Ғылыми жоба "Тұрмыстық қалдықтардан биогаз өндіру"

1 слайд
Тұрмыстық жағдайда биогаз өндіру Мұратбеков Шыңғысхан Мукажанов Алиасқар

2 слайд
Зерттеу мақсаты: Дәстүрлі емес альтернативті энергия алу жолдарын қарастыру ; Зерттеу міндеттері:  Биогаздың құрамын, алыну жолдарын зерттеу;  Биогазды басқа елдерде , біздің елде қалай пайдаланатынын зерттеу;  Биогазды алудың тиімді әдістерін іздестіру;

3 слайд
Зерттеу болжамы: Бұл энергия ресурстарының қоршаған ортаға зияны жоқ және экологиялық тепе- теңдікті сақтауға, әлемдік ресурстарды экономикалық түрде қолдануға өз үлесін қосады. Зерттеу жаңашылдығы: Тұрмыстық қалдықтардан биогаз алу процестерін зерттеу, қолданысқа енгізу.

4 слайд
Зерттеу өзектілігі: Біздің ашық тастаған қалдық, қоқыстық заттар толығымен жоюылу үшін қаншама уақыт қажет ететіндігін біріміз білсек те біріміз біле бермейміз, немқұрайлы қараймыз. Қоқыс қалдықтарды арнайы қоқыс жәшігіне салмағандықтан қоршаған орта, ауа, топырақ ластануда. Ауаға тараған қалдық, қоқыстық заттардың вирустары топыраққа сіңіп жағымсыз иіс, метан (CH4) , күкіртті сутек (H2S) , индол (C8H7N) газдары бөлініп ауаны ластаумен қатар адамдар арасында іш ауруларын, жоғарғы тыныс жолдарының ауруларын көптеп таратуда. Сол себепті Биогаз өндіру -- энергия үнемдеу және тұрмыстық қалдықтарды бейтараптау, қоршаған ортаны сақтау тұрғысынан өте маңызды.

5 слайд

6 слайд
Биогаз дегеніміз не? Түрлі органикалық заттарды анаэробты ферментациялау (қайта булау) нәтижесінде алынған газ тәріздес өнімді осы терминмен атайды. Биогаз құрамы шамамен 65% метан газы (CH 4 ), 35% көмірқышқыл газы (CO 2 ), 0,1-1% азот (N 2 ), 0,01-0,2% оттек (О 2 ) және аз мөлшерде күкіртті сутек газынан (H 2 S) тұрады. Метан газы биогаздың жануды қолдайтын негізгі құрамдас бөлігі. 1 м 3 биогаз 0,66 литр мотор майы, 0,75 литр бензин немесе 0,25 м 3 пропан жанғанда бөлінетін энергияны түзеді. 1 м 3 биогаздан бөлініп шығатын жылу мөлшері 4700-5700 ккал тең. Бұл дегеніміз 0,62 литр газ майы, 1,46 кг отын көмірі, 3,47 кг отын, 0,43 кг бутан газы, 12,3 кг тезек және 4,70 кВт электр энергиясына тең келеді Биогаз шығару дегеніміз қарапайым тілмен айтқанда органикалық қалдықтардан қолдануға болатын газ өндіруді білдіреді. Басқаша айтқанда, оттексіз ортада метаноген бактерияларының ыңғайлы рН және температурада органикалық заттарды көмір қышқыл газы (көміртек диоксиді) және метан газына айналдыруы[3]. Биогаз нәтижесінде түзілген метан газы (CH 4 ) идеал газ болып есептелінеді. Төменгі қысымдарда сұйық күйге өтпейді. Оттексіз ферментация органикалық заттардың оттексіз ортада тіршілік ететін бактериялар тарапынан бұзылу үрдісі. Бұл бұзылу нәтижесінде әрі биогаз, әрі органикалық тыңайтқыш түзіледі[4]. Биогаз, биомассаның өңделуі соңында түзілген бір жанғыш газ. Биогаздың басқа жанғыш газдардан (мысалы, табиғи газ) ерекшелігі тек қана жануарлар немесе өсімдік қалдықтарынан, яғни органикалық шикі заттардан түзілуінде. Сиымдылығы 6-12 м 3 қондырғылар жанұялық , 50-150 м 3 қондырғылар шағын шаруашылық, 100-200 м 3 сиымдылығы бар қондырғылар фермерлік түріне жатқызылады. Қазіргі таңда Германия, Дания, Швеция, және Америка қатарлы дамыған елдерде 1.000 – 10.000 м 3 сиымдылығы бар өндірістік типтегі биогаз қондырғылары жұмыс істеуде [7].

7 слайд
Отын Жылу мөлшері ( кДж / кг ) Тығызды ғы Ауа- отын қатынасы ( кг / кг ) Жану ыстығы ( 0 C) Метан 50000 0,72 кг / м 3 17,2 650 Пропан 46300 2,02 кг / м 3 15,6 470 Бутан 45600 2,70 кг / м 3 15,6 365 Бензин 43000 0,75 кг / л 14,8 220 LPG 46000 0,54 кг / л 15,5 400 Моторин 42500 0,85 кг / л 14,5 220 Табиғи газ 57500 0,83 кг / м 3 17,0 600 Биогаз ( CH 4 - 60% , CO 2 - 40 %) 18000 1,2 кг / м 3 10,2 650Кесте 1 . Биогаз және басқа газдардың қасиеттері

8 слайд
Биогаз үш түрлі сатыда іске асырылады. Бұлар:  ферментация және гидролиз: органикалық заттар гидролитикалық және ферментативті бактериялар тарапынан ыдырауға ұшырап, сірке қышқылы, ұшқыш органикалық заттар және көмірқышқыл газы түзіледі.  сірке қышқылының түзілуі: ферментация және гидролиз сатысы нәтижесінде түзілген ұшқыш май қышқылдарын қаншама бактерия топтары сірке қышқылына айналдырады.  метан газының түзілуі: оттексіз ферментацияның соңғы сатысы. Бұл сатыда метан бактериялары сірке қышқылы түзілу сатысында түзілген заттарды метан, көмірқышқыл газы және су сияқты заттарға айналдырады. Бұл сатының соңында биогаздың түзілуі аяқталады[9].

9 слайд
Ашу үрдісіне әсер ететін факторлар:  Температурасы  Орта ылғалдылығы  рН ортасы  C : N : P қатынасы

10 слайд
1.3 . Биогазды алу құрылғысы

11 слайд
2.2. Жануарлар және үй құстары қалдықтарынан өндіріп алуға болатын биогаздың көлемі Жануарлардың түрі Жас қидың мөлшері (тонна / жыл ) Биогаз көлемі (м3 / тонна) Ірі қара мал 3,6 33 Ұсақ мал 0,7 58 Құс 0,022 78Кесте 2: бір дана жануардан түсетін жас қи мөлшері және одан түзілетін биогаз өнімінің көлемі Жануарлар түрі Саны (млн) Ірі қара 7,8 Жылқы 2,7 Қой, ешкі 18 Үй құстары 44,8 22.08.2018 жылғы статистикалық мәліметке сүйене отырып, кейбір үй жануарларының саны төмендегі кестеде көрсетілді. Кесте 3: Қазақстандағы кейбір жануарлардың саны

12 слайд
Қазақстан бойынша жануарлар қалдығынан өндіруге болатын биогаз мөлшерін есептегенде жоғарыдағы кестені пайдаланамыз. 1 тонна жас қидан алынатын биогаз мөлшері :  бір дана ірі қара үшін 33 м 3 ,  бір дана ұсақ мал үшін 58 м 3 ,  үй құсы үшін 78 м 3 көлемге тең. Олай болса, барлық  Ірі малдан түзілетін қалдық мөлшері: 3,6 x 10. 6 00.000 = 37.800.000 тонна/жыл.  Ұсақ малдан түзілетін қалдық мөлшері: 0,7 x 18.000.000 = 12.600.000 тонна/жыл.  Ал үй құстарынан 0,022 x44.800.000 =985.600 тонна/жыл болады. Енді бір жылда түзілетін биогаз мөлшерін есептесек:  ірі қарадан 37.800.000х33 =1.247.400.000 м 3 /жыл,  ұсақ малдан 12600000 x 58 = 730.800.000,  үй құстарынан 985.600 x 78 = 76.876.800 м 3 /жыл биогаз өндірілуі тиіс. Бұл сандарды пайдаланып, жалпы Қазақстандағы мал және үй құстарынан алынуға тиіс биогаз мөлшерін есептесек: 2.055.076.800 м 3 /жыл . Бұл сан шамамен :5.414.963 м 3 /күн.

13 слайд
2.3 Эксперимент Малдың немесе құстың қиы және тағам қалдықтарынан биогаз алу: • 1 .3 . - суретте көрсетілгендей биогаз қондырғысын құрастырдым. • Әрбіреуі 5 кг болатын үлкен қара малдың көңі, құстың саңғырығы және тұрмыстық тағам қалдықтарын (картоп, қызанақ, қияр т.б) 2,5 литр сумен араластырып, температурасы 30-35 0 С болатын жылыжайда 7-10 күн аралығында қалдырдым. • Ферментация жүрілгеннен кейін жағып көрдім. • Бұл тәжірибе жаз айларында 5 рет қайталанды.

14 слайд
2.4 Тәжірибелік ұсыныстар. Айтып өткеніміздей, ферментация үрдісінің дамуына айтарлықтай маңызды ролді температура атқарады: шикізатты 15º - тан 20º - қа қыздыру энергия тасымалдағыштың өнімділігін екі есе арттырады. Сондықтан, генераторлардың жартысы шикізатты қыздыратын арнайы жүйеден құралады . Сонымен қатар, кейде қышқылдарды бактериялармен өндіру қарқыны, олардың екінші тобының бактерияларға жем болуына қарағанда әлдеқайда жоғары. Бұл жағдайда масса қышқылдығы артады, ал биогаздың шығымы төмендейді. Бұл жағдайды күнделікті шикізат мөлшерін азайту арқылы, не болмаса оның ерігіштігін жоғарылататын (шамасынша, ыстық сумен), не болмаса ақыры бейтараптандыратын зат қосу - әк сүті, ұнтақ арқылы өзгертуге болады. Биогаз өндірісі көміртегі мен азот арасындағы қатынастың бұзылуы арқылы азаюы мүмкін. Бұл жағдайда ферментаторға азоты бар заттарды, - зәр немесе химиялық тыңайтқыш ретінде қолданылатын аз мөлшерде аммоний тұзы қосылады (1м 3 шикізатқа 50-100 г). Жоғары ылғалдылық пен күкірттісутектің болуы (биогазда 0,5 %- ға дейін жетуі мүмкін) құрылымның металдық бөлігінің тот басуының жоғарылауын ынталандырады. Сондықтан, ферментатордың қалған басқа да элементтерінің жағдайын жүйелі бақылап және зақымдалған орындарын бір немесе екі қабат қорғасын сұйығымен, кейін екі қабат кез келген майлы сырмен мұқият қорғау қажет.

15 слайд
Қорытынды: 1. Биогазды өндіру атмосфераға метанның бөлінуін тоқтатады. 2. Өңделген малдың қиы ауылшаруашылығында тыңайтқыш ретінде қолданылады. Бұл химиялық тыңайтқыштарды қолдануды азайтады. 3 .Биогазды алуға арналған қондырғылар үлкен мал шаруашылық кешендерінде және үй жағдайында қолдануға, ұсынуға болады; 4. Ауылшаруашылық өнімдерінен биогазды алу – бұл энергияны тиімді пайдаланудағы тағы бір тиімді жолдардың бірі.