Лысенко Ольга

старший преподаватель

кафедра «Биотехнология и здоровье человека»

Кременчугский национальный университет

имени Михаила Остроградского

г. Кременчуг

ИССЛЕДОВАНИЕ БИОГАЗА, ПОЛУЧЕННОГО ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

Современный уровень развития цивилизации требует значительных объёмов потребления энергии, в том числе нефти и газа, запасы которых интенсивно снижаются. Поэтому поиск альтернативных источников энергии является важной и актуальной задачей.

Материал и результаты исследований. Биогаз образуется при разложении органических субстанций в результате анаэробного микробиологического процесса – метанового брожения. В качестве сырья для промышленного производства биогаза используют разнообразные отходы органического происхождения. Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, сахарных и спиртовых заводах, мясокомбинатах, при очистке сточных вод мегаполисов [1].

Экологически важной (и удовлетворительно не решенной в Украине) является проблема утилизации листьев, опавших с деревьев в городских парках, сорняков и т. п. Природные процессы разложения биомассы листьев замедлены и составляют, в зависимости от влажности среды, более 2-х лет [2]. Утилизация растительной биомассы в мусоронакопителях требует значительных затрат, а сжигание такого сырья ведёт к загрязнению атмосферы и запрещено законодательно. Поэтому наиболее целесообразным решением проблемы утилизации растительной биомассы (опавших листьев, сорняков и т.п.) явилось бы получение биогаза.

Для образования биогаза из растительного сырья необходимо прежде всего создание комфортных анаэробных условий для жизнедеятельности гидролизных бактерий (они отвечают за процессы разрушения биомассы под диссоциирующим действием воды и температуры), кислотообразующих бактерий (они позволяют получить из гидролизованных продуктов молекулы органических кислот) и метанообразующих, которые регулируют процессы потребления органических кислот и образования биогаза.

Цель проведенных исследований – определить условия, необходимые для такого процесса разложения опавших листьев, продуктами которого были бы горючий газ и органическое удобрение, а также определить теплотворные характеристики полученного биогаза.

В качестве растительного сырья осенью были собраны опавшие кленовые листья в нескольких районах г. Кременчуга. Центральная часть города (парк «Юбилейный») имеет минимальный уровень загрязнённости атмосферы и максимальную удалённость от промзоны. Нагорная часть города (ул.Киевская) характеризуется интенсивным транспортным потоком трассы «Киев-Днепропетровск», а также близостью КрАЗа и КрКЗ. Посёлок Молодёжный максимально приближен к промзоне (КНПЗ, КЗТУ), имеет высокий уровень загрязнённости атмосферы, значительный транспортный поток.

Сырьё в равных по массе частях было помещено в стеклянные ёмкости. Для заселения питательной среды анаэробными бактериями и оптимизации влажности в растительную массу была добавлена илистая (не проточная) вода из Кременчугского водохранилища. С этой целью можно использовать и сточные воды.  Катализаторы не добавлялись.

Существуют два основных режима гниения – мезофильный (при температуре 25⁰-40⁰С) и термофильный (при температуре выше 40⁰С). Для наших исследований был избран наиболее распространённый – мезофильный режим. Влажная растительная масса была поставлена в тёмное место под водяной затвор, перекрывающий доступ воздуха. На протяжении 10-12 недель температура растительной смеси круглосуточно поддерживалась в интервале 28⁰-32⁰С. Уровень рН образовавшейся смеси составил 6.0 – 7.0. Выделяющийся в процессе гниения биогаз накапливался в специальных камерах. Из каждого килограмма растительной массы в течение 3 месяцев выделилось по 3-5 л биогаза при норм. атм. давлении.

Удельная теплота сгорания полученного биогаза определена экспериментально с помощью эталонного металлического теплоприёмника. Указанная величина определяется в основном содержанием метана, поскольку незначительные количества водорода и сероводорода на этот показатель практически не влияют. Для полученного биогаза теплотворная способность составила от 0,18 МДж до 1,37 МДж/кг (или до 0,34 ккал/л). Для сравнения: коксогаз – 16 МДж/кг, природный газ – 35 МДж/кг. Теплотворная способность биогаза, содержащего 70% метана, составляет 25,1 кДж/л или 5,99 ккал/л [3].

Выводы. Биогаз можно успешно получать из растительного сырья парковых пород деревьев. Использование такого сырья позволяет параллельно решать и энергетические, и экологические, и даже социальные вопросы. Теплотворные характеристики получаемого биогаза указывают на возможную экономичность его производства. Оставшийся субстрат можно использовать в качестве удобрения.

Литература

1. Мариненко Е. Е. Основы получения и использования биотоплива для решения вопросов энергосбережения и охраны окружающей среды в жилищно-коммунальном и сельском хозяйстве: Учебное пособие. – Волгоград: ВолгГАСА, 2003. – 100 с.

2. Биотехнология и охрана окружающей среды: учебное пособие / Малофеев В. М.– М.: Арктос, 1998. – 188 с.

3. Газы природные для промышленного и коммунально-бытового назначения. ГОСТ 5542-87.