Основные характеристики биомассы для получения биогаза

Для получения биогаза, как показывает мировая практика, широко используются сельскохозяйственные и бытовые отходы. При этом в качестве биомассы могут с успехом использоваться экскременты сельскохозяйственных животных.

Экскременты животных неоднородная (гетерогенная) смесь, состоящая из твердых частиц - дисперсной и жидкой фракции, представляющей собой водный раствор солей, кислот и щелочей. Они наиболее богаты необходимыми для метанового брожения питательными веществами.

Отходы животноводства различаются между собой как по наличию отдельных компонентов, так и по химическому составу в зависимости от того, о каком виде животных идет речь, и какой корм эти животные потребляют. Кроме того, в зависимости от способа содержания животных могут включать в себя самые различные количества воды, подстилочного материала и остатков корма.

Химический состав гомогенного (однородного) жидкого навоза находится в прямой зависимости от содержания в нем сухого вещества (СВ) и сухого органического вещества (СОВ). Из общего количества органической массы, скормленной животным, выделяется: с экскрементами КРС около 35%, свиней - 20%.

Подвергаемый сбраживанию исходный субстрат содержит, кроме стойлового навоза, другие растительные остатки, следует обращать особое внимание на их состав. При этом, прежде всего нужно учитывать характерное для определенных условий высокое содержание лигнина, который практически не разлагается микробами и, следовательно, не принимает участия в процессе газообразования. По этой причине выход газа из экскрементов жвачных животных, которые нуждаются в кормах с высоким содержанием сырой клетчатки, значительно меньше, чем из экскрементов кур и свиней.

Какое количество газа может быть выделено из различных сельскохозяйственных отходов, остатков и их смесей при оптимальных условиях сбраживания, имеются весьма разноречивые данные, что объясняется разнообразием состава субстрата. Если отнести выход биогаза, при температуре процесса около 32°С, к количеству органической массы, то соотношения находятся в пределах 0,8... 1,0 м³ на 1 кг разложившейся органической массы. При этом выход биогаза может находиться в интервале 0,4... 0,6 м³ на 1 кг внесенной в реактор органической массы.

Таким образом, в зависимости от доли способной к сбраживанию органической массы в реакторе разлагается лишь 40... 50 % всей закладываемой в него органической массы. Количество и свойства навоза и помета зависят от возраста, рациона, способа содержания животных и птицы (табл.6.1, 6.2).

Таблица 6.1 – Суточный выход навоза КРС и свиней, кг

Таблица 6.2 – Суточный выход птичьего помета, г

В расчетах можно принять, что средняя влажность навоза крупного рогатого скота составляет 85...90%, свиней 88...92%, помета кур - 73...76 %.

На эффективность работы биогазовой установки в значительной степени влияет состав экскрементов (табл.6.3). Так, к веществам, которые в большой концентрации препятствуют жизнедеятельности микроорганизмов, относятся тяжелые металлы и их соли, щелочные металлы, аммиак, нитраты, сульфаты, органические растворители, антибиотики. Активность анаэробного брожения главным образом определяется соотношением углерода и азота. Наиболее благоприятные условия создаются при С/N = 10...16.

Таблица 6.3 - Состав экскрементов животных в % к сухому веществу

В качестве биомассы могут использоваться и отходы растениеводства, продукты сельскохозяйственных культур. Основные характеристики  соломы, ботвы приведены в табл.6.4.

Таблица 6.4 – Состав соломы и ботвы в % к сухому веществу

При сбраживании растительных материалов с высоким содержанием углерода, способных к разложению, необходимо добавлять вещества, богатые азотом, например, куриный помет или свиной навоз, чтобы получить соотношение С/N в требуемых пределах.    Неравномерность выхода биогаза от времени брожения наблюдается практически для всех видов органических материалов, подвергающихся метановому брожению Определенное количество метана продолжает выделяться даже после 100 суток брожения. Экспериментальные данные по определению выхода биогаза в зависимости от времени брожения приведены в табл.6.5.

Таблица 6.5 – Выход биогаза в зависимости от продолжительности брожения

Степень разложения биомассы зависит от условий загрузки реактора, продолжительности и температуры брожения. В табл.6.6 приведены ориентировочные данные по степени разложения биомассы при температуре брожения равной 33⁰С.

Таблица 6.6 – Степень разложения биомассы в зависимости

                  от продолжительности брожения

Значительное время пребывания в метантенке куриного помета обусловлено относительно высоким содержанием в нем аммиака. Приведенные данные справедливы для хорошо перемешанных субстратов. Переход на термофильный процесс с рабочей температурой 55°С значительно снижает время пребывания биомассы в метантенке и степень разложения, но увеличивает затраты энергии.