Экологический проект "Получение биогаза из органических отходов"

Управление образования г.о Электросталь

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей № 14»

Экологический исследовательский проект

Тема: Получение биогаза из органических отходов

Исполнитель: учащийся 10 А класса
МОУ «Лицей № 14»
Потапов Глеб Сергеевич

Руководитель:
учитель биологии
МОУ «Лицей № 14»
Рубцова Ирина Алексеевна

Электросталь, 2012

СОДЕРЖАНИЕ

1.Введение. Актуальность темы ………………………………………..стр.3

2.Обзор литературы ……………………………………………………..стр.4

2.1. Солнечная энергия…………………………………………………стр.5

2.2. Геотермальная энергия…………………………………………….стр.6

2.3. Энергия ветра……………………………………………………….стр.6

2.4. Энергия мирового океана…………………………………………..стр.7

2.5. Энергия биомассы…………………………………………………..стр.8

2.5.1. Получение биогаза из органических остатков………………..стр.9

2.6. Плюсы и минусы использования НВИЭ…………………………..стр.12

2.7. Современное состояние использования ВИЭ……………………..стр.12

3.Материал и методика…………………………………………………….стр.13

4.Результаты наблюдений………………………………………………….стр.13

5.Выводы и предложения…………………………………………………..стр.15

6.Использованная литература……………………………………………...стр.16

1. ВВЕДЕНИЕ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ.

Обеспечение производственных и бытовых потребителей энергией, соответствующей общественным потребностям, - важнейший фактор экономического роста. Однако этого трудно достичь, опираясь лишь на традиционные источники энергии (нефть, газ, уголь). При современном уровне энергопотребления ресурсов нефти хватит примерно на 50 лет, природного газа на 75, каменного угля - на 170, бурого угля на 500 лет [5]. Поэтому значение нетрадиционных источников энергии (НВИЭ) постоянно повышается (рис.1). Среди них на первое место входит солнечная энергия, геотермальная энергия и энергия биомассы. Последняя, наряду с энергией малых рек, наиболее перспективна для использования в нашей стране [6, 10].

Рис. 1 «Масштабы использования НВИЭ в мире в 90-х гг. XX века» Рис.2 «Потенциал использования НВИЭ»

Особенно важным становится использование автономных источников энергии, работающих на альтернативном топливе, например, биогазе, в маленьких бытовых хозяйствах. Именно этот момент и привлёк автора настоящей работы.

Таким образом, НВИЭ есть альтернатива использованию невозобновляемых видов топлива и загрязнению тем самым окружающей среды. Вопросы использования НВИЭ в городских и пригородных хозяйствах важны для нашего города. Их решение будет способствовать экономической независимости горожан от уровня цен на природный газ и нефть при ведении приусадебного хозяйства.

Актуальность использования НВИЭ обусловлена сложившимся противоречием между необходимостью их использования в современном хозяйстве и недостаточным уровнем информированности населения о способах использования энергии биомассы в качестве НВИЭ.

Это противоречие актуализирует проблему исследования: каковы способы использования энергии биомассы в небольших пригородных хозяйствах?

На основании вышеизложенного была сформулирована тема работы: «Получение биогаза из органических отходов».

Объект исследования: энергетические возможности органических отходов.

Предмет исследования: получение биогаза из органических отходов как возможность обеспечения энергией малые пригородные хозяйства.

Цель работы: реализация способа получения биогаза из органических отходов в пригородном хозяйстве.

Гипотеза исследования: работа в пригородных хозяйствах будет экономически более выгодной и энергетически независимой, если в качестве источника топлива использовать энергию биомассы.

Задачи работы:

1. получение биогаза в смонтированной опытной камере;

2. оценка целесообразности использования биогаза в небольших приусадебных хозяйствах на основании произведенного расчета топлива,

3. разработка модели хранения и использования получаемого биогаза;

4. разработка рекомендаций и предложений для жителей города, имеющих приусадебные хозяйства.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Новые схемы преобразования энергии можно обозначить особым термином «экоэнергетика», под которым подразумеваются любые методы получения чистой энергии, не вызывающие загрязнения окружающей среды [7]. Особенно большое влияние может оказать использование НВИЭ на снижение объемов радиационного поражения окружающей среды. К тому же, использование энергии расщепления атомного ядра сопряжено с огромной опасностью для близлежащих к такой электростанции районов. Проблемы НВИЭ привлекают к своему решению практически весь научный и промышленный потенциал государства. Развитие НВИЭ является стимулом развития экономики. Эффективное использование НВИЭ позволит улучшить социальные и экологические условия и сохранить потенциал невозобновимых ресурсов для следующих поколений. Об этом было упомянуто в связи с рассмотрением нового законопроекта, в соответствии с которым использование НВИЭ будет осуществляться из федерального бюджета на условиях «возвратности и платности». То есть, фактически, НВИЭ в их нынешнем составе придается стратегическая важность.

В нашей стране перспективно использование биомассы, а также строительство приливных электростанций (ПЭС) [ 10].

Особенно важным становится использование автономных источников энергии, работающих на альтернативном топливе, в маленьких бытовых хозяйствах.

2.1. СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ.

Солнечная энергия – наиболее грандиозный, дешевый, но наименее используемый человеком источник энергии.

Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемых топлив [6]. Большую часть энергии рассеивает атмосфера или поглощает ее, особенно облака, и только треть ее достигает земной поверхности. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Использование всего лишь 0,0125% энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% полностью покрыть расходы на перспективу [6, 10].

Однако использование энергии Солнца в промышленных масштабах очень проблематично. Простой расчет показывает, что снимаемая с 1 квадратного метра освещенной поверхности энергия составляет в среднем 160 Вт. Следовательно, для генерирования 100 000 кВт необходима площадь в 1,6 квадратных километров. Экономическая неэффективность такой трансформации очевидна [4]. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт на квадратный метр. Поэтому, чтобы коллекторы солнечного излучения собирали за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества, нужно разместить их на территории 130000 квадратных километров [4]. Необходимость использовать коллекторы огромных размеров влечет за собой и огромные материальные затраты. Простейший коллектор – это металлический зачерненный диск или лист (как правило, алюминиевый), внутри которого располагаются трубы с циркулирующей в них жидкостью. Нагретая за счет солнечной энергии жидкость поступает для непосредственного использования.

Таким образом, солнечная энергетика относится к наиболее материалоёмким видам производства энергии. Крупномасштабное использование солнечной энергии ведет за собой гигантское увеличение потребности в материалах, трудовых ресурсах для добычи сырья, его обогащения, изготовления гелиостатов, другой аппаратуры, её перевозки. Энергия, полученная обычным путем, традиционными способами, оказывается дешевле солнечной.

Тем не менее, солнечные электростанции строят, они успешно работают. Солнечную радиацию при помощи гелиоустановок преобразуют в тепловую или электрическую энергию и используют для практического применения. Такие установки осуществляют горячее водоснабжение, отопление и кондиционирование воздуха в общественных и жилых зданиях, на животноводческих фермах, сушку сельхозпродукции, термообработку различных конструкций, подъем и опреснение воды.

Вот основные показатели работы Крымской СЭС на Керченском полуострове:

• мощность – 5 МВт,

• рабочее время в год – 2000 ч,

• выработка энергии в год – 6 млн. кВт [4].

Продолжается изучение возможностей более широкого использования гелиоустановок: «солнечные крыши» автомобилей позволят производить подзарядку аккумуляторов, «солнечные фермы» в сельских районах снизят затраты на заготовку кормов. Активное использование солнечных батарей идет в космических аппаратах: солнечные батареи являются незаменимым источником энергии в ракетах, спутниках и автоматических межпланетных станциях [7].

1. ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГИЯ.

Энергетика Земли (геотермальная энергетика) базируется на использовании природной теплоты Земли. Недра Земли таят в себе колоссальный, практически неисчерпаемый источник энергии. Ежегодное излучение внутреннего тепла на нашей планете составляет 2,8 *1000000000000000 млрд. кВт*ч. Оно постоянно компенсируется радиоактивным распадом некоторых изотопов в земной коре [5].

Источники геотермальной энергии могут быть двух типов:

• подземные бассейны естественных теплоносителей – горячей воды (гидротермальные источники) или пара (паротермальные источники);

• тепло горячих горных пород (закачивая в подземные горизонты воду, можно также получать пар или перегретую воду и использовать её для дальнейших нужд).

В местах геотермических аномалий, где горячие источники или породы подходят сравнительно близко к поверхности и где при погружении на каждые 100 метров температура повышается на 30-40 градусов, концентрации геотермальной энергии могут создавать условия и для хозяйственного её использования. В зависимости от температуры воды выделяют источники:

• низко- и среднетемпературные (с температурой 130-150 градусов),

• высокотемпературные (с температурой свыше 150 градусов).

До глубины 10 километров запасы геотермальной энергии в 3,5 тысячи раз превышают запасы всех традиционных источников энергии. Одни только пояса активной сейсмической и вулканической деятельности занимают 0,1 площади Земли. Только в бывшем СССР к началу 90-х годов было открыто более 50 подземных бассейнов горячей воды и пара. Геотермальная энергия не требует больших издержек и абсолютно экологически безопасна [8, 9].

1. ЭНЕРГИЯ ВЕТРА.

Ветровой энергетический потенциал Земли в 1989 году был оценен в 300 млрд. кВт*ч в год [6]. Но для технического усвоения пригодно лишь 1,5% главное препятствие – рассеянность и непостоянство ветровой энергии. Непостоянство ветра требует строительства аккумуляторов энергии, что значительно удорожает себестоимость энергии. Но на земле есть такие районы, где ветры дуют с достаточным постоянством и силой. Примерами подобных районов могут служить побережья Северного, Балтийского, арктических морей.

Сооружаются ветроэнергетические установки преимущественно постоянного тока. Ветряное колесо приводит в движение динамо-машину – генератор электрического тока, который одновременно заряжает параллельно соединенные аккумуляторы.

Сегодня ветроэлектрические агрегаты надежно снабжают током нефтяников, успешно работают в труднодоступный районах, на дальних островах. Где поблизости нет крупных электростанций общего пользования [7].

Основное направление использования энергии ветра – получение электроэнергии для автономных потребителей, для подъема воды в труднодоступных районах, катодной защиты от коррозии.

Широкому применению энергии ветра мешает её высокая себестоимость. Кроме того, возникает проблема нехватки энергии в безветрие и её избытка в ветреную погоду. Для аккумуляции энергии ветряное колесо движет насос, который накапливает воду в расположенный выше резервуар, а потом вода, стекая из него, приводит в действие водяную турбину и генератор постоянного и переменного тока. Предлагаются и другие способы и проекты вплоть до производства водорода и качестве жидкого топлива.

1. ЭНЕРГИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА.

Известно, что запасы энергии мирового океана колоссальны, ведь две трети поверхности земного шара покрыто водой (361 млн. кв. км). Однако пока что люди умеют использовать лишь ничтожную часть этой энергии и то ценой больших и трудно окупающихся капиталовложений, что делает энергию океана неперспективной.

Приливные волны таят в себе огромный потенциал – 3 млрд. кВт. Растет интерес специалистов к приливным колебаниям уровня океана у побережий материков. Энергию приливов человечество веками использовало для приведения в действие мельниц и лесопилок. Но с появлением первого двигателя и вплоть до 60-х годов эта энергия была предана забвению. Приливная энергия постоянна. Благодаря этому, количество вырабатываемой на приливных электростанциях (ПЭС) электроэнергии всегда может быть заранее известно. Тем не менее, ученые считают, что технически возможно и экономически выгодно использовать лишь очень небольшую часть приливного потенциала Мирового океана – около 2 %. Большую роль здесь играет рельеф дна, глубина воды, морские течения и ветер [4]. Чаще всего оптимальные условия (высота приливной волны не менее 5метров) возникают в устьях рек, впадающих в моря и океаны или в мелких и узких заливах. А таких мест на Земле не так уж много.

Считается, что наибольшими запасами приливной энергии обладает Атлантический океан, велики запасы такой энергии и в Тихом океане, особенно важно для нашей страны наличие возможности использовать такую энергию в Охотском море. В пределах Северного Ледовитого океана по запасам приливной энергии выделяется Белое море и Баренцево море, где высота приливных волн может доходить до 10 м [4].

Несмотря на такие, казалось бы, весьма благоприятные условия, строительство ПЭС имеет пока очень ограниченные масштабы. Можно лишь говорить о довольно крупной ПЭС «Ранс» во Франции, об опытной Кислогубской ПЭС на Кольском полуострове в России и канадско-американской ПЭС в заливе Фанди [4].

В районах сооружения ПЭС значительно меняется высота приливов, нарушается водный баланс в акватории станции, что может серьезно сказаться на рыбном хозяйстве, разведении устриц, мидий.

Необходимо учитывать и еще одну сторону использования энергии, которую таит в себе Мировой океан. Это энергия разности температур поверхностных и глубинных слоев воды. Впервые идею использования такой энергии предложил французский ученый Арсонвиль в 1881 году, а практическое ее использование началось лишь в 1973 году. Энергию разности температур оценивают в 20-40 трлн. кВт [7]. Принцип действия этих станций заключается в следующем: теплую морскую воду направляют в теплообменник, где жидкий аммиак и фреон превращаются в пар, который вращает турбину , а затем поступает в следующий теплообменник для охлаждения и конденсации водой с температурой 5-6 градусов, поступающей с глубины 200-500 метров. Получаемую энергию передают по кабелю, проходящему под водой, но её можно использовать и на месте (для обеспечения добычи минерального сырья со дна или его выделения из морской воды). Для практического использования температурного градиента наиболее пригодны те районы Мирового океана, где температура у поверхности океана достигает 27-28 градусов, а на глубине 1 километра всего 4-5 градусов [4, 7].

В океане имеются различные виды энергии:

• энергия волн и приливов,

• энергия химических связей солей, газов и других минералов,

• энергия течений,

• энергия температурного градиента.

Таким образом, энергия Мирового океана – площадка для экспериментальных исследований, результаты которых не замедлят сказаться в ближайшем будущем.

1. ЭНЕРГИЯ БИОМАССЫ.

Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в процессе их переработки.

Существует три основных направления использования биомассы:

• производство биогаза, состоящего на 50-80% из метана и 20-50% из углекислоты;

• производство водорода, получаемого в процессе фотосинтеза путем фотолиза воды (для этих целей обычно используют нитчатые зеленые водоросли);

• использование биопотенциала живых клеток, способных производить электрическую энергию в зависимости от уровня их обработки лучом лазера.

Все направления чрезвычайно интересны и таят в себе множество загадок.

2.5.1.ПОЛУЧЕНИЕ БИОГАЗА ИЗ ОРГАНИЧЕСКИХ ОСТАТКОВ.

Органические отходы многих производств и сельского хозяйства обычно попадают в реки, загрязняя источники водоснабжения. При разложении этих отходов образуются вредные вещества, влияющие отрицательно на здоровье человека; поэтому утилизация отходов – одна из кардинальных проблем экологии.

В настоящее время наиболее эффективным и окупающим себя способом переработки биомассы является получение из неё биогаза.

Что же такое биогаз? Этим термином обозначают газообразный продукт, получаемый в результате анаэробной, то есть происходящей без доступа воздуха, ферментации (перепревания) органических веществ самого разного происхождения.

Китайцы используют биогаз в течение уже более 2000 лет [7]. В Европе биогаз был получен впервые в 1814 году при исследовании агрохимических свойств навоза крупного рогатого скота. Уже в 1895 году уличные фонари в городе Экстер (Британия) использовали в качестве топлива биогаз, полученный в результате брожения сточных вод.

Наиболее эффективно в целях получения биогаза использование навоза. Из одной его тоны можно получить 10-12 кубометров метана. А переработка 100 млн тонн такого отхода производства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд кубометров метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается около 8-9 млн тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить около 2 млрд кубометров метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и др..

Биогаз можно конвертировать в тепловую или электроэнергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания, для получения синтеза газа и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дет возможность решать сразу несколько задач: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую. Установки по производству биогаза обычно располагают в центрах переработки сельскохозяйственного сырья [1, 2].

Метановое брожение известно давно. Оно происходит при разложении продуктов, содержащих углеводы. Это способ анаэробного дыхания определенной группы микроорганизмов, которые из углеводов органической массы образуют метан – 65%, углекислый газ – 30% и незначительное количество других газов: сероводород, азот, водород, кислород и другие. При этом выделяется энергия, которая превращается в тепловую и нагревает субстрат. В среднем, 1 кг органического вещества, биологически разложимого на 70% , производит 0,18 кг метана, 0,32 кг углекислого газа, 0,2 кг воды и 0,3 кг неразложимого остатка (рис. 3)

Рис. 3. Продукты переработки органического вещества.

В процессе участвуют три группы бактерий, которые работают последовательно, разлагая органическое вещество до боле простых компонентов. Первые разлагают органическое вещество до масляной, пропионовой и молочной кислот; вторые преобразуют эти кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанобразующие бактерии превращают углекислый газ в метан с поглощением водорода.

Количество вырабатываемого газа в значительной степени зависит от температуры: чем теплее, тем выше скорость и степень ферментации органического сырья. Однако применение надежной теплоизоляции, а иногда и подогревание водой позволяет освоить строительство генераторов биогаза в районах, где температура зимой опускается до -20 градусов С.

Изучив эти процессы, ученые многих стран (США, Франции, Японии) разработали способы культивирования метановых и других видов бактерий. Применение этих бактерий значительно ускоряет процесс брожения и получения биогаза, который используется для отопления, нагрева воды на фермах, приготовления пищи. В качестве исходного субстрата используются все органические остатки, содержащие много углеводов (солома, древесная щепа, ботва многих растений, отходы сахарной промышленности и фруктово-консервной промышленности, канализационный ил). Особенно эффективно используется навоз, полученный от свиней. Способы получения биогаза разработаны и в России, в частности, в Воронежской области для крупных свиноферм [2].

Метановые бактерии в естественной обстановке существуют в самих отходах, а также в гумусовом слое почвы с нейтральной реакцией почвенного раствора, поэтому переслаивание навоза или других органических отходов почвой будет стимулировать процесс получения биогаза. Метаногенез происходит обычно в течение 20 дней, однако с применением бактерий процесс ускоряется до 8 дней. Необходимо учесть, что если в отходах будет содержаться много азота, то он будет угнетать деятельность бактерий. Чтобы этого не происходило, в жидкие отходы обязательно добавляют растительные остатки. содержащие углеводы.

Существуют и другие требования к сырью: оно должно содержать в большом количестве воду (до 94%), среда должна быть нейтральной, содержимое необходимо перемешивать (механически, гидравлическими средствами или с помощью различных методов самоперемешивания), так как бактерии наиболее активны в средней зоне, а верхняя (корка) будет мешать выделению биогаза [1, 2].

В практических целях для получения биогаза используются особые водонепроницаемые цистерны (дайджестеры), в которых брожение биомассы происходит при нейтральной реакции среды (против закисления используют известь) и при температуре выше + 40 градусов С. Обычно в таких условиях даже без применения особых бактерий процесс метаногенеза идет в течение 10 дней [2].

Средняя емкость применяемых резервуаров от 6 до 12 кубометров, средний выход биогаза около 0,15 кубометров в сутки в кубометре емкости. Емкости можно готовить из кирпича, глины с плотно закрывающейся крышкой и отводной трубкой для выхода газа.

Ферментатор в фермерских хозяйствах обычно находится в яме диаметром около 4 метров и глубиной около 2 метров. Изнутри яму выстилают кровельным железом, для герметичности и создания антикоррозионной защиты его оштукатуривают цементом и покрывают смолой. Снаружи верхней кромки ферментатора сделана кольцевая канавка из бетона глубиной около 1 метра, выполняющая функцию гидрозатвора. В этой канавке, заполненной водой, скользит вертикальная часть колокола, закрывающего резервуар. Колокол высотой около 2,5 метров изготовлен из листовой двухмиллиметровой стали. В верхней его части собирается газ. Колокол в верхней части снабжен краном, соединенным со шлангом. По нему газ поступает к газовой плите (рис. 4).

Рис. 4. Структура установки для получения биогаза.

В фермерских хозяйствах в качестве дайджестеров используют цистерны из-под нефтепродуктов, а для хранения получаемого газа изготавливают газгольдеры.

Для повышения продукции биогаза используют известковое молоко, стиральную или питьевую соду, а для восстановления нарушаемого соотношения между азотом и углеродом вводят в органическую смесь мочу или соли аммония (50 – 100 г на кубометр сырья).

Таким образом, НВИЭ являются неотъемлемой частью современного мирового хозяйства, их использование становится все более актуальным. В настоящее время наиболее целесообразным в пределах небольших хозяйств видится применение биотоплива.

1. ПЛЮСЫ И МИНУСЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НВИЭ.

К положительным сторонам использования НВИЭ относятся их повсеместная распространенность, экологическая чистота, кроме того, эксплуатационные затраты по использованию НВИЭ не содержат топливной составляющей, так как энергия этих источников как бы бесплатная.

Однако применение НВИЭ имеет и ряд негативных аспектов:

- малая плотность потока (удельная мощность),

- изменчивость во времени многих НВИЭ (солнечная энергия, приливы, ветер, тепло),

- НВИЭ – весьма специфичный вид продукции, который должен быть потреблен на том же месте, что и произведен; его трудно отправить на склад, а проблема аккумуляции такого рода энергии вряд ли будет решена в обозримом будущем,

- фактор бесплатности нивелируется значительными расходами на приобретение оборудования (что приводит к парадоксу: НВИЭ оказываются способными использовать только богатые страны) [4].

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ НВИЭ.

В целом использование НВИЭ в мире приобрело ощутимые масштабы и устойчивую тенденцию к росту. В некоторых странах доля НВИЭ составляет в энергобалансе несколько процентов. По различным прогнозам, эта доля к 2015 году составит во многих государствах до 10 % [4, 7].

Различные виды НВИЭ находятся на разных стадиях освоения. Наибольшее применение находят ветростанции, суммарная мощность которых составляет около 20 ГВт. Во многих странах возникает даже новая отрасль производства – ветроэнергетическое машиностроение, мировыми лидерами в котором являются США, Германия, Нидерланды, Дания, Индия [2, 4]. Второе место по объемам производства энергии занимает геотермальная энергетика, суммарная мощность которой составляет около 6 ГВт. Далее следует солнечная энергия. Она используется в основном для производства низкопотенциального тепла для коммунально-бытового горячего водоснабжения. Преобладающим видом оборудования здесь являются так называемые плоские солнечные коллекторы.

Не менее интенсивно используется энергия биомассы. Последняя конвертируется в технически удобные виды топлива или используется для получения энергии путем термохимической или биологической конверсии.

1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА.

Для получения биогаза в смонтированной опытной камере использовался метод, предложенный в «Практикуме по экологии» под редакцией Алексеева С.А. [1].

Для получения биогаза необходимы следующие материалы и оборудование:

• колба или пластмассовая бутыль на 750-1000мл,

• пробка резиновая с выводной стеклянной трубкой,

• резиновая трубка со стеклянным переходником с диаметром , соответствующим сосуду для сбора газа,

• резиновый баллон (можно приспособить растянутую камеру резинового шарика),

• термостат,

• органическая масса, содержащая много углеводов (отходы сахарной свеклы, картофеля, листья, отходы злаков),

• немного высокогумусной естественной почвы,

• немного известняка (кусочки мела) для нейтрализации среды.

Рис. 5. Опытная камера для получения биогаза.

Ход работы.

В колбу или пластмассовую бутыль загружают измельченную биомассу, каждый слой слегка присыпают гумусной почвой, заливают теплой отстоянной водой (без хлора) в соотношении 1:1 по объему, что должно соответствовать общей концентрации твердых веществ 8-11% по массе. Если биомасса кислая, добавляют немного извести или мела для нейтрализации. Биомасса не должна доходить до верха колбы на 5-6 см. Колбу плотно закрывают резиновой пробкой с отводной стеклянной трубкой, конец которой в колбе располагается над водой (без выхода газа). К стеклянной трубке присоединяют резиновую, которая через стеклянный переходник соединяется с мягким баллоном для приемки газа (см. рис. В Приложении). Герметичность всех соединений и пробки с колбой обеспечивается пластмассовой изолентой. Система ставится в термостат при температуре около +40 градусов.

Выделение газа прослеживается на протяжении 1 – 4 недель по наполнению резиновой камеры. Первые порции газа следует спустить, так как он смешан с кислородом воздуха и при поджигании может произойти взрыв. Скопившийся в резиновой камере газ (что видно по наполнению баллона) изолируют от колбы лабораторным зажимом, присоединяют длинную стеклянную трубку и на конце ее поджигают газ, ослабив зажим.

Вышеуказанный метод получения биогаза можно испытать для утилизации отходов в личных хозяйствах, на дачах, построив дайджестер из кирпича, цемента, глины и обложив его толстым слоем чернозема. Последнее будет способствовать большему нагреванию емкости и изоляции от ночного охлаждения.

1. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ.

В смонтированной опытной камере для получения биогаза результаты оказались следующими:

Таким образом, среднее время «работы» биомассы составляет 2-3 недели, активная «работа» биомассы начинается на 6-8-е сутки и продолжается с ежесуточным выходом газа в объеме в среднем 10-15% от объема камеры с биомассой.

Для определения объема выхода газа использовались метки, которые были нанесены на резиновую камеру воздушного шарика до начала опыта.

5. ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Исходя из полученных результатов, можем рекомендовать изготовление дайджестеров в дачных хозяйствах. Минимальный объем – 100 л (10 ведер), выход газа 20 суток в среднем 70 л, что обеспечит его сжигание в течение около 1800 с (0,5 часа). Накопление газа можно производить в любых резиновых емкостях (шины, велокамеры, грелки) или в пустых баллонах, используемых для дачных плит. Учитывая, что газ в таких стальных баллонах хранится под давлением в 1 атмосферу, сбор газа при н.у. не составит труда.

Рис. 6. Модель дайджестера для дачного хозяйства.

Модели дайджестеров могут быть усовершенствованы для использования в фермерских хозяйствах и подмосковных птицефабриках, где в качестве биомассы целесообразно использовать птичий помет.

В городских хозяйствах с наступлением осени встает проблема вывоза опавшей листвы. Эту проблему можно решить, используя листву (объемы которой огромны) как биомассу для получения биогаза, а сам газ собирать и продавать частным лицам, что дает дополнительную статью доходов городского бюджета.

6. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев С.В., Груздева Р.В. и др. «Практикум по экологии» М: АО МДС, 1996 г.

2. Вронский В.А. «Экология. Словарь–справочник», Ростов-на-Дону, Феникс, 2002 г.

3. Голубкина Н.А., Шашина М.А. «Лабораторный практикум по экологии» М: Форум-Цифра-М, 2003 г.

4. Голдин А. «Океаны энергии» – пер. с англ. Оксфорд-пресс 1983 г.

5. Гончар В.И. «Нетрадиционные возобновляемые источники энергии в Энергетической программе СССР» – География в школе. 4/90 – М.: Педагогика 1990 г.

6. Кондаков А.М. «Альтернативные источники энергии» – География в школе. 4/88 – М.: Педагогика 1988 г.

7. Кононов Ю.Д. «Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии» – М.: Наука, 1981

8. Максаковский В.П. «Географическая карта мира. Часть первая» – М.: 1996 г.

9. Максаковский В.П. «Географическая карта мира. Часть третья» – М.: 1996 г.

10. «Энергетические ресурсы мира» под редакцией Непорожнего П.С., Попкова В.И. – М.: Энергоатомиздат. 1995 г.