гранулированного удобрения  практически исключает потери питательных  веществ при длительном хранении, позволяет вносить эти удобрения  в наиболее благоприятные календарные  сроки с применением стандартных  механизмов, (например, обычные сеялки). Жидкая фракция первой фазы может  использоваться для полива полей  или как питательная среда  в гидропонных теплицах.

6.1 Состав удобрения

 

     Во  время процесса брожения аммиак выделяется из органических азотистых соединений и вместе с соединениями фосфора  и калия, имеющимися в субстрате  и образующимися в результате разложения, преобразует перебродившую  массу в богатое питательными веществами органическое удобрение. Кроме  того, в зависимости от степени  сбраживания уменьшается содержание углерода по сравнению с его содержанием  в исходном субстрате. Обусловленное  этим уменьшение соотношения C/N оказывается благоприятным для использовании удобрения [2].

6.2 Загрязнение окружающей среды

 

     1) Запах

     Поскольку степень сбраживания, т. е. разложения органического вещества, достигает 30 ...40 % и благодаря этому в основном происходит распад биологически нестабильных органических соединений, шлам лишен  запаха, свойственного исходному  субстрату.

 

 

     2) Возбудители болезней

     Гигиенический эффект анаэробного брожения обусловливается  прежде всего тепловым воздействием в течение определенного отрезка  времени. Для уничтожения отдельных  возбудителей болезней требуется в  каждом конкретном случае определенная минимальная температура и минимальная  продолжительность их пребывания при  этой температуре. Чтобы гарантировать  полное уничтожение вегетативных форм бактериальных возбудителей инфекционных заболеваний, в установках дискретного  действия при температуре брожения около 30°C для этого необходимо более 30 сут. Более эффективное действие в течение меньшего срока пребывания массы в реакторе (12...20 сут) достигается только при температуре брожения выше 50°С. Однако абсолютно надежного обеззараживания ожидать не следует, так как всегда существует риск, что незначительное число микробов сохранит свою жизнеспособность и сможет послужить источником инфекции [2].

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     В данной работе был рассмотрен трехстадийный процесс образования биогаза в результате сбраживания органических отходов. Процесс протекает с участием большого количества микроорганизмов. Продукты жизнедеятельности микроорганизмов на первой стадии являются исходным субстратом для микроорганизмов, участвующих на второй стадии процесса брожения. На третьей стадии метаногенные бактерии осуществляют процесс восстановления CO₂, который образовался на предыдущей стадии, до CH₄.

     Было  выявлено, что качество и количество образующегося метана зависит от множества различных факторов, основными  из которых являются состав исходного  сырья и время протекания процесса. Из рисунка 12 видно, что лучшим источником для получения биогаза является отходы растительного происхождения.

     Отходы, переработанные микроорганизмами, используются как высокоэффективное удобрение.

     Так же в ходе данной работы были рассмотрены  основные технологические схемы  получения биогаза.

     При интенсивном подъеме сельскохозяйственного производства России через несколько лет общий объем производимых органических отходов может составить 675 млн т (по сухому веществу), а потенциальное производство биогаза - 225 млрд м³/год.

 

Список  использованных источников

 
     

1. Василов Р.Г. Перспективы развития производства биотоплива в России // Вестник биотехнологии и физико-химической биологии им. Ю.А. Овчинникова. – 2007. – Т. 3. – № 2. – 61 с.
2. Баадер В. Биогаз: теория и практика / В.Баадер, E.Доне, M.Бренндерфер.— М.: Колос, 1982. — 148 с.
3. Сайт: http://www.bio-energetics.ru/index.html
4. Егорова Т.А. Основы биотехнологии: Учеб. пособие для высш. пед. учеб. заведений / Т.А. Егорова, С,М. Клунова, Е.А. Живухина. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 208 с.
5. Соуфер С. Биомасса как источник энергии: Пер. с англ. / С. Соуфер.–М.: Мир, 1985.– 368 с.
6. Гусев М.В. Микробиология: учеб. для биол. специальностей вузов / М.В. Гусев, Л.А. Минеева.– М.: Академия, 2003.– 464 с.