Беларусь - это республика с высокоразвитым аграрным сектором. Особенно велик удельный вес в нем животноводства и птицеводства. В стране насчитываются сотни крупных животноводческих комплексов, на базе которых ежегодно образуются миллионы тонн отходов. эти от­ходы (практически без их предварительной обработки) сбрасываются на поля как удобрения. однако, помимо пользы, они одновременно наносят значительный экологический ущерб. Размываясь снеговыми и ливневыми водами, навоз с полей, а также необезвреженные воды предприятий животноводства, в особенности свиноводческих ферм, попадают в водоемы. Такие сточные воды содержат большое количе­ство биогенных элементов, среди которых находятся фосфор и азот, способствующие массовому развитию водорослей.

Биогазовые установки преимущественно используются на сельско­хозяйственных предприятиях. Навоз и фекалии домашних животных до­ставляются сначала в выгребную яму, в которой твердые куски (состав­ные части) измельчаются для того, чтобы появилась гомогенная смесь (субстрат). Эта масса на втором этапе накачивается в герметически изо­лированный и подогреваемый бродильный резервуар (ферментер). в ферментере анаэробные бактерии разлагают без доступа воздуха орга­нические субстанции и производят газ. Перебродивший субстрат (смесь) снова накачивается в резервуар для жидкого навоза (рис. 56). Биогаз со­держит около 65 % углекислого газа. Его энергетическая мощность от 6,0 до 6,5 кВтч на 1 м3 (для сравнения у природного газа - около 9,8 кВтч на 1 м3). Добыча биогаза сильно зависит от состава субстрата и длитель­ности его нахождения в ферментере. Опыты показывают, что твердый и полужидкий навоз одной большой единицы крупного рогатого скота (~ 500 кг весом) производит в день от 1,0 до 1,5 м3 биогаза. От 20 до 40 % из этого используются, чтобы подогреть ферментер до оптимальных для бактерий (около 35 0С) температур [Позняк, С. С, 2007].

Предприятие, имеющее 120 коров, может получать в день прибли­зительно до 100 м3 биогаза (нетто), что за год обеспечивает получе­нию энергии, которую можно получить приблизительно из 23 тыс. л нефти. рентабельность биоустановки зависит от многих факторов, но она в принципе выше в том случае, если установка имеет достаточно большие размеры. при существующих рамочных ограничениях биоу­становка может быть экономичной, если перерабатывается навоз более чем 100 голов крупного рогатого скота (например, коров).

Биоустановки используются не только из-за энергетической вы­годы, они дают в итоге специальные преимущества для сельского хо­зяйства. так, благодаря брожению качество органических удобрений улучшается, и они лучше усваиваются растениями. субстрат стано­вится при этом гомогенным и в результате лучше распределяется. воз­растающее значение приобретает также использование биологических отходов и канализационных отходов, особенно жирных и содержащих масло (например, жир из фритюрницы). Добавление их в биоустановку решает не только проблему захоронения, но и значительно повышает тем самым производство биогаза.

отходы животноводства и особенно птицеводства являются цен­ными энергетическим сырьем, на базе которого в специальных уста­новках может быть произведен биогаз с теплотой сгорания 5 500 ккал/г (23 045 кДж/кг). энергетический потенциал этого энергоресурса в ре­спублике беларусь оценивается на уровне около 1 млн т у. т.

Как известно, полученный из отходов животноводства биогаз со­держит несколько процентов сероводорода, который оказывает вредное воздействие на окружающую среду при его сжигании. расчеты показы­вают экономическую выгодность извлечения сероводорода и перера­ботки его в полезную продукцию. то же можно сказать и относительно углекислого газа, удельный вес которого составляет до 25 %. извлекая его, можно организовать производство углекислоты, имеющей высо­кую ценность и используемой в пищевой промышленности, в первую очередь для приготовления сухого льда [позняк, с. с., 2007].

экологический эффект производства энергии на базе биогаза не огра­ничивается только получением экологически чистого удобрения. про­изведенная энергия замещает энергию, вырабатываемую на тепловых электростанциях и котельных, работающих на природном газе, мазуте и угле. Биогаз, замещая традиционные виды топлива, сокращает объем их использования на существующих электростанциях и котельных и тем самым улучшает экологическую обстановку [Гладушко, в. и., 1998].

Для утилизации отходов животноводства применяется анаэробная обработка, которая осуществляется в закрытых герметических емко­стях (метантанках). процесс сбраживания навоза осуществляется при температуре от 30 до 60 °C, после которого возможно получение удобре­ний и биологического газа. выделение газов зависит от состава навоза и режимов сбраживания. в настоящее время биогазовые установки, перерабатывающие в основном отходы животноводческих ферм, по­лучили наиболее широкое распространение в таких странах, как фрг, франция, италия, Швейцария, Бельгия, Швеция. в биогазовых уста­новках, используемых для переработки отходов сельскохозяйственно­го производства, в основном применяется обычная одноступенчатая схема, а на промышленных установках, перерабатывающих стоки - более современные технологии, включающие подготовку массы к сбраживанию и стабилизацию вводимых в реактор микроорганизмов [Пацхава, Е. С., 1994].

В США эксплуатируется ряд крупных биогазовых заводов и живот­новодческих комплексов с биогазовыми установками, а также строятся новые предприятия аналогичного назначения. разработан проект биога­зового завода для обслуживания трех откормочных комплексов с общим поголовьем 110 тыс. голов крупнорогатого скота (крс), на которых пред­полагается ежедневно получать из 500 т навоза 43,2 тыс. м3 очищенного метана теплотворной способностью 9 330 ккал/м3, а также протеиновые кормовые добавки и азотсодержащие органические компоненты.

На откормочном предприятии в штате Калифорния построена уста­новка для переработки навоза на ферме по откорму 30 тыс. голов КРС.

Предварительно экскременты, собранные с откормочной площадки, подаются в смеситель-дозатор, где смешиваются с водой до концентра­ции примерно 8 %. из смесителя жидкость подается в два метантенка в количестве 756 м3/сут. Для обогрева реакторов установлен теплооб­менник. вода нагревается путем сжигания биогаза или пропана, или использования солнечного коллектора. солнечный коллектор включает 25 секций размером 0,6*3,6 м с общей площадью 54 м2 с зеркальной поверхностью, панели наклонены под углом 45°, чтобы получать мак­симальную солнечную энергию в зимние месяцы.

Во Франции на крупном свиноводческом комплексе, рассчитанном на одновременное содержание и выращивание 22 тыс. трехнедельных поросят до живой массы 20-22 кг, введен в эксплуатацию комплекс сооружений для анаэробной обработки навозных стоков. Жидкие сто­ки в объеме 120 м3/сут. из зданий свинарников поступают в заглублен­ный навозосборник, откуда их наносом подают в метантанк диаметром 16 м, высотой 8 м. После брожения в метантанке и необходимой до­очистки стоков получают условно чистую воду, пригодную для исполь­зования в системе оборотного водоснабжения комплекса, в том числе для поения животных. Выработанный биогаз используется двумя дви­гателями внутреннего сгорания, которые обеспечивают вращение двух генераторов мощностью по 69 Вт, вырабатывающих электроэнергию в количестве 2 500 кВт-ч/сут. Часть ее (1 500 кВт-ч) расходуется на под­держание процесса очистки стоков, а 1 000 кВт-ч используют для нужд комплекса (отопление и вентиляция производственных зданий, а также жилых помещений для обслуживающего персонала и т. п.).

Подавляющая часть биогазовых установок, действующая в западно­европейских странах, работает в режиме, когда сбраживание осущест­вляется при температуре 35 °С. Однако в Японии, ФРГ и Швейцарии намечается тенденция к использованию процессов брожения, проте­кающих при температурах окружающей среды. По мнению западных экспертов, это направление, являясь достаточно экономичным, может получить дальнейшее развитие в ближайшей перспективе. Использова­ние процессов для осуществления биоферментации отходов при темпе­ратуре 50-55 °С («Биосистем», Швеция) редко встречается в сегодняш­ней практике. Распространению технологии метанового сбраживания препятствует высокая стоимость и сравнительно низкая производитель­ность биоэнергетических установок [Севернев, М. М., 1994].

Результаты испытаний установок для производства биогаза из от­ходов животноводческих комплексов подтвердили требование ком­плексной оценки их эффективности, так как их использование только для получения биогаза экономически невыгодно в сравнении с други­ми видами топлива (табл. 14).

Основная составляющая эффекта состоит в том, что без дополни­тельных энергетических затрат можно получить экологически чистое высококачественное органическое удобрение и вследствие этого про­порционально сократить энергоемкое производство минеральных удоб­рений. Иопутное применение биогазовых установок, как уже упоми­налось, позволит существенно улучшить экологическую обстановку вблизи крупных ферм и животноводческих комплексов, а также на тер­риториях, куда в настоящее время сбрасываются отходы животновод­ства, снизить затраты на экологические платежи.

Иринципиально новым направлением может быть использование биогазовых установок на канализационных станциях крупных насе­ленных пунктов, дающее возможность на 60-70 % сократить собствен­ные нужды этих станций в энергоносителях.

оценки свидетельствуют, что годовая потребность в биогазе для обогрева жилого дома составляет около 45 м3 на 1 м2 жилой площади, суточное потребление при подогреве воды для 100 голов КРС - 5-6 м3. Потребление биогаза при сушке сена (1 т) влажностью 40 % равно 100 м3, 1 т зерна - 15 м3, для производства 1 кВт-ч электроэнергии - 0,6-0,7 м3. Приведенные данные показывают на возможность выбора оптимального количества животных и птиц, а также оборудования для обеспечения комфортных условий труда и быта. Практическое реше­ние этих вопросов требует комплексного учета всех факторов.

Потенциально возможное получение товарного биогаза от всех ис­точников оценивается в 160 тыс. т у. т. в год. в республике насчитыва­ется свыше 6 300 комплексов крс, свыше 100 свиноводческих ком­плексов, 48 птицеводческих комплексов, на которых ежегодно можно производить 1,7 млрд м3 биогаза. Кроме того, как уже упоминалось, существует способ получения биогаза путем переработки твердых бы­товых отходов. Если принять срок переработки накопленных в респу­блике отходов - 15 лет, то ежегодная возможная выработка составит 350 млн м3 биогаза.