Возможности переработки органических отходов предприятий Украины для

производства биогаза

Кучерук П., Ходаковская Т.

Международная конференция «Биомасса»

4 ноября 2009 г., Киев, Украина

Институт технической теплофизики НАН Украины

Научно-технический центр «Биомасса»

ИТТФ НАН УкраиныНТЦ Биомасса

Что можно переработать в биогаз?

Навоз, помет Растительные остатки при уборке урожая (ботва, некондиционный

урожай) Солодовая и хмелевая дробина Свекольный жом Спиртовая барда Осадки сточных вод Сточные воды предприятий мясо-молочной промышленности Жировые флото-шламы Жировые отходы цехов забоя животных Кукуруза на силос, мискант, сорго, клевер и др. Фруктовые выжимки Пищевые отходы консервных заводов Водная растительность Сточные воды картонно-бумажных предприятий Абсорберы и фильтры органических загрязнений Листва Садовые отходы (трава, обрези кустов, некондиционный урожай) Солома зерновых

Динамика изменения поголовья в животноводстве за период с 1990 по 2007 г.г.

0

5000

10000

15000

20000

25000

1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

ВР

Х, С

ви

нь

и, т

ыс.

гол

0

20

40

60

80

100

120

140

Пти

ца,

мл

н.г

ол

ВРХ, тыс. гол Свиньи, тыс. гол Птица, млн. гол

Поголовье в 2007 г. по отношению к 1990 г., в %: • ВРХ – 9 %

• Свиньи – 20 %• Птица – 60 %

Источник: Госкомстат Украины

Динамика изменения производства некоторых продуктов за период с 1990 по 2007 г.г.

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

50000

1988 1990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008

Сах

арн

ая с

век

ла,

ты

с.т

0

50

100

150

200

250

300

350

Сы

ры

жи

рн

ые,

ты

с.т;

Пи

во

, мл

н.д

ал

Сахарная свекла, тыс.т Сыры жирные, тыс.т Пиво, млн. дал

Источник: Госкомстат Украины

Производство в 2007 г. по отношению к 1990 г., в %: • Сахарная свекла – 38 %• Сыры жирные – 134 %

• Пиво – 229 %

Оценка потенциала производства биогаза в Украине

Тип предприятия Основные виды

отходов

Содержание сухих

веществ,

%; ХПК, г/л

Всего пред-

приятий

Всего обра-зуется

отходов,

млн. т/год

Потенциал производства

биогаза,

млн. м3/год

Фермы КРС Навоз 10-12 % 5,734 20.5 719

Свинофермы Навоз 7-10 % 6,515 4.7 180

Птицефабрики Помет 25-30 % 861 2.9 326

Пивоваренные заводы

Дробина пивная 20-25 % 50 1.4 171

Сахарные заводы

Жом свекольный 10-12 % 184 6.5 216

Спиртовые заводы

Барда 6-8 % 82 4.5 180

Переработка молока/ производство сыра

Сточные воды

Молочная сыворотка

1-6 г/л

6-7 %

300

0.9

2.5

90

Энергетические плантации

Силос кукурузы 20-35 %842 тыс. га (18 %

свободных площадей)1610

Всего 43,9 3492

Потенциал производства биогаза на животноводческих предприятиях Украины

129 ths. tce 234 ths. tce564 ths. tce

Всего по Украине

927 ths. tce

В долях, по отраслям

Всего по отраслям

Потенциал строительства БГУ на животноводческих предприятиях Украины

ВсегоВсего

установок

10,050

3,050

300

12,800

Типовая схема станции совместного анаэробного сбраживания

Реактор-смеситель полупроточного типа / CSTR

Условия применения Влажность смеси субстратов W = 88-93 % Гомогенный состав смеси субстратов Ежесуточное периодическое поступление субстрата

Типы метангенераторов

Реактор-вытеснительпроточного типа Влажность смеси субстратов W = 88-95 %

Гомогенный состав смеси субстратов Непрерывное поступление субстрата

Крытые лагуны

Влажность смеси субстратов W > 93 % Гомогенный состав смеси субстратов

Требует хорошо организованной системы перемешивания

Типичный реактор для средних и крупных БГУ в животноводстве

Хорошо применим при высоких требованиях к качеству органических удобрений

Альтернативное решение для небольших биогазовых проектов

Альтернативное решение для обезвреживания навозных стоков Наиболее применим в регионах с теплым климатом

Реактор-вытеснитель для «сухих» субстратов

Условия применения «Сухие» субстраты – энергетические растения Ежесуточное периодическое поступление субстрата Гомогенный состав смеси субстратов

Типы метангенераторов

Колонный реактор / DRANKO Применим для сухих и вязких субстратов

UASB Промышленные сточные воды с ХПК > 0,3 г/л (2-20 гХПК/л) Растворенные легкоразлагаемые органические загрязнения

Необходимы площади для складирования/силосования

Хорошее решение для БГУ коммерческого типа

Нет необходимости в применении перемешивающих устройств

Производительность – 6-14 кгХПК/(м3*сут)

Чувствительность гранулированного анаэробного ила к составу сточных вод

Возможность переработки полифракционных смесей/ТБО Ежесуточное периодическое поступление субстрата

Эффект удаления ХПК – 80-90%

UAFP

Условия примененияТипы метангенераторов

Применим при относительно низких температурах процесса, слабо- и сильнозагрязненных сточных водах

Повышенная устойчивость к изменению состава сточных вод

EGSB Промышленные сточные воды с ХПК < 1-2 г/л

Производительность – 20 кгХПК/(м3*сут)

Увеличенные энергозатраты на циркуляцию жидкости

Необходимость рециркуляции жидкости

AFBR/SMAR

Применим для слабозагрязненных промышленных сточных вод

Увеличенные энергозатраты на циркуляцию жидкости

Заиление загрузки Большой процент неактивной площади носителя

Производительность – 1.3-24 кгХПК/(м3*сут)

Увеличенные энергозатраты на циркуляцию жидкости

Большой процент активной площади носителя

Особенности организации производства биогаза на некоторых типах предприятий

Сезонность работы (60-90 дней) Необходимость использования дополнительных косубстратов

для круглогодичной эксплуатации станции (кукуруза, другое) Негативное влияние формалина, применяющегося при

диффузии свекольного сока, на метаболизм бактерий Конкурентный спрос на свекольный жом как кормовой продукт

Сахарные заводы

Птицефабрики

Необходимость организовывать водный рецикл в случае переработки сухого помета (W=70-75 %) Необходимость поиска дополнительных углеродсодержащих косубстратов для повышения эффективности процесса Невозможность организации процесса при напольном содержании птицы с использованием подстилки (опилок)

Идея совместного сбраживания

• Оптимизация компонентного состава сбраживаемой смеси для устойчивого эффективного метаболизма консорциума микроорганизмов

• Повышение удельного выхода биогаза с единицы объема биореактора

• Нормализация содержания влаги в сбраживаемой смеси

Характеристики некоторых субстратов

Субстрат Выход биогаза,

м3/т

Содержание СН4, %

Навоз КРС 20-30 60

Навоз свиней 20-35 60-70

Куринный помет 70-90 60

Силос кукурузы 170-200 50-55

Силос травы 170-200 54-55

Лист свекольный ≈70 54-55

Статистика использования разных косубстратов в Германии

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

силос

ная

куку

руза

травя

ной

силос

отхо

ды зерно

вых,

полов

а

жиры

скош

енна

трав

а

молочн

ая си

воро

тка

пищ

евые

отхо

ды

овощ

ные

отхо

ды

карто

фел

ь

карто

фел

ьная

мез

га

сточ

ные

воды

отн

ос

ите

ль

но

е и

сп

ол

ьзо

ва

ни

е, %

Складирование косубстратов

Лаборатория биоэнергетики Института технической теплофизики НАН Украины

Проекты: НИР «Разработка и исследование технологий совместного анаэробного сбраживания отходов животноводства и растительности Украины» целевой программы научных исследований НАН Украины «Биотоплива» НИР «Малогабаритный биореактор – проект «BIOREACTOR» EU 4528» Международной европейской инновационной научно-технической программы EUREKA

Спасибо за внимание!

Контактная информация:

Петр Кучерук

Тел/факс: +380 44 456 9462

E-mail: kucheruk@biomass.kiev.ua,

www.biomass.kiev.ua

ИТТФ НАН Украины НТЦ «Биомасса»