Навоз КРС
Навоз КРС наиболее подходящее сырье для переработки в биогазовых установках, так как метанопроизводящие бактерии уже содержатся в желудке КРС. Однородность навоза КРС позволяет рекомендовать его для использования в установках непрерывного сбраживания.
Обычно свежий навоз смешивают с водой и выбирают из него непереваренную солому для предотвращения осадка и корки. Моча КРС значительно увеличивает количество вырабатываемого биогаза, поэтому рекомендуется строить фермы с бетонным полом и прямым гидросливом экскрементов в емкость для смешивания сырья.
Свиной навоз
При содержании свиней в загонах и стойлах без вымощенного покрытия, можно использовать лишь навоз. Он должен быть разбавлен водой для достижения правильной консистенции для переработки. Это может привести к большим количествам песка и мелких камешков в реакторе, если не оставить разбавленное сырье в емкости для смешивания для того, чтобы песок осел.
Попадающий в реактор песок и земля скапливается на дне реактора и должен периодически вычищаться. Также как и в случае с навозом КРС, рекомендуется строить фермы с бетонным полом и прямым сливом экскрементов в емкость для смешивания сырья.
Овечий и козий навоз
Для овец и коз, содержащихся без вымощенного покрытия, ситуация является схожей с описанной для свиного навоза. Так как козья ферма является практически единственным местом для сбора достаточного количества навоза, да и тогда только при условии соломенной подстилки, сырье для биогазовой установки в основном представляет собой смесь навоза и соломы.
Большинство систем, перерабатывающих такое сырье работают в режиме порционной загрузки, при котором смесь навоза, соломы и воды загружается без предварительной подготовки и остаются в реакторе на более продолжительный срок, чем чистый навоз.
Куриный помет
Для переработки куриного помета рекомендуется клеточное содержание птиц или установку насеста над подходящей для сбора помета площадью ограниченного размера. В случае напольного содержания птиц доля песка, опилок, соломы в помете будет слишком высока. Нужно учитывать возможные проблемы и проводить чистку реактора чаще, чем при работе с другими видами сырья.
Куриный помет хорошо сочетается с навозом КРС и может перерабатываться вместе с ним. При использовании чистого птичьего помета в качестве сырья существует опасность высокой концентрации аммиака, но есть много примеров хорошо работающих установок на смешанном сырье.
Фекалии
Если фекалии перерабатываются в биогазовых установках, туалеты должны быть устроены так, что фекалии смываются малым количеством воды. Нужно убедиться, что в туалет не попадает вода из других источников, а количество смывающей воды должно быть ограничено 0.5 – 1 литром воды для предотвращения чрезмерного разбавления сырья8.
Выход газа и содержание метана
Выход газа обычно подсчитывается в литрах или кубических метрах на килограмм сухого вещества, содержащегося в навозе. В таблице показаны значения выхода биогаза на килограмм сухого вещества для разных видов сырья после 10-20 дней ферментации при мезофильной температуре.
Для определения выхода биогаза из свежего сырья с помощью таблицы, сначала нужно определить влажность свежего сырья. Для этого можно высушить килограмм свежего навоза, высушить его и взвесить сухой остаток. Влажность навоза в процентах можно подсчитать по формуле: (1 – вес высушенного навоза)×100%.
Таблица 6. Выход биогаза и содержание в нем метана при использовании разных типов сырья
| Тип сырья | Выход газа (м3 на килограмм сухого вещества) |
Содержание метана (%) |
|---|---|---|
| Навоз КРС | 0,250 – 0,340 | 65 |
| Свиной навоз | 0,340 – 0,580 | 65-70 |
| Птичий помет | 0,310 – 0,620 | 60 |
| Конский навоз | 0,200 – 0,300 | 656-60 |
| Овечий навоз | 0,300 – 0,620 | 70 |
Подсчитать, какое количество свежего навоза с определенной влажностью будет соответствовать 1 кг сухого вещества, можно следующим образом: от 100 отнимаем значение влажности навоза в процентах, а затем делим 100 на это значение: 100: (100% – влажность в %).
Пример 1: если вы определили, что влажность используемого в качестве сырья навоза КРС равна 85%, то 1 килограмм сухого вещества будет соответствовать 100:(100 – 85) = около 6,6 килограмм свежего навоза. Значит, с 6,6 килограммов свежего навоза мы получаем 0,250 – 0,320 м3 биогаза, а с 1 килограмма свежего навоза КРС можно получить в 6,6 раз меньше: 0,037 – 0,048 м3 биогаза.
Пример 2: Вы определили влажность свиного навоза – 80%, значит 1 килограмм сухого вещества будет равен 5 килограммам свежего свиного навоза. Из таблицы мы знаем, что 1 килограмм сухого вещества (или 5 кг свежего свиного навоза) выделяет 0,340 – 0,580 м3 биогаза. Значит, 1 килограмм свежего свиного навоза выделяет 0,068 – 0,116 м3 биогаза.
Примерные значения
Если известен вес суточного свежего навоза, то суточный выход биогаза в условиях Кыргызстана будет примерно следующим:
• 1 тонна навоза КРС 40-50 м3 биогаза
• 1 тонна свиного навоза 70 – 80 м3 биогаза
• 1 тонна птичьего помета 60 -70 м3 биогаза
Нужно помнить, что примерные значения приводятся для готового сырья влажностью 85% – 92%.
Вес биогаза
Объемный вес биогаза составляет 1,2 кг на 1 м3, поэтому при подсчете количества получаемых удобрений необходимо вычитать его из количества перерабатываемого сырья8.
Для среднесуточной загрузки 55 кг сырья на голову КРС и дневном выходе биогаза 2,2 – 2,7 м3 на голову скота, масса сырья уменьшится на 4 – 5% в процессе переработки в биогазовой установке.
Проблема корки
Если наблюдается высокий объем газа, но он недостаточно горючий, это часто означает, что на поверхности сырья в реакторе образовалась пена или корка. Если давление газа совсем низкое, это тоже может означать, что образовалась корка, блокирующая газовую трубу. Необходимо удалять корку с поверхности сырья в реакторе.
Удаление корки
Особенностью корки, которая образуется на поверхности сырья в реакторе биогазовой установки является то, что она не ломкая, но тягучая и может стать очень твердой в течение короткого периода времени. Для ее разрушения нужно поддерживать ее в увлажненном состоянии. То есть, корку можно полить сверху водой или опустить в сырье.
Сортировка сырья
Солома, трава, стебли травы и даже просто подсохший навоз всплывают на поверхность сырья, а сухие и минеральные вещества оседают на дне реактора и со временем могут закрыть выгрузочное отверстие или уменьшить рабочую площадь реактора. При правильно подготовленном сырье с не слишком высоким содержанием воды такой проблемы не возникает.
Готовое сырье
При использовании свежего навоза КРС не возникает проблемы корки. Проблемы возникают в случае, когда в сырье присутствуют твердые и не разложившиеся органические вещества. Перед строительством установки необходимо проверить корм животных и навоз на возможность переработки в реакторе. Может оказаться необходимым тщательное измельчение корма и, в таком случае, лучше заранее рассчитать дополнительные затраты. Проблема содержания твердых частиц в сырье намного серьезнее для свиного навоза и птичьего помета. Песок, склевываемый курами и попадание перьев в помет делают птичий помет трудным сырьем.
Состав сырья
Исследования химического состава сырья до переработки в биогазовых установках проводились учеными зарубежных стран и Кыргызстана.
Таблица 7. Состав сырья до переработки в биогазовой установке
| Сырье | Влажность, % |
Сухое вещество, % |
Гуминовые кислоты на сухое вещество, % |
Фульвокислоты, % |
Уровень рН |
|---|---|---|---|---|---|
| Навоз | 96-98 | 4 – 2 | 14.8 | 1.6 | 6.5 |
| Навоз и растительные отходы |
96-98 | 4 – 2 | 28.3 | 3.7 | 7.5 | Растительные отходы | 96-98 | 4 – 2 | 33.5 | 4.0 | 7.3 |
Вязкость
Вязкость сырья в процессе переработки заметно уменьшается, так как количество твердого вещества (соломы, и др.) уменьшается путем сбраживания на 50% в стабильных условиях.
Запах
Биоудобрению присущ намного менее интенсивный запах, чем запах используемого сырья (навоз, моча). При наличии достаточного времени сбраживания, почти все пахучие субстанции полностью перерабатываются.
Питательные вещества
Питательные свойства биоудобрения определяются количеством органических веществ и химических элементов, которые оно содержит. Все питательные для растений вещества, такие как азот, фосфор, калий и магнезий, а так же микроэлементы и витамины, необходимые для роста растений сохраняются в биоудобрении. Соотношение углерода и азота (около 1:15) имеет благоприятный эффект на качество почв. В таблице 8 приводится примерное содержание питательных веществ в биоудобрении.
Таблица 8. Содержание элементов в биоудобрении (грамм на кг сухого вещества)
| Сырье | Фосфат P2O5 | Калий K2O | Кальций CaO | Магнезий MgO | Азот Na2O |
|---|---|---|---|---|---|
| Навоз | 3.05 | 5.64 | 3.25 | 0.98 | 1.75 |
| Навоз и растительные отходы |
6.37 | 7.98 | 5.15 | 1.95 | 3.37 |
| Растительные отходы | 6.66 | 8.88 | 5.18 | 2.22 | 3.70 |
Фосфат и калий
Содержание фосфата (форма фосфора, напрямую усваиваемая растениями) не изменяется в процессе ферментации сырья. В этой форме растениями может быть усвоено около 50% общего содержания фосфора. Ферментация не влияет на содержание калия, от 75 до 100% которого может быть усвоено растениями.
Азот
В отличие от фосфата и калия, некоторое количество азота изменяется в процессе ферментации. Около 75% азота, содержащегося в свежем навозе, становится частью органических макромолекул, остальные 25% представлены в минеральной форме. После переработки в биогазовой установке, около 50 % азота в биоудобрении находится в органической форме, и 50% – в минеральной. Минеральный азот может быть напрямую усвоен растениями, а органический азот должен сначала минерализоваться с помощью почвенных микроорганизмов.