Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива
Представлены результаты исследований в области анаэробного сбраживания. Показано влияние некоторых факторов на метанообразование. Выведено экспоненциальное уравнение количества выхода биогаза от содержания сухого органического вещества. Показано, что технология анаэробной переработки твердого навоза...
Збережено в:
| Дата: | 2011 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут газу НАН України
2011
|
| Назва видання: | Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126943 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива / Ю.Г. Качан, Ю.В. Курис, И.Н. Левицкая // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2011. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-126943 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1269432017-12-07T03:02:55Z Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива Качан, Ю.Г. Курис, Ю.В. Левицкая, И.Н. Топливо и энергетика Представлены результаты исследований в области анаэробного сбраживания. Показано влияние некоторых факторов на метанообразование. Выведено экспоненциальное уравнение количества выхода биогаза от содержания сухого органического вещества. Показано, что технология анаэробной переработки твердого навоза с разбавлением его жидкой фракцией сброженного осадка позволяет повысить выход биогаза на 55–70 % и снизить затраты энергии на технологический процесс в 1,2–1,7 раза в зависимости от влажности. Представлено результати досліджень у галузі анаеробного сброджування. Показано вплив деяких факторів на метаноутворення. Виведено експоненціальне рівняння кількості виходу біогазу від вмісту сухої органічної речовини. Показано, що технологія анаеробної переробки твердого гною з розбавленням його рідкою фракцією збродженого осаду дозволяє підвищити вихід біогазу на 55–70 % та знизити витрати енергії на технологічний процес у 1,2–1,7 рази у залежності від вологості. The investigation results in anaerobic fermentation area are submitted. The influence of some factors on methane formation is displayed. Exponential equation of biogas output from dry organic substance content is deduced. It is displayed that anaerobic processing technology for solid manure and dilution with manure liquid fraction of fermented deposit allows to increase biogas output on 55–70 % and decrease technological process energy consumption in 1,2–1,7 times depending on humidity. 2011 Article Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива / Ю.Г. Качан, Ю.В. Курис, И.Н. Левицкая // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2011. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0235-3482 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126943 662.767.1 ru Энерготехнологии и ресурсосбережение Інститут газу НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Топливо и энергетика Топливо и энергетика |
| spellingShingle |
Топливо и энергетика Топливо и энергетика Качан, Ю.Г. Курис, Ю.В. Левицкая, И.Н. Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| description |
Представлены результаты исследований в области анаэробного сбраживания. Показано влияние некоторых факторов на метанообразование. Выведено экспоненциальное уравнение количества выхода биогаза от содержания сухого органического вещества. Показано, что технология анаэробной переработки твердого навоза с разбавлением его жидкой фракцией сброженного осадка позволяет повысить выход биогаза на 55–70 % и снизить затраты энергии на технологический процесс в 1,2–1,7 раза в зависимости от влажности. |
| format |
Article |
| author |
Качан, Ю.Г. Курис, Ю.В. Левицкая, И.Н. |
| author_facet |
Качан, Ю.Г. Курис, Ю.В. Левицкая, И.Н. |
| author_sort |
Качан, Ю.Г. |
| title |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| title_short |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| title_full |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| title_fullStr |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| title_full_unstemmed |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| title_sort |
эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива |
| publisher |
Інститут газу НАН України |
| publishDate |
2011 |
| topic_facet |
Топливо и энергетика |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/126943 |
| citation_txt |
Эффективность технологии анаэробногополучения биоэнергетического топлива / Ю.Г. Качан, Ю.В. Курис, И.Н. Левицкая // Энерготехнологии и ресурсосбережение. — 2011. — № 1. — С. 12-17. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Энерготехнологии и ресурсосбережение |
| work_keys_str_mv |
AT kačanûg éffektivnostʹtehnologiianaérobnogopolučeniâbioénergetičeskogotopliva AT kurisûv éffektivnostʹtehnologiianaérobnogopolučeniâbioénergetičeskogotopliva AT levickaâin éffektivnostʹtehnologiianaérobnogopolučeniâbioénergetičeskogotopliva |
| first_indexed |
2025-07-09T05:59:56Z |
| last_indexed |
2025-07-09T05:59:56Z |
| _version_ |
1837147955068403712 |
| fulltext |
Âîçíèêíîâåíèå è îáîñòðåíèå ýêîëîãè÷åñêèõ
ïðîáëåì, ðîñò öåí íà ýíåðãîðåñóðñû îáóñëîâè-
ëè çíà÷èòåëüíûé èíòåðåñ ê èñïîëüçîâàíèþ òåõ-
íîëîãèè áèîêîíâåðñèè îðãàíè÷åñêèõ îòõîäîâ
äëÿ ïîëó÷åíèÿ ýíåðãèè.
Æèâîòíûå ïëîõî óñâàèâàþò ýíåðãèþ ðàñòè-
òåëüíûõ êîðìîâ, è áîëåå ïîëîâèíû ýòîé ýíåð-
ãèè èñïîëüçóåòñÿ íåïðîèçâîäèòåëüíî — óõîäèò
â íàâîç. Ýòî ïîçâîëÿåò ðàññìàòðèâàòü ïîñëåä-
íèé íå òîëüêî êàê öåííîå ñûðüå äëÿ îðãàíè÷å-
ñêèõ óäîáðåíèé, íî è êàê ìîùíûé âîçîáíîâëÿå-
ìûé èñòî÷íèê ýíåðãèè.
 ïîñëåäíèå ãîäû ïîëîæåíèå â ñåëüñêîì
õîçÿéñòâå ñ ýíåðãåòè÷åñêèì ñûðüåì ïðèíöèïè-
àëüíî èçìåíèëîñü. Îñòðûé äåôèöèò ýíåðãèè
îáóñëîâèë óñêîðåííîå îñóùåñòâëåíèå íàó÷-
íî-èññëåäîâàòåëüñêèõ ïðîãðàìì, íàïðàâëåííûõ
íà ïðàêòè÷åñêîå èñïîëüçîâàíèå äîïîëíèòåëü-
íûõ ìåñòíûõ ðåñóðñîâ òîïëèâà. Ïðè òàêèõ îá-
ñòîÿòåëüñòâàõ ïðîáëåìàòèêà ïî ïåðåðàáîòêå íà-
âîçà â áèîãàç âûäâèãàåòñÿ íà ïåðåäíèé ïëàí.
Ïðè÷èíû, âåäóùèå ê îáíîâëåíèþ èíòåðåñà ê
àíàýðîáíîìó ñáðàæèâàíèþ, âûõîäÿò çà ðàìêè,
îãðàíè÷åííûå èñêëþ÷èòåëüíî ýíåðãåòè÷åñêèì
îáîñíîâàíèåì.
Ïåðåõîä æèâîòíîâîäñòâà íà èíäóñòðèàëü-
íóþ îñíîâó è ñâÿçàííàÿ ñ ýòèì êîíöåíòðàöèÿ
æèâîòíûõ íà êðóïíûõ ôåðìàõ è êîìïëåêñàõ
îáóñëîâèëè ðåçêîå óâåëè÷åíèå íàâîçíûõ ñòî-
êîâ, êîòîðûå äîëæíû óòèëèçèðîâàòüñÿ, íå çà-
ãðÿçíÿÿ îêðóæàþùóþ ñðåäó. Îäèí èç ïóòåé ðà-
öèîíàëüíîé óòèëèçàöèè íàâîçà è íàâîçíûõ ñòî-
êîâ æèâîòíîâîä÷åñêèõ ôåðì — èõ àíàýðîáíîå
ñáðàæèâàíèå, êîòîðîå îáåñïå÷èâàåò îáåçâðåæè-
âàíèå íàâîçà è ñîõðàíåíèå åãî êàê óäîáðåíèÿ
ïðè îäíîâðåìåííîì ïîëó÷åíèè ëîêàëüíîãî èñ-
òî÷íèêà ýíåðãèè — áèîãàçà. Èíòåðåñ ê ïîëó÷å-
íèþ òîëüêî áèîãàçà ñìåíèëñÿ ïîíèìàíèåì çíà-
÷åíèÿ ýòîãî ïðîöåññà äëÿ ýêîëîãèè êàê ýíåðãî-
ñáåðåãàþùåãî ïðîöåññà îáðàáîòêè íàâîçà è î÷è-
ñòêè íàâîçíûõ ñòîêîâ.
 ìèðå ðàçðàáîòàíî è ïîñòðîåíî áîëåå òû-
ñÿ÷è êðóïíûõ ïðîìûøëåííûõ óñòàíîâîê äëÿ
ïåðåðàáîòêè íàâîçà ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ æè-
âîòíûõ â áèîãàç. Â Óêðàèíå îíè ïîêà íå ïîëó-
÷èëè øèðîêîãî ðàñïðîñòðàíåíèÿ, çà èñêëþ÷åíè-
åì íåñêîëüêèõ îïûòíî-ïðîìûøëåííûõ óñòàíî-
âîê, ðàçðàáîòàííûõ â ñîîòâåòñòâèè ñ ãîñóäàðñò-
âåííûìè ïðîãðàììàìè, ñîñòàâëåííûìè íà îñíî-
âå ïðåäâàðèòåëüíûõ èñïûòàíèé áèîãàçîâûõ
óñòàíîâîê è ïðåäóñìàòðèâàþùèìè çàìåùåíèå
æèäêîãî òîïëèâà áèîãàçîì.
Îäíàêî îæèäàåìîãî çàìåùåíèÿ ïîêà íå ñî-
ñòîÿëîñü. Ïðè÷èí äîâîëüíî ìíîãî. Ýòî íåäîñòà-
òî÷íàÿ èçó÷åííîñòü ïðîöåññà, îòñóòñòâèå íàó÷íî
îáîñíîâàííûõ ìåòîäîâ ïîñòðîåíèÿ òåõíîëîãè÷å-
ñêèõ ëèíèé äëÿ ïðîèçâîäñòâà áèîãàçà, îòñóòñò-
âèå äàííûõ îá ýíåðãåòè÷åñêîì áàëàíñå áèîãàçî-
âûõ óñòàíîâîê è èõ ýôôåêòèâíîñòè è òî, ÷òî
ïðîãðàììû áûëè ñîñòàâëåíû áåç ó÷åòà ôàêòè÷å-
ñêèõ óñëîâèé è âîçìîæíîñòåé ïðèìåíåíèÿ àíà-
ýðîáíîãî ñáðàæèâàíèÿ íà ôåðìàõ.
12 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2011. ¹ 1
ÓÄÊ 662.767.1
Ýôôåêòèâíîñòü òåõíîëîãèè àíàýðîáíîãî ïîëó÷åíèÿ
áèîýíåðãåòè÷åñêîãî òîïëèâà
Êà÷àí Þ.Ã., Êóðèñ Þ.Â., Ëåâèöêàÿ È.Í.
Çàïîðîæñêàÿ ãîñóäàðñòâåííàÿ èíæåíåðíàÿ àêàäåìèÿ
Ïðåäñòàâëåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé â îáëàñòè àíàýðîáíîãî ñáðàæèâàíèÿ.
Ïîêàçàíî âëèÿíèå íåêîòîðûõ ôàêòîðîâ íà ìåòàíîîáðàçîâàíèå. Âûâåäåíî ýêñïîíåíöèàëü-
íîå óðàâíåíèå êîëè÷åñòâà âûõîäà áèîãàçà îò ñîäåðæàíèÿ ñóõîãî îðãàíè÷åñêîãî âåùå-
ñòâà. Ïîêàçàíî, ÷òî òåõíîëîãèÿ àíàýðîáíîé ïåðåðàáîòêè òâåðäîãî íàâîçà ñ ðàçáàâëåíèåì åãî
æèäêîé ôðàêöèåé ñáðîæåííîãî îñàäêà ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü âûõîä áèîãàçà íà 55–70 % è
ñíèçèòü çàòðàòû ýíåðãèè íà òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ â 1,2–1,7 ðàçà â çàâèñèìîñòè îò
âëàæíîñòè.
Êëþ÷åâûå ñëîâà: áèîãàç, àíàýðîáíîå ñáðàæèâàíèå, ìåòàíîãåíåç.
Ïðåäñòàâëåíî ðåçóëüòàòè äîñë³äæåíü ó ãàëóç³ àíàåðîáíîãî ñáðîäæóâàííÿ. Ïîêàçàíî
âïëèâ äåÿêèõ ôàêòîð³â íà ìåòàíîóòâîðåííÿ. Âèâåäåíî åêñïîíåíö³àëüíå ð³âíÿííÿ ê³ëü-
êîñò³ âèõîäó á³îãàçó â³ä âì³ñòó ñóõî¿ îðãàí³÷íî¿ ðå÷îâèíè. Ïîêàçàíî, ùî òåõíîëîã³ÿ
àíàåðîáíî¿ ïåðåðîáêè òâåðäîãî ãíîþ ç ðîçáàâëåííÿì éîãî ð³äêîþ ôðàêö³ºþ çáðîäæåíîãî
îñàäó äîçâîëÿº ï³äâèùèòè âèõ³ä á³îãàçó íà 55–70 % òà çíèçèòè âèòðàòè åíåð㳿 íà òåõíîëî-
ã³÷íèé ïðîöåñ ó 1,2–1,7 ðàçè ó çàëåæíîñò³ â³ä âîëîãîñò³.
Êëþ÷îâ³ ñëîâà: á³îãàç, àíàåðîáíå çáðîäæóâàííÿ, ìåòàíîãåíåç.
� Êà÷àí Þ.Ã., Êóðèñ Þ.Â., Ëåâèöêàÿ È.Í., 2011
Àíàëèç ëèòåðàòóðíûõ èñòî÷íèêîâ ïîêàçû-
âàåò, ÷òî áèîãàçîâûå óñòàíîâêè ðàçðàáàòûâà-
ëèñü áåç ó÷åòà èõ èñïîëüçîâàíèÿ â òåõíîëîãè÷å-
ñêèõ ëèíèÿõ óòèëèçàöèè íàâîçà, à ïîëó÷åíèå
áèîãàçà ðàññìàòðèâàëîñü áåç âçàèìîñâÿçè ñ ïà-
ðàìåòðàìè óñòàíîâîê è òåìïåðàòóðîé îêðóæàþ-
ùåé ñðåäû. Â ðåçóëüòàòå âîçíèêëè ÿâíûå ïðî-
òèâîðå÷èÿ ìåæäó òåîðèåé ïðîöåññà àíàýðîáíîãî
ñáðàæèâàíèÿ íàâîçà ñ ïîëó÷åíèåì áèîãàçà è ìå-
òîäàìè ïîñòðîåíèÿ è ðàñ÷åòà òåõíè÷åñêèõ
ñðåäñòâ äëÿ åãî îñóùåñòâëåíèÿ. Ïðèìåíÿåìûå
ìåòîäèêè îñíîâàíû íà èñïîëüçîâàíèè ýìïèðè-
÷åñêèõ ìîäåëåé è íå äàþò ïîëíîãî ïðåäñòàâëå-
íèÿ îá ýíåðãîáàëàíñå ïðîèçâîäñòâà áèîãàçà.
Èìåþùèåñÿ ñâåäåíèÿ î çàòðàòàõ ýíåðãèè íà
ñîáñòâåííûå íóæäû ïðîöåññà â ñîïîñòàâëåíèè ñ
ýíåðãèåé ïîëó÷åííîãî áèîãàçà íîñÿò êîíêðåò-
íûé õàðàêòåð. Îíè íå ìîãóò áûòü èñïîëüçîâà-
íû äëÿ îöåíêè ýíåðãîáàëàíñà ïðîèçâîäñòâà áèî-
ãàçà èç íàâîçà ñ ðàçëè÷íûìè ôèçèêî-ìåõàíè÷å-
ñêèìè ñâîéñòâàìè â ðàçíûõ ïðèðîäíî-êëèìàòè-
÷åñêèõ çîíàõ.
Îòñóòñòâèå äîñòîâåðíûõ äàííûõ îá ýíåðãå-
òè÷åñêîì áàëàíñå áèîãàçîâûõ óñòàíîâîê è ìåòî-
äîâ ýêîíîìè÷åñêîé îöåíêè íå ïîçâîëÿåò îáúåê-
òèâíî ñóäèòü îá èõ ýôôåêòèâíîñòè, ÷òî ñäåðæè-
âàåò âîâëå÷åíèå â íàðîäíîå õîçÿéñòâî ñòðàíû
ýíåðãåòè÷åñêîãî ïîòåíöèàëà íàâîçà ñåëüñêîõî-
çÿéñòâåííûõ æèâîòíûõ.
Áèîãàç ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ãàçîâóþ ñìåñü, êî-
òîðàÿ îáðàçóåòñÿ èç îðãàíè÷åñêèõ ñóáñòàíöèé â
ðåçóëüòàòå àíàýðîáíîãî è ìèêðîáèîëîãè÷åñêîãî
ïðîöåññîâ. Îí ñîñòîèò èç 50–70 % CH4, 30–40 %
CO2 è íåáîëüøîãî êîëè÷åñòâà Í2S, N2, H2 è CO
[1, 2]. Ñîäåðæàíèå ýíåðãèè â áèîãàçå íàïðÿìóþ
çàâèñèò îò êîëè÷åñòâà ìåòàíà.  ñâÿçè ñ äîñòàòî÷-
íî âûñîêèì ñîäåðæàíèåì ìåòàíà áèîãàç ìîæíî èñ-
ïîëüçîâàòü â êà÷åñòâå èñòî÷íèêà ýíåðãèè äëÿ ïðî-
èçâîäñòâà ýëåêòðè÷åñòâà è òåïëà. Èç 1 ì3 ìåòàíà
ìîæíî ïîëó÷èòü 9,94 êÂò.÷ ýëåêòðîýíåðãèè. Åñëè
ïðåäïîëîæèòü, ÷òî â áèîãàçå ñîäåðæèòñÿ 60 % ìå-
òàíà, òî èç 1 ì3 áèîãàçà ìîæíî ïîëó÷èòü îêîëî
6 êÂò.÷ ýëåêòðîýíåðãèè [1, 2].
Áèîëîãè÷åñêîå îáðàçîâàíèå ìåòàíà — íàòó-
ðàëüíûé ïðèðîäíûé ïðîöåññ, êîòîðûé ïðîòåêà-
åò âåçäå, ãäå âî âëàæíîé è áåç äîñòóïà êèñëîðî-
äà ñðåäå ïîä äåéñòâèåì ìåòàíîáðàçóþùèõ áàê-
òåðèé ðàçëàãàåòñÿ îðãàíè÷åñêèé ìàòåðèàë. Óñòà-
íîâëåíî, ÷òî äåãðàäàöèÿ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ
ïðè ìåòàíîãåíåçå îñóùåñòâëÿåòñÿ êàê ìíîãîñòóïåí-
÷àòûé ïðîöåññ, â êîòîðîì óãëåðîäíûå ñâÿçè ïîñòå-
ïåííî ðàçðóøàþòñÿ ïîä äåéñòâèåì ðàçëè÷íûõ
ãðóïï ìèêðîîðãàíèçìîâ.
Ñîãëàñíî ñîâðåìåííûì âîççðåíèÿì, àíà-
ýðîáíîå ïðåâðàùåíèå ëþáîãî ñëîæíîãî îðãàíè-
÷åñêîãî âåùåñòâà â áèîãàç ïðîõîäèò ÷åòûðå ïî-
ñëåäîâàòåëüíûå ñòàäèè (ðèñ.1).
Ãèäðîëèçíàÿ ôàçà. Âî âðåìÿ ïðîòåêàíèÿ
ýòîé ôàçû â ðåçóëüòàòå æèçíåäåÿòåëüíîñòè áàêòå-
ðèé óñòîé÷èâûå ñóáñòàíöèè (ïðîòåèíû, æèðû è
óãëåâîäû) ðàçëàãàþòñÿ íà ïðîñòûå ñîñòàâëÿþùèå
(àìèíîêèñëîòû, ãëþêîçà, æèðîâûå êèñëîòû).
Êèñëîòîîáðàçóþùàÿ ôàçà. Îáðàçîâàí-
íûå âî âðåìÿ ïðåäûäóùåé ôàçû ïðîñòûå ñîñòàâ-
ëÿþùèå ðàçëàãàþòñÿ íà îðãàíè÷åñêèå êèñëîòû
(óêñóñíàÿ, ïðîïèîíîâàÿ, ìàñëÿíàÿ), ñïèðò, àëü-
äåãèäû, âîäîðîä, äèîêñèä óãëåðîäà, àììèàê è
ñåðîâîäîðîä. Ýòîò ïðîöåññ ïðîòåêàåò äî òåõ ïîð,
ïîêà ðàçâèòèå áàêòåðèé íå çàìåäëèòñÿ ïîä âîç-
äåéñòâèåì îáðàçîâàííûõ êèñëîò.
Àöåòîãåííàÿ ôàçà. Ïîä âîçäåéñòâèåì
àöåòîãåííûõ áàêòåðèé èç îáðàçîâàííûõ âî âðå-
ìÿ ðàññìîòðåííîé âûøå ôàçû êèñëîò âûðàáàòû-
âàåòñÿ äîïîëíèòåëüíî óêñóñíàÿ êèñëîòà.
Ìåòàíîãåíåç. Óêñóñíàÿ êèñëîòà ðàçëàãà-
åòñÿ íà ìåòàí, óãëåêèñëûé ãàç è âîäó. Âîäîðîä è
óãëåêèñëûé ãàç ïðåîáðàçóþòñÿ â ìåòàí è âîäó.
 ìåòàíîãåííîì ñîîáùåñòâå ìåæäó ãðóïïàìè
ìèêðîîðãàíèçìîâ ñóùåñòâóþò òåñíûå è ñëîæíûå
âçàèìîñâÿçè, â òîì ÷èñëå îáðàòíûå; ðåàêöèè ïðî-
òåêàþò îäíîâðåìåííî, ïðè÷åì ìåòàíîáðàçóþùèå
áàêòåðèè ïðåäúÿâëÿþò ê óñëîâèÿì ñâîåãî ñóùåñò-
âîâàíèÿ áîëåå âûñîêèå òðåáîâàíèÿ, ÷åì êèñëîòî-
îáðàçóþùèå. Ââèäó ñóáñòðàòíîé ñïåöèôè÷íîñòè
ìåòàíîãåíîâ èõ ðàçâèòèå áåç òðîôè÷åñêîé ñâÿçè ñ
áàêòåðèÿìè ïðåäûäóùèõ ñòàäèé íåâîçìîæíî.
Âåñü ýòîò ñëîæíûé êîìïëåêñ ïðåâðàùåíèé
îñóùåñòâëÿåò áîëüøîå íåïðîãíîçèðóåìîå êîëè÷å-
ñòâî ìèêðîîðãàíèçìîâ, ïî íåêîòîðûì îöåíêàì,
äî íåñêîëüêèõ ñîòåí âèäîâ áàêòåðèé. Êîëè÷åñò-
âåííûé è êà÷åñòâåííûé ñîñòàâû ìèêðîôëîðû
ñèëüíî çàâèñÿò îò ñîñòàâà ñáðàæèâàåìûõ îðãàíè-
÷åñêèõ âåùåñòâ è óñëîâèé, êîòîðûå ñîçäàþòñÿ â
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2011. ¹ 1 13
Ðèñ.1. Ñõåìà îáðàçîâàíèÿ áèîãàçà.
îêðóæàþùåé ñðåäå. Áðîæåíèå îñóùåñòâëÿåòñÿ
âñëåäñòâèå ïðîòåêàíèÿ íåñêîëüêèõ òûñÿ÷ õèìè-
÷åñêèõ ðåàêöèé, ïîâëèÿòü íà õîä êàæäîé èç êî-
òîðûõ ïðàêòè÷åñêè íåâîçìîæíî. Âîçìîæíî ëèøü
ïðåäñòàâèòü äåòàëüíóþ ñõåìó ìåòàíîãåíåçà, îò-
ðàæàþùóþ ïîòîêè óãëåðîäà ïðè äåãðàäàöèè
ñëîæíûõ îðãàíè÷åñêèõ âåùåñòâ [3, 4].
Ñêîðîñòü ãèäðîëèçà ïîëèñàõàðèäîâ çàâèñèò îò
èõ òèïà. Êðàõìàë ãèäðîëèçèðóåòñÿ îòíîñèòåëüíî
ëåãêî, öåëëþëîçà â ñî÷åòàíèè ñ ëèãíèíîì ìîæåò
ðàçëàãàòüñÿ î÷åíü ìåäëåííî èëè íå ðàçëàãàòüñÿ ñî-
âñåì. Îáðàçîâàâøèåñÿ ìîíîñàõàðèäû ïîäâåðãàþò-
ñÿ äàëüíåéøåìó ðàçëîæåíèþ ïîä äåéñòâèåì ôåð-
ìåíòîâ äî ïèðóâàòîâ, à çàòåì äî ðàçíûõ ïðîäóê-
òîâ, îñíîâíûìè èç êîòîðûõ ÿâëÿþòñÿ óêñóñíàÿ
êèñëîòà è âîäîðîä. Ïîä äåéñòâèåì äðóãèõ ìèêðî-
îðãàíèçìîâ ïðîèñõîäèò ïðåâðàùåíèå ýòèõ ïðîäóê-
òîâ â äèîêñèä óãëåðîäà è ìåòàí:
–[Ñ6Í10Î5]n � n Ñ6Í12Î6 �
� 2 n CH3COCOOH + 2 n H2; (1)
CH3COCOOH + H2O �
� CH3COOH + CO2 + 2 H2; (2)
2 CH3COOH + 4 H2 �
� 3 CH3 + CO2 + 2 H2O. (3)
Ìåòàíîãåííûå îðãàíèçìû î÷åíü ëåãêî ïîä-
äàþòñÿ ñàìîîòðàâëåíèþ, â ðåçóëüòàòå ÷åãî ïðå-
êðàùàåòñÿ èõ ðîñò è ïðîèñõîäèò íàêîïëåíèå
äèîêñèäà óãëåðîäà, âîäîðîäà, àöåòàòîâ è ïðî-
ïèîíàòîâ.
Áåëêè ðàçëàãàþòñÿ â ðåàêòîðàõ äî àìèíî-
êèñëîò è îëèãîïåïòèäîâ, êîòîðûå ìîãóò äåçàìè-
íèðîâàòüñÿ äî àììèàêà èëè âîéòè â ñîñòàâ æè-
âîé áèîìàññû. Ìîæåò òàêæå ïðîèçîéòè ðàñùåï-
ëåíèå íåáåëêîâûõ àçîòèñòûõ ñîåäèíåíèé äî
êèñëîò, äèîêñèäà óãëåðîäà è àììèàêà.
Æèðû ðàñùåïëÿþòñÿ âñëåäñòâèå ãèäðîëèçà
íà ãëèöåðîë è æèðíûå êèñëîòû. Óêñóñíàÿ
êèñëîòà è âîäîðîä, îáðàçîâàâøèåñÿ â ðåçóëüòà-
òå ðàçëîæåíèÿ æèðíûõ êèñëîò, ïðåâðàùàþòñÿ â
ìåòàí ïîä äåéñòâèåì ìåòàíîãåííûõ áàêòåðèé:
Òðèãëèöåðèä + Í2 �
� CH3–(CH2CH2)n–ÑÎÎÍ + Ãëèöåðîë; (4)
CH3–(CH2CH2)n–ÑÎÎÍ + 2 n H2Î �
� (n + 1) CH3COOH + 2 n H2. (5)
 àíàýðîáíûõ óñëîâèÿõ, ïðè îòñóòñòâèè òàêî-
ãî îêèñëèòåëÿ, êàê êèñëîðîä, ðàçðóøåíèå àðîìà-
òè÷åñêèõ âåùåñòâ ïðîèñõîäèò áîëåå ñëîæíî, â
ìíîãîýòàïíîì ïðîöåññå, ïðè ó÷àñòèè ðàçëè÷íûõ
ôåðìåíòîâ. Îäíèì èç íàèáîëåå ñóùåñòâåííûõ
ôàêòîðîâ, îïðåäåëÿþùèõ ñêîðîñòü ôåðìåíòàòèâ-
íîé ðåàêöèè, ÿâëÿåòñÿ êîíöåíòðàöèÿ ñóáñòðàòà
(ñóáñòðàòîâ) è ïðîäóêòà (ïðîäóêòîâ). Ïðè ïîñòî-
ÿííîé êîíöåíòðàöèè ôåðìåíòà ñêîðîñòü ðåàêöèè
ïîñòåïåííî óâåëè÷èâàåòñÿ, äîñòèãàÿ îïðåäåëåííîãî
ìàêñèìóìà, êîãäà äàëüíåéøåå óâåëè÷åíèå êîëè÷å-
ñòâà ñóáñòðàòà ïðàêòè÷åñêè íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ
íà ñêîðîñòü ôåðìåíòàòèâíîé ðåàêöèè. Â òàêèõ
ñëó÷àÿõ ïðèíÿòî ñ÷èòàòü, ÷òî ñóáñòðàò íàõîäèòñÿ
â èçáûòêå, à ôåðìåíò ïîëíîñòüþ íàñûùåí, òî åñòü
âñå ìîëåêóëû ôåðìåíòà ñâÿçàíû ñ ñóáñòðàòîì.
Îãðàíè÷èâàþùèì ñêîðîñòü ðåàêöèè ôàêòî-
ðîì â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ñòàíîâèòñÿ êîíöåíòðà-
öèÿ ôåðìåíòà. Èìåííî ïðè ýòèõ óñëîâèÿõ îïðå-
äåëÿþò âåëè÷èíó ìàêñèìàëüíîé ñêîðîñòè Vmax
è çíà÷åíèÿ êîíñòàíòû Ìèõàýëèñà Km (ðèñ.2).
Ñêîðîñòü ëþáîé ôåðìåíòàòèâíîé ðåàêöèè íå-
ïîñðåäñòâåííî çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè ôåðìåíòà.
Ñóùåñòâóþùàÿ ëèíåéíàÿ çàâèñèìîñòü ìåæäó ýòè-
ìè âåëè÷èíàìè, êîãäà ñêîðîñòü ðåàêöèè ïðÿìî
ïðîïîðöèîíàëüíà êîëè÷åñòâó ïðèñóòñòâóþùåãî
ôåðìåíòà, ñïðàâåäëèâà òîëüêî â îïðåäåëåííûõ
óñëîâèÿõ, íàïðèìåð, â íà÷àëüíûé ïåðèîä ôåðìåí-
òàòèâíîé ðåàêöèè, òàê êàê â ýòîò ïåðèîä ïðàêòè-
÷åñêè íå ïðîèñõîäèò îáðàòíîé ðåàêöèè, à êîíöåí-
òðàöèÿ ïðîäóêòà îêàçûâàåòñÿ íåäîñòàòî÷íîé äëÿ
îáðàòèìîñòè ðåàêöèè. Èìåííî â ýòîì ñëó÷àå ñêî-
ðîñòü ðåàêöèè (òî÷íåå, íà÷àëüíàÿ ñêîðîñòü ðåàê-
öèè v) áóäåò ïðîïîðöèîíàëüíà êîíöåíòðàöèè ôåð-
ìåíòà. Ôåðìåíò ÿâëÿåòñÿ îäíîé èç ðåàãèðóþùèõ
ìîëåêóë â õèìè÷åñêîé ðåàêöèè è ïðè âçàèìîäåé-
ñòâèè ñ ñóáñòðàòîì îáðàçóåò ïðîìåæóòî÷íûé ôåð-
ìåíò — ñóáñòðàòíûé êîìïëåêñ, êîòîðûé ïîäâåðãà-
åòñÿ ðàñïàäó íà ïðîäóêò è ñâîáîäíûé ôåðìåíò:
E + S � ES � E + P. (6)
Åñëè óïðîñòèòü ýòî óðàâíåíèå, èñêëþ÷èâ
ïðîìåæóòî÷íûé ES-êîìïëåêñ:
E + S � E + P, (7)
òî â óðàâíåíèÿõ äëÿ ñêîðîñòåé ïðÿìîé è îáðàò-
íîé ðåàêöèé îáÿçàòåëüíûì êîìïîíåíòîì ÿâëÿåò-
ñÿ êîíöåíòðàöèÿ ôåðìåíòà:
v+1 = k+1 [E].[S]; (8)
v+2 = k–1 [E].[P]. (9)
14 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2011. ¹ 1
Ðèñ.2. Çàâèñèìîñòü ñêîðîñòè ðåàêöèè îò êîíöåíòðàöèè ôåð-
ìåíòà â ïðèñóòñòâèè íàñûùàþùèõ êîíöåíòðàöèé ñóáñòðàòà.
Îäíàêî â óðàâíåíèÿõ äëÿ êîíñòàíòû ðàâíî-
âåñèÿ (Keq èëè Êð) êîíöåíòðàöèÿ ôåðìåíòà óæå
íå èìååò çíà÷åíèÿ:
Kp = k+1/k–1 = ([E].[P])/
/([E].[S]) = [P].[S]. (10)
Êîíñòàíòà ðàâíîâåñèÿ Kð ôåðìåíòàòèâíîé
ðåàêöèè íå çàâèñèò îò êîíöåíòðàöèè ôåðìåíòà.
Îïðåäåëÿÿ ñêîðîñòü è íàïðàâëåíèå õèìè÷åñêîé
ðåàêöèè, ôåðìåíò íå îêàçûâàåò âëèÿíèÿ íà êîíå÷-
íûå (ðàâíîâåñíûå) êîíöåíòðàöèè ðåàãèðóþùèõ
ìîëåêóë è ïðîäóêòîâ, îïðåäåëÿþùèõ âåëè÷èíó
êîíñòàíòû ðàâíîâåñèÿ.
Ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèé [5–7] ïîçâîëÿþò ñäå-
ëàòü âûâîä, ÷òî òåõíîëîãèÿ àíàýðîáíîé ïåðåðàáîòêè
òâåðäîãî íàâîçà ñ ðàçáàâëåíèåì åãî æèäêîé ôðàêöè-
åé ñáðîæåííîãî îñàäêà ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü âûõîä
áèîãàçà íà 50–80 % ïî ñðàâíåíèþ ñ òåõíîëîãèåé
ïåðåðàáîòêè æèäêîãî íàâîçà, ñíèçèòü çàòðàòû ýíåð-
ãèè íà ïîäîãðåâ èñõîäíîãî íàâîçà äî òåìïåðàòó-
ðû áðîæåíèÿ â 1,3–2 ðàçà â çàâèñèìîñòè îò âëàæ-
íîñòè èñõîäíîãî òâåðäîãî íàâîçà.
Õîòÿ îäíèì èç ñóùåñòâåííûõ ôàêòîðîâ,
âëèÿþùèõ íà ïîêàçàòåëè áèîãàçîâîé óñòàíîâêè,
ÿâëÿþòñÿ ïðèðîäíî-êëèìàòè÷åñêèå óñëîâèÿ æè-
âîòíîâîä÷åñêèõ ôåðì, íàèáîëüøåå âëèÿíèå íà
òåïëîâîé áàëàíñ îêàçûâàåò ñîäåðæàíèå ñóõîãî
îðãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà (ÑÎÂ) â ñáðàæèâàåìîé
áèîìàññå. Àâòîðàìè äàííîé ðàáîòû áûëè ïðîâå-
äåíû ñîîòâåòñòâóþùèå ýêñïåðèìåíòàëüíûå èñ-
ñëåäîâàíèÿ íà áèîýíåðãåòè÷åñêîé óñòàíîâêå
ÏÆÊ êîìáèíàòà ÎÀÎ «Çàïîðîæñòàëü», îïè-
ñàííîé â [1, 2, 5]. Óñðåäíåííûå ðåçóëüòàòû èñ-
ñëåäîâàíèé ïðåäñòàâëåíû íà ðèñ.3.
Ïî ðåçóëüòàòàì ïðîâåäåííûõ èññëåäîâàíèé
ìîæíî ñäåëàòü âûâîäû, ÷òî ïðè ñîäåðæàíèè
ÑÎÂ íå áîëåå 20 êã/ì3 áèîãàçîâûå óñòàíîâêè
èìåþò ñðàâíèòåëüíî ìàëûé âûõîä áèîãàçà è, ñëå-
äîâàòåëüíî, îòðèöàòåëüíûé òåïëîâîé áàëàíñ.
Ìàêñèìàëüíûé âûõîä áèîãàçà èìåþò óñòàíîâêè,
ðàáîòàþùèå â ìåçîôèëüíîì ðåæèìå, â êîòîðûõ
ñîäåðæàíèå ÑÎÂ ñîñòàâëÿåò 80 êã/ì3 â óòðåí-
íèå ÷àñû.  ýòîì ñëó÷àå ðàñõîäû ýíåðãèè íà
ñîáñòâåííûå íóæäû ñîñòàâëÿþò 20–22 %. Â
îñåííåå è âåñåííåå âðåìÿ ãîäà íàèáîëåå âû-
ãîäíûé òåïëîâîé áàëàíñ èìåþò óñòàíîâêè, ïå-
ðåðàáàòûâàþùèå íàâîç ñ ñîäåðæàíèåì ÑÎÂ
áîëåå 40 êã/ì3. Â çèìíèé ïåðèîä êîýôôèöè-
åíò ðàñõîäà ýíåðãèè íà ñîáñòâåííûå íóæäû
ìîæåò ïðåâûñèòü 50 % äàæå ïðè ñáðàæèâàíèè
íàâîçà ñ ÑÎÂ 80 êã/ì3.
Íà îñíîâàíèè ìàòåìàòè÷åñêèõ âû÷èñëå-
íèé è îáðàáîòêè ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåí-
òàëüíûõ äàííûõ áûëî âûâåäåíî ýêñïîíåíöè-
àëüíîå óðàâíåíèå êîëè÷åñòâà âûõîäà áèîãàçà
îò ñîäåðæàíèÿ ÑÎÂ:
y = 2,833 e0,0283x. (11)
Ðåçóëüòàòû ýòèõ èññëåäîâàíèé èìåþò ñóùå-
ñòâåííóþ ïðàêòè÷åñêóþ çíà÷èìîñòü è äîëæíû
ó÷èòûâàòüñÿ ïðè ðàçðàáîòêå, ââåäåíèè â äåé-
ñòâèå è ýêñïëóàòàöèè áèîãàçîâûõ óñòàíîâîê.
Àíàëèòè÷åñêîãî ìåòîäà îïðåäåëåíèÿ îïòè-
ìàëüíîé ïðîäîëæèòåëüíîñòè ðåàãèðîâàíèÿ íà-
âîçà ïîêà íåò, à èìåþùèåñÿ ðåêîìåíäàöèè ñâî-
äÿòñÿ ê òîìó, ÷òî îáðàáîòêó íàâîçà ñëåäóåò ïðå-
êðàòèòü, êîãäà íàñòóïèò ðåçêîå óìåíüøåíèå ãà-
çîâûäåëåíèÿ.  ýòîì ñëó÷àå èìååò ìåñòî ñóáú-
åêòèâíàÿ îöåíêà óêàçàííîãî ìîìåíòà, â ðåçóëü-
òàòå ÷åãî è íåò åäèíîãî ìíåíèÿ î ìàêñèìàëüíîé
ïðîäîëæèòåëüíîñòè îáðàáîòêè.
Ýôôåêòèâíîå ïðîèçâîäñòâî áèîãàçà âîç-
ìîæíî ëèøü â ñëó÷àå, êîãäà ñóììàðíàÿ ýíåðãèÿ
ïîëó÷åííîãî áèîãàçà áóäåò çíà÷èòåëüíî ïðåâû-
øàòü ðàñõîä ýíåðãèè íà åãî ïðîèçâîäñòâî, òî
åñòü äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ óñëîâèå ïîëó÷åíèÿ
áèîãàçà, êîòîðîå â îáùåì âèäå ìîæåò áûòü
ïðåäñòàâëåíî òàê:
máì = máã – q/w, (12)
ãäå máì — êîëè÷åñòâî òîâàðíîãî áèîãàçà (ïîñëå
ó÷åòà çàòðàò), ì3; máã — îáùåå êîëè÷åñòâî ïî-
ëó÷åííîãî áèîãàçà, ì3; q — ðàñõîä ýíåðãèè íà
ñîáñòâåííûå íóæäû óñòàíîâêè, êÄæ; w — òåï-
ëîòâîðíàÿ ñïîñîáíîñòü áèîãàçà, êÄæ/ì3.
Âûâîäû
Íà îñíîâàíèè ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ
âûâåäåíî ýêñïîíåíöèàëüíîå óðàâíåíèå êîëè÷å-
ñòâà âûõîäà áèîãàçà îò ñîäåðæàíèÿ ñóõîãî îð-
ãàíè÷åñêîãî âåùåñòâà.
Ïîêàçàíî, ÷òî òåõíîëîãèÿ àíàýðîáíîé ïåðåðà-
áîòêè òâåðäîãî íàâîçà ñ ðàçáàâëåíèåì åãî æèäêîé
ôðàêöèåé ñáðîæåííîãî îñàäêà ïîçâîëÿåò ïîâûñèòü
Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2011. ¹ 1 15
Ðèñ.3. Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé çàâèñè-
ìîñòè âûõîäà áèîãàçà îò ñîäåðæàíèÿ ÑΠâ íî÷íûå
(êâàäðàòû) è äíåâíûå (êðóãè) ÷àñû.
âûõîä áèîãàçà íà 55–70 % è ñíèçèòü çàòðàòû
ýíåðãèè íà òåõíîëîãè÷åñêèé ïðîöåññ â 1,2–1,7
ðàçà â çàâèñèìîñòè îò âëàæíîñòè.
Ñïèñîê ëèòåðàòóðû
1. Êóðèñ Þ.Â., Êðþ÷êîâ Å.Í. Àíàëèç ýíåðãåòè÷åñêî-
ãî áàëàíñà ïðîèçâîäñòâåííî-æèâîòíîâîä÷åñêîãî
êîìïëåêñà ÇÀÎ «Çàïîðîæñòàëü» ñ èñïîëüçîâàíèåì
áèîýíåðãåòè÷åñêîé óñòàíîâêè // Ñá. êîíô. «Áèî-
òåõíîëîãèÿ : Îáðàçîâàíèå, íàóêà». — Êèåâ : ÍÒÓ
«ÊÏÈ», 2003. — Ñ. 141–143.
2. Êóðèñ Þ.Â., Ñòåïàíîâ Ä.Â., Òêà÷åíêî Ñ.È. è äð.
Óâåëè÷åíèå ýôôåêòèâíîñòè äàëüíåéøåãî èñïîëüçî-
âàíèÿ è ñæèãàíèÿ áèîãàçà : Äîñòèæåíèÿ è ïåðñïåê-
òèâû // Ýíåðãåòèêà è ýëåêòðèôèêàöèÿ. — 2006.
— ¹ 12. — Ñ. 67–79.
3. Áààäåð Â., Äîíå Å., Áðàéíäåðôåð Ì. Áèîãàç : Òåî-
ðèÿ è ïðàêòèêà. — Ì. : Êîëîñ, 1982. — 148 ñ.
4. Ïåðâàÿ â Óêðàèíå ìåæäóíàðîäíàÿ êîíôåðåíöèÿ
«Ýíåðãèÿ èç áèîìàññû» : Òåç. äîêë. (Êèåâ, 23–26
ñåíò. 2002 ã.). — Êèåâ, 2002. — 314 ñ.
5. Êóðèñ Þ.Â., Òêà÷åíêî Ñ.È. Àíàëèç ýôôåêòèâíî-
ñòè ìèðîâîãî ýíåðãåòè÷åñêîãî è ýêîëîãè÷åñêîãî èñ-
ïîëüçîâàíèÿ áèîìàññû // Ïðîì. ýëåêòðîýíåðãåòè-
êà. — 2008. — ¹ 5. — Ñ. 35–41.
6. Êóðèñ Þ.Â., Ìàéñòðåíêî À.Þ., Íåñòåðåíêî À.Â.,
Ñòåïàíîâ Ä.Â. Ñîöèàëüíûå è ýêîíîìè÷åñêèå àñïåê-
òû â îáëàñòè àëüòåðíàòèâíîé ýíåðãåòèêè // Òàì
æå. — 2007. — ¹ 4. — Ñ. 45–48.
7. Êóð³ñ Þ.Â., Íåñòåðåíêî À.Â. Ìåòîäè çíèæåííÿ
åêîëîã³÷íèõ âèêèä³â íåòðàäèö³éíèõ äæåðåë åíåð㳿
// Ìàòåð³àëè ì³æâóç. íàóê. êîíô. «Ñó÷àñí³
åêîëîã³÷í³ ïðîáëåìè — III». — Çàïîð³ææÿ, 2006.
— Ñ. 39–43.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 06.04.10
16 Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå. 2011. ¹ 1
The Efficiency of Bio Power Fuel
Anaerobic Manufacture Technology
Kachan Yu.G., Kuris Yu.V., Levitskaja I.N.
Zaporozhye State Engineering Academy
The investigation results in anaerobic fermentation area are submitted. The influence of
some factors on methane formation is displayed. Exponential equation of biogas output
from dry organic substance content is deduced. It is displayed that anaerobic processing
technology for solid manure and dilution with manure liquid fraction of fermented de-
posit allows to increase biogas output on 55-70 % and decrease technological process en-
ergy consumption in 1,2–1,7 times depending on humidity.
Key words: biogas, anaerobic fermentation, methane formation.
Received April 6, 2010
Ïîäïèñûâàéòåñü íà æóðíàë
«Ýíåðãîòåõíîëîãèè è ðåñóðñîñáåðåæåíèå» (èíäåêñ 74546)
íà 2011 ã. ïî Êàòàëîãó èçäàíèé Óêðàèíû,
Êàòàëîãó Àãåíòñòâà «Ðîñïå÷àòü»,
Ñâîäíîìó Êàòàëîãó àãåíòñòâà «ÓÊÐÈÍÔÎÐÌÍÀÓÊÀ» äëÿ
èçäàíèé, âûïóñêàåìûõ àêàäåìèÿìè íàóê — ÷ëåíàìè ÌÀÀÍ
Èíôîðìàöèþ î æóðíàëå
è ïðàâèëàõ îôîðìëåíèÿ ñòàòåé ìîæíî íàéòè íà ñàéòàõ:
http://www.ingas.org.ua/index.files/Page765.htm
http://www.nbuv.gov.ua/portal/natural/ETRS/index.html
|