Недостатком известных типов биогазовых реакторов является то, что за счет недостаточного и неравномерного прогрева смеси колебания температур в объеме субстрата становятся значительными. Это нарушает технологические требования и
уменьшает производительность по выходу биогаза по сравнению с теоретическим. За счет вертикального градиента температур в нижней зоне образуется холодный малоподвижный слой, а верхняя зона перегревается. Также к основным недостаткам можно отнести большие площади теплообменников, что приводит к значительному росту стоимости сооружения реактора [13].
Процесс брожения протекает в трех основных температурных режимах:
- Криофильные: температура брожения 20 ° С;
- Мезофильном: оптимальная температура 32 - 33 ° С;
- Термофильном 52 - 54 ° С.
Любые резкие изменения температуры влияют отрицательно на процесс. Для каждого режима сбраживания допустимые колебания температур ± 3 ° С.
Процесс термостабилизации в биореакторах - это выравнивание полей температур по объему и соблюдения температурных режимов. Достижение термостабилизации возможно при автоматизированном контроле параметров температурных режимов, активном перемешивании и равномерном прогреве субстрата.
Метаболическая активность анаэробных бактерий находится в прямой зависимости от температуры среды. Согласно последним исследованиям, с ростом температуры выход газа и разложения органики увеличивается. Напротив, с уменьшением температуры до 15 ° С процесс брожения полностью прекращается.
При мезофильном процессе выход газа будет составлять 0,8 ... 1,0 м3 на килограмм разложенной органики или 0,4 ... 0,6 м3 на килограмм внесенной сырой органической массы. Для повышения выработки биогаза из субстрата необходимо увеличить время брожения или температуру брожения. В обоих случаях при нарушении термостабилизации процесс ухудшает свое течение.
Термостабилизацийни процессы в биореакторе вызывают значительное внимание в исследователей, поскольку позволяют уменьшить энергозатраты и получить максимальное количество биогаза из единицы массы сырья при минимальных затратах ресурсов. Процессов ресурсосбережения можно достигать путем конструктивных изменений биореактора, улучшения условий теплообмена, подготовки, изменения температурных режимов и т.п..
Анаэробная переработка органических отходов позволяет получить биогаз и уменьшить техногенную нагрузку на биосферу. Для производства биогаза используют различные по конструктивным особенностям биогазовые установки. Показателем эффективной работы такой установки является производительность, выход биогаза с единицы объема биомассы, продолжительность рабочего цикла и энергетические затраты по обеспечению термостабилизации и интенсификации биоконверсии. Эти показатели в основном определяют себестоимость производства биогаза [29, 47, 58]. Продолжительность рабочего цикла биогазовой установки для обеспечения максимального выхода биогаза из единицы объема биомассы определяется при. Существенная часть продолжительности рабочего цикла биогазовой установки (80% ... 90%) составляет период активной ферментации биомассы, определяется режимом анаэробного брожения, количественным и качественным содержанием в субстрате органического вещества, энергетическими затратами по обеспечению термостабилизации процесса анаэробного брожения [27, 28] . Основными направлениями оптимизации периода активной ферментации биомассы является интенсификация и термостабилизации технологического процесса производства биогаза.
Анаэробный процесс, который проходит в биогазовой установке, потребляет определенное количество энергии: тепловой энергии - для поддержания термостабильности в реакторе и предварительного нагрева субстрата до температуры сбраживания; механической энергии - для осуществления перемешивания среды в емкостях и перемещения материальных потоков субстрата. Эксплуатация биогазовых реакторов требует обеспечения стабильного температурного режима при различных условиях окружающей среды. Колебания температур субстрата не должно превышать благоприятных для ферментации бактерий границ. В связи с этим целесообразным является исследование тепломассообменных процессов в реакторе при различных режимах: Криофильные, мезофильном и термофильном [3-5].
Загрузка...