Обгрунтування конструктивно-функціональної схеми біореактора установки для переробки органічних відходів (гною)

Размещено на http://www.allbest.ru/

РЕФЕРАТ

Метою розробки магістерської роботи є обгрунтування конструктивно-функціональної схеми біореактора - установки для переробки органічних відходів (гною).

Для досягнення поставленої мети виникла необхідність в огляді технологій і продуктів переробки органічних відходів. Розглянуто існуючі і перспективні біотехнологічні процеси переробки органічних відходів. Описана характеристика сировини і технологія анаеробної ферментації, яка дає змогу переробити органічні відходи на високоякісні знезаражені органічні добрива та отримати біогаз - нетрадиційне джерело відновлюваної енергії.

Проведено аналіз існуючого обладнання для метаногенеза органічних відходів. На основі аналізу розроблена схема реактора-метантенка біогазової установки. При розробці враховані вимоги охорони праці та проведені економічні разрахунки.

Магістерська робота складається з пояснювальної записки і графічної частини. Пояснювальна записка містить ____ сторінок друкрваного тексту формату А4. Графічна частина представлена ____ аркушами формату А1.

ВСТУП

органічний відходи переробка біогаз

Гнойова біомаса тваринництва є цінною сировиною для сільсько-господарського виробництва, в першу чергу як джерело органічних добрив. Промислове тваринництво - забрудник навколишнього середовища як органічними, так і біогенними елементами. На його долю припадає 43...46% загального біологічного навантаження на природні системи. Постійне використання навіть перероблених за існуючими традиційними технологіями відходів тваринництва призводить до накопичення в грунті нітратів, його бактеріального забруднення [1,2,3]. Все це обумовлює значні матеріальні та енергетичні витрати на переробку і знезараження відходів тваринництва.

В той же час рослинництво має значну потребу в високоякісних органічних добривах. За даними [4], щорічні втрати гумусу в ґрунтовому покриві України доходять до 0,66 т/га, а запаси гумусу в грунтах скоротилися на 20 т/га за період 1965-1989 р.р.. Відповідно розпорядження Президента України від 17.02.96 р. "Про національну програму охорони земель на 1996-2000 р.р." та дорученням Кабінету Міністрів України від 19.08.96 р. було розроблено цю Програму, в якій передбачено виробництво високо-якісних органічних добрив, забезпечення оптимального співвідношення між біологічними і хімічними засобами підвищення родючості [5].

Кризовий стан в тваринництві країни призвів до значного зниження поголів'я тварин. Тільки поголів'я ВРХ в громадському секторі зменшилось з 21083,1 тис. гол. в 1990 р. до 8319 тис. гол. на 1 травня 2004р. Це обумовило зменшення майже вдвічі одержання органічних добрив для рослинництва. Постановою Кабінету Міністрів України від 29.11.96 р. №1474 "Про подолання кризового стану у тваринництві і птахівництві та стабілізацію розвитку галузі" передбачені заходи по відновленню поголів'я тварин [6].

Існує декілька напрямків переробки і утилізації відходів тваринництва. Найбільш перспективним є метанове зброджування, яке дозволяє отримувати високоякісні знезаражені органічні добрива, а також біогаз як нетрадиційне джерело енергії.

Дослідним шляхом встановлено, що втрати азоту при використанні існуючих технологій отримання добрив складають в середньому 24,5%, а при метановому зброджуванні - не перевищують 5%. Для отримання 1 кг по діючій речовині хімічних азотних добрив, витрачається 2 кг умовного палива. Бактеріальна стерилізація при анаеробному метановому зброд-жуванні оцінюється в 94...98%, відбувається дезодорація, дегельментизація, а також значне зниження схожості насіння бур'янів [1].

Використання збродженого гною, порівнянно із звичайним, дає змогу одержувати у 1,5 рази вищу врожайність сільськогосподарських культур [1]. Крім того, метанове зброджування дає можливість отримувати біогаз, який за своїми характеристиками дуже близький до природного газу. За теплотою згоряння 1 м3 біогазу рівноцінний 0,7 м3 природного газу, або 0,8 л дизельного палива. Переробка відходів від однієї корови дає 2,5 м3 біогазу на добу, від одної голови ВРХ на відгодівлі -1,6 м3 на добу [1].

Згідно "Концепцій розвитку паливно-енергетичного комплексу України на період до 2010 року" за рахунок використання відновлюваних і нетрадиційних джерел енергії та палива прогнозується отримувати 8... 10% виробництва тепла і електроенергії від загальної потреби в них [7]. В аграрно-промисловому секторі використання енергії біомаси, в т.ч. і гнойової біомаси, є найбільш перспективним.

Однак, не дивлячись на всі свої переваги, метанове зброджування безпідстилкового гною не знаходить в нашій країні широкого застосуван-ня. Аналіз вітчизняного та зарубіжного як позитивного, так і негативного досвіду впровадження технологій і обладнання метанового зброджування вказує на необхідність комплексного підходу при розробці і впровадженні таких біотехнологічних операцій.

Для ефективного використання процесу метанового зброджування необхідно ув'язати його за основними показниками з іншими технологічними операціями по принципу біоконверсного комплексу.

В широкому розумінні, біоконверсний комплекс - це система ведення господарства, де виробництво сільськогосподарської продукції орга-нізовано з максимальним використанням біотехнологічних методів, пере-робкою та використанням. Біоконверсний комплекс є замкнена біологічна система, в якій створені умови для конверсії вторинної сировини і відходів в повноцінну сільськогосподарську продукцію. Мета такого комплексу - максимальне виробництво продукції при умові обмеження її питомої енергомісткості, покращення екологічної ситуації, економне використання ресурсів навколишнього середовища [8]. Анаеробне метанове зброджування рідких і напіврідких тваринницьких відходів, в т.ч. безпідстилкового гною ВРХ, є одним з основних базових біотехнологічних процесів біоконверсного комплексу.

Актуальність теми

Сучасний стан сільськогосподарського виробництва потребує зни-ження витрат енергії, пошуку її альтернативних джерел, отримання в достатній кількості якісних органічних добрив для відтворення родючості грунтів, а також усунення екологічних проблем, пов'язаних з забрудненням навколишнього середовища відходами тваринництва [9].

Однією з найбільш перспективних технологій утилізації безпідстилкового гною ВРХ є метанове зброджування, яке, на відміну від традиційних технологій використання гною, дозволяє отримувати біогаз як нетрадиційне джерело енергії і високоякісні знезаражені органічні добрива.

Незважаючи на всі переваги і значні досягнення за останні десятиліття по розробці технологій і обладнання метанове зброджування не знайшло використання в сільськогосподарському виробництві України. Широке впровадження метанового зброджування безпідстилкового гною ВРХ стримується декількома причинами, в тому числі високою матеріаломісткістю і складністю технологічного обладнання, а також відсутністю взаємозв'язку його основних біотехнологічних показників з сумісними технологічними операціями по принципу біоконверсного комплексу. Проте, до теперішнього часу ці питання практично не вирішені. Практично не вивчався процес підготовки біомаси безпідстилкового гною ВРХ до ферментації з врахуванням параметрів технологічного процесу видалення та накопичення гною. Потребують подальшого дослідження основні параметри процесу і шляхи його інтенсифікації. Виникла необхідність в розробці більш ефективних конструкцій мікробіологічних реакторів.

Підраховано, що річна потреба в біогазі для обігріву житлового будинку складає близько 45 м3 на 1 м2 житловій площі, добове споживання при підігріві води для 100 голів великої рогатої худоби - 5-6 м3. Споживання біогазу при сушці сіна (1 т) вогкістю 40% рівно 100 м3, 1 т зерна - 15 м3, для отримання 1 кВт*ч електроенергії - 0,7-0,8 м3.

В Україні тільки на крупних свинарських і птахівничих підприємствах щорічно утворюється більше 3 млн. т органічних відходів по сухій речовині, переробка яких дозволить отримати близько 1 млн. т у.т. у вигляді біогазу, що еквівалентно 8 млрд. кВт*ч. електроенергії. Крім того, в Україні є близько 2 млн. негазифікованих сімейних садиб. Досвід країн, не забезпечених природним газом (наприклад, КНР), показує, що віддалені сільські місцевості доцільно газифікувати за допомогою малих біоустановок, що працюють на органічних відходах сімейних садиб. Так, упровадження 2 млн. установок в Україні дозволило б отримати близько 2 млрд. м3 біогазу в рік, що еквівалентно 13 млрд. кВт*ч енергії, і забезпечило б сімейні садиби органічним sdnapemhel в кількості 10 млн. тонн в рік.

Для розвитку біоенергетики в Україні з метою отримання біогазу і висо-коякісних добрив необхідне створення економічного механізму, стиму-люючого науково-технічні роботи в даній області, виробництво і упрова-дження відповідного устаткування.

Розділ 1. Огляд технологій і продуктів переробки органічних відходів

1.1 Огляд існуючих біотехнологічних процесів переробки органічних відходів

Біотехнологія - галузь науки, яка вивчає використання хіміко-біоло-гічних процесів і агентів (мікроорганізмів, культур клітин і тканин рослинного і тваринного походження, ферментних препаратів та інших біологічно активних речовин) для розв'язання народногосподарських завдань [2]. До біотехнологічних технологій відносяться керовані технологічні процеси, які відбуваються при участі мікроорганізмів, клітин рослин і тварин, а також ферментів [3].

Переваги біотехнологічного процесу полягають в відсутності необхідності застосувати високі температури і тиск при реалізації ферментативних реакцій, в безпеці для людини і навколишнього середовища, а також в порівняній простоті технічного забезпечення виробничих процесів.

Біотехнологічні процеси при утилізації і переробці органічних і органовміщуючих сільськогосподарських відходів відомі і використовувались людством ще задовго до виникнення біотехнологій як науки, тобто ще до початку Допастеровської ери (до 1865 р.) відповідно з прийнятою на III з'їзді Європейської асоціації біотехнологів (Мюнхен, 1984 р.) класифікацію періодів історії розвитку біотехнології.

До існуючих і перспективних біотехнологічних процесів переробки органічних відходів можливо віднести слідуючі процеси [10]:

при переробці рідких відходів:

анаеробне зброджування;

аеробне зброджування;

культивація мікроводоростей;

при переробці твердих відходів:

компостування;

вермикультивування;

культивування синантропних мух;

мікокультивування.

Основні біотехнологічні процеси переробки органічних відходів сільськогосподарського виробництва і їх класифікація за типом ферментера та за видом перероблюваних відходів представлені на рис. 1.1.

В дану систему класифікації біотехнологічних процесів ввійшли біологічні процеси культивування нижчих і вищих організмів, а саме вермикультивування, культивування мікроводоростей, культивування личинок синантропних мух, а також мікокультивування. Крім того, компостування органічних відходів теж віднесено до біотехнологічних процесів як динамічний багатостадійний мікробний процес, який проходить завдяки активності спільноти мікроорганізмів різноманітних груп мікроорганізмів та макрофлори і фауни [3].

Процес компостування є одним з найбільш вивчених і широко використовуваних біологічних способів переробки органічних відходів. В процесі компостування

приймає участь велика кількість видів бактерій - більше 2000 і не менше 50 видів грибів. Ці види можливо підрозділити на групи по температурним інтервалам, в яких кожна з них активна. Для прихрофілів оптимальною є температура нижче 20°С, для мезофілів - від 20°С до 40°С і термофілів - вище 40°С. Сам процес компостування прийнято поділяти на чотири стадії: мезофільну, термофільну, остивання і дозрівання. Компостування широко застосовується в системах утилізації відходів тваринницьких підприємств. Швидкість розподілення органічної речовини залежить від вологості маси та аерації. Найбільш енергійно вона розкладається при вологості 55...77%. При зниженні або підвищенні вологості швидкість розкладання різко знижується. Оптимальне значення параметру аерації при компостуванні повинно підтримувати концентрацію кисню (О2) в межах 10... 18% [10].

Вітчизняні і зарубіжні системи переробки безпідстилкового гною шляхом компостування базуються на використанні механічних операцій фракціонування або змішування з вологопоглиначами (соломою, торфом, тирсою, грунтом, тощо) з метою досягнення оптимальних значень вологості маси [1].

Рис. 1.1 - Біотехнологічні процеси переробки органічних відходів сільськогосподарського виробництва і їх класифікація за типом ферментера, що використовується, та за видом відходів, що переробляються

Процес компостування близький до біотехнологічного процесу твердофазної ферментації і по типу ферментера системи компостування можливо класифікувати слідуючим чином:

відкриті або безреакторні системи (стаціонарні бурти з природ-ньою або примусовою аерацією; бурти, що перемішуються, зприродньою або примусовою аерацією);

твердофазні реактори.

В свою чергу твердофазні реактори можуть бути періодичної чи безперервної дії, з рухомим чи нерухомим шаром, що аерується.

Застосовують різні способи укладки маси в бурти або в компостні купи. Рихла укладка маси в вузькі, не ширше 2...З м, штабелі має назву гарячого зберігання. Більш щільне укладання маси в штабелі розміром не менше 5 м в ширину і 2 м в висоту називають анаеробним або холодним зберіганням.

При гарячепресованому способі компостування масу укладають рихло шарами товщиною по 80... 100 см з послідовним ущільненням кожного шару після підвищення температури в штабелі до 55...60°С. В нього кладуть не менше 3...4 шарів, щоб загальна висота його після ущільнення була не менше 2 м [11]. Таким чином, при відкритому компостуванні органічна маса підлягає ферментуванню і при рихлій (неущільненій) укладці домінує аеробна твердофазна ферментація, при холодному зберіганні - анаеробна твердофазна ферментація, при гарячепресованому способі - спочатку аеробна, а потім анаеробна ферментація.

В механізованих системах компостування, які знайшли використання в розвинених країнах, застосовують в основному твердофазні реактори прискореної аеробної ферментації. Відповідно процесу Дейно масу розміщують на 1...5 діб в аерований барабан, який повільно обертається, а потім витримують на протязі 14...ЗО діб в буртах при періодичному механічному перелопачуванні [11]. Проте, такі твердофазні реактори барабанного, а потім баштового типу, практично не знайшли використання в сільськогосподарському виробництві, а найбільш широко застосовуються при переробці твердих відходів комунального господарства.

Не зважаючи на значні переваги процесу компостування в відкритих безреакторних системах (буртах), а саме: відсутності потреби в дорогому і складному обладнанні, зменшенні кількості відходів на 40..60% від початкової, знезараження більшості патогенної мікрофлори і отримання якісних гуміновміщуючих органічних добрив, подальший розвиток систем компостування йде в напрямку розробки закритих ферментерів - твердофазних аеробних реакторів [12]. Це обумовлено, в першу чергу, екологічними проблемами через значне забруднення повітряного і водних басейнів при відкритому компостуванні, а також значними втратами органіки і поживних речовин. Так, наприклад, з накопичуваних в Україні на початку 90-х років 240 млн. тонн підстилкового гною до 90 млн. тонн безповоротно були втрачені при компостуванні [13]. Крім того, в Україні до 10 млн. тонн соломи витрачається в якості вологопоглинача і підстилки. Все це обумовило необхідність пошуку альтернативних варіантів видалення та переробки гною. В теперішній час спеціалістами ІМТ УААН, НАУУ і ІМЕСГ УААН ведеться розробка технологій і обладнання для виробництва високоякісних компостів шляхом використання твердофазних аеробних реакторів [1]. В основному, це закриті ферментери з примусовою аерацією і періодичним завантаженням.

В останній час зріс інтерес до процесу компостування як до технологічної операції приготування поживних субстратів для процесів верми-та мікокультивування.

В останнє десятиріччя в зв'язку з загостренням екологічної ситуації і необхідністю відновлення родючості грунтів особливий інтерес викликає вермикультивування - процес вирощування культури дощових черв'яків з метою отриманням високоякісного біологічно активного добрива (біогумусу) і білкової маси черв'яків. В природі існує багато різноманітних видів черв'яків, більшість з яких на території України відносяться до сімейства люмбрицид. Проте, лише деякі піддаються культивуванню в штучних умовах. Це гнойовий черв'як Еіsепіа foetіda, звичайний дощовий черв'як Lumbricus terrestris та декілька інших видів [10].

Вермикультивування знайшло широке використання в США, Японії, ФРН, Франції, Італії, Швейцарії, Польщі, Угорщині, Китаї і інших країнах для переробки органічної сировини в біогумус і отримання білкових кормових добавок в раціони сільськогосподарських тварин, а також отримання сировини для харчової, фармакологічної та парфюмерної промисловості. Особливо значні успіхи розвитку вермикультивування відбулися після виведення в університеті штату Каліфорнія лікарем Барретом в 1959 р., після 20 років роботи над звичайним гнойовим черв'яком, нової раси - каліфорнійського червоного гібриду. На відміну від звичайного дощового черв'яка, він живе не 4, а 16 років, пристосований до штучних умов життя (втратив інстинкт покидати субстрат при незвичайних умовах, має вищу плодовитість, швидше росте, харчується різноманітними органічними відходами). В 80-ті роки технологія вермикультивування і культура черв'яка потратили на територію України [14].

Маточну культуру червоного каліфорнійського черв'яка в кількості 6 млн.шт. було завезено в Івано-Франківську область з Польщі, а в 1990 р. в господарствах асоціації "Біоконверсія" їх було вже 700 млн. шт. при виробництві біогумусу до 1000 тонн на рік. В теперішній час за даними НДЦ "Біогумус" (м. Івано-Франківськ) виробництво товарного біогумусу в Україні складає приблизно 100 тис. тонн на рік.

Процес вермикультивування проводять як на відкритих майданчиках, так і в спеціальних закритих спорудах (вермиінкубаторах). В вітчизняній і закордонній літературі описані різноманітні способи вермикультивування. Найбільш розповсюдженим є вермикультивування в ложах і в грядах. Подальше широке впровадження вермикультивування в Україні стримується відсутністю засобів механізації (40...60% всіх операцій вермикультивування в ложах виконується вручну). В теперішній час розроблені вихідні вимоги на механізовані технології, на обладнання для їх реалізації [15,16] і приводяться роботи по розробці і випуску спеціалізованого обладнання як для відкритих майданчиків, так і для вермиінкуба-торів.

Значною кількістю дослідів, а також за результатами довгострокового використання біогумусу в якості добрива, встановлено, що його внесення в дозах на порядок нижчий, ніж традиційних органічних добрив дає прибавку врожайності на 15... 100% і відновлює родючість грунтів [1]. При цьому значно покращується якість отриманої продукції рослинництва, підвищується вміст вітамінів, різко знижується кількість нітратів, солей важких металів і радіонуклідів. Крім біогумусу, можливо використання біомаси черв'яків, яка вміщує майже всі амінокислоти, до 60% сирого протеїну, 6...9% ліпідів і 7... 16% азотистих екстрактивних речовин. Біомасу черв'яків можливо згодовувати тваринам і птиці як в сирому, так і в переробленому вигляді, в кількості, яка задовільняє їх потребу в білку. М'ясо тварин при цьому набуває високої товарної якості. Все це дає можливість оцінювати процес вермикультивування як один з найперспек-тивних біотехнологічних процесів.

До перспективних біотехнологічних процесів відноситься і процес мі-кокультивування, в тому числі і вирощування базидіальних і міцеліальних грибів при утилізації твердих сільськогосподарських відходів [14].

В промисловому культивуванні особливий інтерес представляють так звані дереворуйнуючі гриби - єдина група організмів, які мають здатність ефективно утилізувати лигно - целюлозні комплекси. Ці гриби мають здатність плодоносити в стерильних умовах без будь-якого симбіозу. Енергія росту ксилофітів в декілька раз вища, ніж в інших вищих базидіальних грибів. Найбільшого поширення в промисловому мікокульти-вуванні отримали Cuitake Lentinus edodes, глива устрична РІeurotus ostreatus, які займають в світовому виробництві відносно друге і третє місце після печериці двохспорової Agaricus bisporus.

Процес мікокультивування передбачає стерилізацію поживного субстрату, тобто відноситься до стерильних біотехнологічних процесів. Відходи тваринництва при мікокультивуванні використовуються в вигляді складових частин поживного субстрату або природні замінники добавок мінеральних солей після попередньої ферментації. В останній час підвищився інтерес до мікокультивування як до джерела сировини для отримання хітину, який включає в себе оболонка клітин грибів. Хітиновміщуючі препарати використовуються як адсорбенти радіонуклідів, а також можуть служити в майбутньому альтернативою антибіотикам.

На відміну від розвинених країн в Україні мікокультивування ще не знайшло достатньо широкого використання.

Одним із перспективних, на початку 70-х років, при утилізації відходів тваринництва вважався процес культивування личинок синантропних мух. З 1972 р. у Всесоюзному інституті тваринництва було разпочато дослідження по вирощуванню личинок кімнатної мухи з метою знезараження гною і отримання кормового продукту для тварин [10]. В початковій стадії культивування личинок незначно знижувалось загальне бактеріальне обсіменіння. В кінці процесу відмічалось подальше зниження загального бактеріального обсіменіння, колі-титр доходив до 10 і зменшувалась анаеробна мікрофлора. На основі цих досліджень Новосибірським СП була розроблена стаціонарна експериментальна установка по переробці гною свиней личинками кімнатної мухи. Для отримання яєць в інсектарії підтримувалась температура 26...28°С, вологість 50...60% і освітленність 40 лк. Установка дозволяла переробляла до 1 тонни гною свиней вологістю 65...80% при оптимальній нормі внесення яєць мухи 0,3...0,4 г на 1 кг гною. Вихід личинок склав до 100... 125 г на 1 кг гною. Експозиція технологічного циклу складала 4...5 діб. Не дивлячись на отримання якісної білкової маси і можливості використання її в якості кормової добавки, даний метод не знайшов подальшого розвитку через свої недоліки: недостатній знезаражуючий ефект, труднощі підтримання безперервності процесу, можливість накопичення шкідливих речовин в організмах культивованих личинок, висока трудомісткість.

Біотехнологічні процеси знайшли широке застосування при переробці і утилізації рідких органовміщуючих відходів. Біологічні методи очищення стічних вод вважаються найбільш економічно ефективними і сприйнятними з екологічної точки зору. Основою цих процесів є використання властивості нижчих і вищих організмів утилізувати як поживні речовини розчинені в стічних водах органічні сполуки. В залежності від типу мікроорганізмів, які використовуються як біологічний агент, очищення може відбуватися як в присутності кисню (аеробна ферментація) так і при його відсутності (анаеробна ферментація).Найбільш широке розповсюдження раніше мав спосіб природнього біологічного очищення - поля зрошення. Поскільки в грунті відсутні сприятливі умови для розвитку патогенної мікрофлори, то при наявності нормальної ґрунтової мікрофлори відбувається природне знезараження стічних вод. В результаті ґрунтового очищення одночасно вирішуються дві основні задачі - мінералізація внесеної органічної речовини і знезараження. Грунт має високі властивості переробляти органічні речовини, ефективність ґрунтового очищення від них досягає 90...99% [1,2]. Не дивлячись на те, що використання полів зрошень при утилізації стічних вод тваринницьких комплексів сприяє підвищенню урожайності і економії мінеральних добрив, в процесі ґрунтової утилізації в грунт поступають шкідливі речовини, патогенні мікроорганізми і яйця гельмінтів, які зберігають свою життєздатність довгий час. Цілий ряд досліджень [17] виявив довгострокове зберігання патогенних організмів, обсеменіння ними ґрунтових вод, засолення грунтів. Екологічна небезпечність даного процесу обумовила необхідність пошуку альтернативних технологій.

Біологічні ставки (лагуни) займають проміжне положення між природними і штучними ферментерами. їм притаманна стабільна задовільна якість очищення при простих і дешевих способах експлуатації. Існує декілька типів біологічних ставків з різною проточністю (безстічні, контактні, каскадні) і механізмом очищення (анаеробні, факультативно-анаеробні, аеробні та аеровані), кожен з яких застосовується в залежності від конкретних умов і задач [18].

Відомі також ефективні системи очищення і утилізації рідких гнойових стоків в рибоводно-біологічних ставках [18], які дають можливість отримувати до 50 ц/га біомаси ракоподібних, 6..8 ц/га біомаси ставкового коропа. Складний комплекс водних організмів забезпечує високий ступінь очищення, проте в очищених стоках періодично знаходять патогенні штами кишкової палички, що потребує додаткових методів знезараження. Серед біотехнологічних процесів очищення стоків найбільше розпоширен-ня мають аеробні системи, які базуються на використанні аеробної мікрофлори, що спроможна активно переробляти органічні забрудники при наявності необхідної кількості кисню і в незначній кількості біогенних речовин в вигляді азото- і фосфоровміщуючих речовин. На практиці для аеробного очищення стоків використовують різноманітні технічні системи (ферментери). Якщо стічні води не сильно забруднені, то для очищення використовують очищення на краплевих або біологічних фільтрах, в яких бактерії знаходяться в нерухомому стані в слизовій плівці на крупнозернистій поверхні наповнювача. Прикладом інтенсивного очищення більш забруднених стоків - системи аерованих ставків, в які повітря подається за допомогою спеціальних механічних аераторів, і аеротенки. Останні являють собою резервуар, в якому безперервно відбувається звішування стічних вод, мікробного мулу і повітря. Аеротенки працюють в комплекті з відстійниками, де осаджується мул, який накопичується в значній кількості.

Аеротенки, як біологічні реактори, можливо умовно розділити на реактори витіснення і повного змішування. До реакторів витіснення відносяться аеротенки коридорного типу, в яких достатньо глибоко відбувається деструкція органічної речовини. Аеротенки повного змішування звичайно використовують для очищення стоків з БПК до 3000 мг/л. Активний мул після відстійників має вологість 95..99% [19]. Такі системи широко застосовуються при очищенні міських комунальних стоків і стоків переробних підприємств.

Аеробне біологічне очищення рідких стоків тваринницьких комплексів в 70-х роках представлялось альтернативою довгострокового (20...ЗО днів) очищення в біоставках, які потребували значних матеріальних витрат і земельних площ. Було розроблено і впроваджено в виробництво багато варіантів аераторів і аеротенків для очищення тваринницьких стоків [10]. Проте процес має суттєві недоліки, а саме: високі енерговитрати на аерацію, проблеми пов'язані з переробкою і утилізацією надлишкового мулу, забруднення повітря. На міжнародній конференції по використанню гною (1976 р.) було однозначно вказано, що безпідстилковий гній необхідно вносити тільки в грунт. Скидання його в водойми навіть після очищення будь-якими, в тому числі і біологічними способами, недопустиме. В розвинених країнах повністю відмовились від видалення гною гідрозмивом як від екологічно небезпечного. В Україні до цього часу ще функціонують такі системи на деяких тваринницьких комплексах, що призводить до значного накопичення стоків і необхідності їх аерування. За даними НВО "КТІСМ" (м. Запоріжжя) річна потреба сільського господарства України в установках для аерування тваринницьких стоків не перевищує 7 штук.

За останні роки в світі, а також в Україні, широкий розвиток отримало масове культивування мікроводоростей (хлорели, сценедесмуса), ціанобактерій (спіруліни) як неперевершених продуцентів білка [14]. Мікроводо-рості широко використовуються як кормові добавки в раціонах сільськогосподарських тварин. Дослідження [19] показали, що добавка суспензії хлорели по 10 л на голову дійних корів на протязі 45...90 днів дає приріст живої ваги середньому на 20 кг, молока - на 64 кг і жирності молока на 0,2% в порівнянні з контрольними тваринами.

При культивуванні протококкових водостей на мінеральних середовищах найбільш часто вживають середовища Тамія, Майєрса, Прата Кнопа та інші. Так, для виробництва однієї тонни сухої біомаси хлорели витрачається 1370... 1750 кг мінеральних солей. Дослідження показали, що застосування стічних вод тваринництва може бути природнім джерелом мінеральних солей і слугувати очищенню самих стоків. За даними [19] при вирощуванні хлорели і сценедесмуса на міських комунально-побутових стоках за 5...8 днів відбувається зростання водоростей до густини 0,65...1,1 г/л сухої речовини, а БПК стоку при цьому знижується на 90... 97%.

Досліди по використанню в якості поживного середовища гною ВРХ при розведенні 1:20... 1:40 дали добрі результати. На 10-й день приріст хлорели на гнойовому середовищі був вищий на 71%, ніж на середовищі Тамія.

Обнадійливі результати отримані [19] при використанні в якості поживних середовищ для культивування мікроводоростей рідких продуктів анаеробної ферментації.

Для культивування мікроводоростей застосовують різноманітні культиватори (фіто-реактори) [20], які розподіляються за джерелом опромінення на установки з природнім, штучним або комбінованим опроміненням; по типу циркуляції поживного середовища - установки закритої циркуляції, конвейєрні установки, відкриті неглибинні системи, установки закритого глибинного типу і установки відкритого глибинного типу.

Ефективним і перспективним є використання анаеробної ферментації тваринницьких стоків і безпідстилкового гною.

Таким чином, огляд літератури по застосуванню існуючих і дослідженнях перспективних біотехнологічних процесів переробки органічних сільськогосподарських відходів вказує на можливість і об'єктивну необхідність залучення до сільськогосподарського виробництва біотехнологічних процесів, в тому числі і мікробіологічної ферментації гнойової біомаси.

1.2 Технології анаеробної ферментації органічних відходів

Біотехнологічні процеси анаеробної ферментації органічних відходів широко застосовуються при очищенні комунальних стоків, стоків підприємств переробної промисловості, а також при отриманні біогазу і кормових препаратів вітаміна В12 [10]. Слід відмітити, що в сучасному біотехнологічному виробництві широко використовуються процеси анаеробної ферментації або бродіння.

Розрізняють шість видів ферментації біомаси, що проходять одночасно або послідовно [1]:

амонієва,

азотна,

вивільняюча азот, якій підлягають азотні складові сировини,

окислювальна,

кислотна,

метанова, якій піддаються вуглеводні з сировини, зокрема, целюлоза.

Особливої уваги заслуговує метанова ферментація, яка вивільнює горючий газ - метан, а також амонієва ферментація, продуктом якої є аміак у вигляді розчинних амонієвих солей.

Розпад целюлози у процесі метанового бродіння протікає наступним чином:

(C6H10O5)n + nH2O 3nCO2 + 3nCH4 + 18,9n [J], де:

n - кількість молекул або глюкозних залишків, H2O - вода, (C6H10O5)n - целюлоза, CO2 - двоокис вуглецю, CH4 - метан, [J] - енергія (тепло).

У результаті розкладу вуглеводнів органічної речовини, виникають низькомолекулярні з'єднання. Розклад твердих складових сировини проходить тим швидше, чим нижчий ступінь їх полімеризації. Такі речовини, як цукор, крохмаль, геміцелюлоза, піддаються швидкому розпаду у анаеробному процесі (без доступу кисню), утворюючи відповідні органічні кислоти: оцтову, олійну, молочну тощо. При швидкому накопиченні цих кислот у бродильному середовищі настає уповільнення ферментації. Високо полімеризовані речовини розкладаються повільніше, а згадані органічні кислоти утворюються більш поступово. Це явище є сприятливим, оскільки подібний перебіг ферментації дозволяє отримувати досить велику кількість метану бесперервно та рівномірно.

Метанізація цукрів у бродильному середовищі протікає за двома способами, кожен з яких включає по три фази:

Спосіб 1:

- Утворення кислоти - цукор біохімічно перетворюється в жирову кислоту:

(C6H10O5)n + 7nH2O 6nCH3COOH

- Утворення солі - жирова кислота реагує з основними компонентами з утворенням солі жирової кислоти:

CH3COOH + NH3 CH3COONH4

- Утворення метану - сіль жирової кислоти розпадається з виділенням двоокису вуглецю та метану:

CH3COONH4 CH4 + CO2 + NH3

Спосіб 2:

- Утворення кислоти, як і у способі 1.

- Утворення газів - жирова кислота розпадається на двоокис вуглецю та водень:

CH3COOH +2 H2O CO2 + 4 H2

- Утворення метану - двоокис вуглецю та водень сполучаються, утворюючи метан:

CO2 + 4 H2 CH4 + 2 H2O

Не вся органічна сировина потребує проходження трьох фаз ферментації. Багато відходів, наприклад виділення тварин, відразу після виділення містять велику кількість частково розкладеної речовини, що підлягає проходженню наступних фаз процесу ферментації. Водночас, деякі органічні з'єднання рослин (наприклад, лігнін) і всі неорганічні складові не піддаються зброджуванню. Вони являють собою інертну в цьому процесі масу, та утворюють шлам, здатний засмітити систему. Близько 95% маси, якою заповнений біогазогенератор при зброджуванні, складає вода.

Реакції, що відбуваються при зброджуванні органічної речовини, мають екзотермічний характер. У процесі їх протікання виділяється приблизно 1,5 МДж теплоти на 1 кг сухої маси матеріалу, що зброджується, тобто 25 КДж/моль С6Н10О5. Цієї теплової енергії, як правило, недостатньо для підтримання відповідної температури біомаси, яку зброджують.

Якщо матеріал, призначений для зброджування, висушити і спалити, то теплота його згоряння складе приблизно 16 МДж/кг. Тобто, лише біля 10% потенціальної теплоти згоряння втрачається у процесі зброджування. Отже, ККД конверсії органічної речовини в біогазовому реакторі складає біля 90%. Крім цього, матеріал з підвищеною вологістю, який вводиться у процес зброджування, дає високоякісне з добре керованим горінням газоподібне паливо, у той час як одне лише видалення 95% вологи вимагає до 40 МДж теплоти на кожний кілограм сухої речовини. На практиці зброджування рідко ведуть до кінця, так як це сильно збільшує тривалість процесу. Звичайно зброджують приблизно 60% вихідного продукту. Вихід газу складає приблизно від 0,2 до 0,4 м? на 1 кг бродильного сухого матеріалу при нормальних умовах і при витраті 5 кг сухої біомаси на 1 м? води. Відомо, що існують три характерні рівні температур, що сприяють розмноженню визначених видів бактерій. Зброджування при більш високих температурах проходить швидше, ніж при низьких і характеризується приблизно подвоєним виходом газу на кожні 5°С.

Ефективний перебіг метанової ферментації органічних речовин потребує виконання чотирьох основних умов:

безкисневої атмосфери,

відповідної температури зброджуваної маси,

слаболужної реакції середовища,

присутності бактерій, що виробляють метан.

Виділення метану із речовини, що піддається ферментації, проходить лише в анаеробних умовах, тобто тоді, коли нема доступу кисню (повітря). Тому ферментація повинна протікати у спеціальних резервуарах, закритих ферментаційних камерах та іншому подібному обладнанні.

Дуже важливим фактором ефективного протікання процесу ферментації є температура маси, що зброджується. Метанова ферментація починається при температурі 60С. При нижчій температурі - виділення метану припиняється. Одночасно із зростанням температури, швидко збільшується кількість газу, що виділяється. Так, при температурі 300С виділення біогазу відбувається в 12 разів щвидше, ніж при температурі 100С.

При використанні мезофільних бактерій раціональним температурним режимом вважають 30-35С, для термофільних бактерій - 55-60С. Термофільні бактерії більш продуктивні, ніж мезофільні. Вони протягом часу експозиції (12-14 днів) мінералізують стільки ж органічних речовин, скільки мезофільні бактерії за 21-36 днів. Завдяки цьому, при однаковій кількості виробництва біогазу за день, місткість ферментаційних резервуарів може бути значно меншою. Час експозиції залежить також від виду матеріалу, що завантажується. Органічні речовини розпадаються з різною швидкістю. Найдовший час експозиції буде при підвищеному вмісті целюлози та геміцелюлози, більш короткий - у випадку наявності у сировині білків та жирів, а найкоротший - для цукрів. У випадку вмісту речовин, що важко розкладаються, (таких як целюлоза, геміцелюлоза та лігнін), можна застосовувати двоступеневу ферментацію. Прискорити процес можна шляхом подрібнення або розведення маси. Разом з тим, враховуючи необхідність підтримання більш високої температури маси, що бродить, витрати теплової енергії при реалізації термофільних процесів є значно вищими. При низькій температурі навколишнього середовища та недостатній ізоляції резервуару, витрати теплової енергії можуть бути настільки великими, що біогазу, який виробляється, не вистачить для обігрівання бродильної маси. У зв'язку з цим у європейських кліматичних умовах, ферментаційні камери звичайно працюють у мезофільному діапазоні температур, тобто при 30-35С.

Важливою умовою забезпечення регулярного протікання біохімічних процесів в біогазогенераторі є слаболужна реакція бродильного середовища, при цьому задовільним вважають pH на рівні 6-8 (оптимальне значення знаходиться в межах 7-7,5 рН). Надто лужна реакція сприяє ферментації через патогенне гниття, але викликає небажане виділення сірководню. У надто кислому середовищі (при ферментації побутових відходів, виділень свиней) метанове бродіння може спинитись з блокуванням виділення біогазу.

Суттєве значення у процесі бродіння мають мікроорганізми. Для забезпечення метанової ферментації необхідна наявність у речовині метаногенних мікроорганізмів, а саме Bacillus perfringens. Ці мікроорганізми розвиваються лише у сприятливих умовах - в анаеробному середовищі у слаболужній реакції при температурі 6-70С. Для поліпшення протікання ферментації необхідне прививання відповідних колоній бактерій. Бажано також стимулювати початок ферментації шляхом додавання вже ферментованого субстрату, тобто, привити сировині бактерій відповідного штаму, які реалізують цей процес. З метою уніфікації температури органічної речовини, що піддається ферментації, а також розповсюдження мікроорганізмів в біомасі, проводять систематичне її перемішування. Перемішування зброджуваної речовини попереджає місцеву ферментацію, що викликається патогенами. Ферментація біомаси, як правило, проходить три етапи: гідролізу, кислої та метанової ферментації. Так як процес протікає завдяки бактеріям, їм необхідно створити відповідні умови, а саме:

температуру, яка підходить для даного штаму бактерій,

час експозиції, що визначають за часом притоку сировини до біогазового реактору (його підбирають так, щоб попередити вимивання бактерій з місткості),

відповідне завантаження порцією додаткових матеріалів (надто високе призводить до перенавантаження системи, а надто мале - до згасання реакції),

вміст інгібіторів процесу, таких як антибіотики або засоби охорони рослин.

Важливими умовами є збереження постійної температури під час протікання процесу в усьому об'ємі резервуару, а також заборона зміни складу та кількості завантаженої маси способом, що не контролюється (ці останні умови особливо важливі у випадку ферментації різних видів завантаженої маси). Тому правильність протікання процесу ферментації повинна контролюватися оцінкою вмісту метану у біогазі, що виробляється. Більш точним шляхом контролю протікання процесу є вимірювання вмісту летючих жирних кислот методом газової хромотографії, який є надто дорогим для господарського використання. Безкиснева переробка органічних речовин веде до виробництва летючих жирних кислот, які у другій фазі ферментації перетворюються у метан.

У сучасному біогазовому виробництві використовують три основні технології метанової ферментації: безперервну, змінну та періодичну.

Безперервна ферментація полягає у постійному - або з короткими перервами в часі - надходженні сировини (органічних відходів, виділень тварин тощо) до реактора. Одночасно з подачею свіжої гноївки відбувається відток маси, що перебродила. Сировина, що піддається ферментації, повинна мати рідку або напіврідку консистенцію. Найкраще для цього підходить гноївка великої рогатої худоби або свиней. Ця технологія потребує найменших ферментаційних камер і реалізує процес безперервного виробництва біогазу. Ферментаційні резервуари можуть встановлюватись горизонтально або вертикально, різними можуть бути способи перемішування (механічною мішалкою, перекачуванням сировини, вдуванням біогазу тощо) маси, а також спосіби введення та виведення сировини. Технологія з безперервною ферментацією належить до найбільш технічно відпрацьованих.

Змінна ферментація потребує побудови щонайменше двох ферментаційних резервуарів, які по черзі заповнюються сировиною. Через певний час (від 8 тижнів до декількох місяців) звільняють перший завантажений резервуар, залишивши в ньому невелику кількість шламу для прививання бактерій при наступному завантаженні. Виробництво біогазу при використанні цієї технології є циклічним. Чим більше резервуарів, тим коротші перерви між циклами виробництва газу з різних місткостей.

Періодична ферментація відбувається за подібним до змінної ферментації процесом, але з використанням одного ферментаційного резервуару, який періодично заповнюють і після закінчення ферментації звільняють. Ця технологія застосовується за наявності густої сировини, такої як гній. Ферментаційний резервуар являє собою ще і склад гною, який звільняється під час вивозу гною на поле. Часто ставляться вимоги, щоб період перебування гною у ферментаційному резервуарі був не меншим за 6 місяців. За таких вимог і такої технології, виробництво газу можливе лише двічі на рік і є найнижчим у порівнянні з іншими технологіями.

Результати, що досягнуті в розвитку технічного забезпечення сільської місцевості з використанням біогазових установок, це лише невеликий крок в напрямку вирішення загальної комплексної проблеми. Технології переробки органіки з використанням біомаси рослинного походження в біогазових установках набувають поширення у зв'язку зі скороченням поголів'я великої рогатої худоби та зростанням вартості традиційних енергоносіїв. Проте технічне забезпечення в Україні цих технологій не відповідає сучасним вимогам і потребує відповідної розробки. Важливою умовою розвитку біогазових технологій на сучасному етапі є підвищення ефективності технічних засобів для виробництва біогазу з мінімально можливими викидами шкідливих газів в навколишньє середовище.

Вироблено та реалізовано концепцію технічного і технологічного вирішення проблеми сумісного використання органічних добрив та рослинної біомаси в біогазових реакторах [21]. Технологічний процес розпочинається в первинній місткості, де рідкі і тверді органічні добрива перемішуються до однорідної маси і подаються в реактор за допомогою помпи. Якщо суміш достатньо рідка, то від первинної місткості можна відмовитись, подаючи сировину безпосередньо в реактор. Це стає можливим при застосуванні суміші з сінажу кормових буряків. Бродіння проходить в реакторі, в якому підтримується постійна температура 35-45. В цьому температурному режимі бактерії працюють найефективніше. З реактора суміш самоплином перетікає в місткість-сховище, де завершується бродіння. Так протікає технологічний процес роботи біогазової установки сховищно-поточного типу.

Під час бродіння в реакторі до бродильної суміші постійно додається свіжа суміш, яка і витісняє перероблену в іншу місткість. За допомогою механічних змішувачів процес бродіння в реакторі розподіляється рівномірно за об'ємом. Бродильна суміш залишається в реакторі стільки часу, скільки це біологічно необхідно для розкладання органічних речовин бактеріями. При оптимальних умовах і температурі в реакторі 35-45 органічні речовини розкладаються на 90...95 % за 35-45 діб. Особливу увагу необхідно звертати на однорідність бродильної суміші. В реакторі бактерії повинні бути постійно забезпечені органічними речовинами. Це потребує постійної подачі однорідної органічної суміші в реактор. Біогаз має в своєму складі незначну кількість сірки, яка впливає на довговічність агрегатів біогазової установки. Для виділення сірки з біогазу на поверхню бродильної суміші в реакторі за допомогою невеликого компресору задувається свіже повітря. Це призводить до того, що спеціальні мікроорганізми перетворюють газоподібну сірку в твердий стан, яка стає цінною складовою органічних добрив.

Технологія вирощування рослинної маси обумовлює ефективність процесу зброджування. Вміст сирої фази в біомасі визначає час перебування субстрату в реакторі. А вміст сирої фази залежить від ступеню розвитку рослин. Тому, щоб забезпечити максимальний вихід метану з газу потрібно оптимізувати час скошування. Пізнє збирання дає високий вихід біомаси з гектару, а раннє - низький. Тому можливий питомий вихід метану з біомаси на гектар площі вирощеної біомаси може коливатись у значних межах.

Оскільки в суміші, якою є сировина для зброджування в біогазовому реакторі, важливим компонентом є гній, необхідно визначити його ефективність при утворенні біогазу. Оскільки одна голова ВРХ виробляє щорічно близько 1,5 т сировини в формі органічних добрив, з яких вихід метану становить в середньому 355 м3. А вихід метану з гектару рослин на енергетичні потреби відповідає виходу метану від 8-18 голів ВРХ. Ці розрахунки не визначають переробку органічних добрив як менш ефективну. Доцільно використовувати обидва субстрати, які при обєднанні створюють субстрат з поліпшеними якостями. Зокрема, підвищується якість органічних добив, що одержують в процесі утилізації відходів тваринництва і рослинництва.

Всі, побудовані на даний момент, біогазові установки, як господарські, так і промислові, відрізняються великим різноманіттям специфічних виробничих, технологічних та технічних рішень.

1.3 Біогаз - важливий продукт метанового збродження органічних відходів

Одним із шляхів доповнення і часткової заміни традиційних видів палива в сільській місцевості є використання біогазу. Важливим аргументом на користь даного джерела енергії є необхідність вирішення на сучасному рівні екологічних проблем, що виникають при утилізації відходів у сільському господарстві. Однією з основних тенденцій у розгортанні екологічно безпечного виробництва продукції рослинництва і тваринництва є розвиток комплексних технологій із використанням процесів метанового зброджування при утилізації біомаси, в результаті якого утворюється біогаз. Для виробництва біогазу придатними є різноманітні відходи агропромислового комплексу, які містять целюлозу та інші цукри. У сільськогосподарських та побутових відходах при певних умовах виникають біохімічні процеси, які називаються ферментацією. В результаті ферментації з сільськогосподарських відходів одержують не лише біогаз, але й концентровані органічні добрива, які є цінним продуктом для застосування в сучасних технологіях вирощування культур - системах органічного землеробства тощо.

Виробництво біогазу з різних видів сільськогосподарських відходів, головним чином гною, є традиційною технологією в ряді країн, що розвиваються. В останні роки біоігазові установки отримали розповсюдження і в промислово розвинутих країнах, особливо в Західній Європі, де приблизно 3/4 приходиться на невеликі установки з ємністю реакторів від 100 до 300 м?, утилізуючих в основному відходи тваринництва. Біля 90 більш великих промислових біогазових установок з робочим об'ємом реактора до 5000 м? застосовуються для переробки стоків гною. Доцільність автономного енергозабезпечення ферм з власного джерела енергії та необхідність зменшення шкідливих викидів в оточуюче середовище роблять енергетичний біогазовий блок обовязковим елементом сучасних тваринницьких комплексів

Зараз, загальна кількість промислових біогазових установок на території ЄС складає близько 750 одиниць, з них найбільше (500) знаходиться у Німеччині, в Австрії - 120, Італії - 70, Швейцарії - 59 і Данії - 40. Сьогодні у Данії існує близько 20 великих централізованих об'єктів типу CAD (Centralised Anaerobic Digestion), що обслуговують господарства у радіусі 10 - 15 кілометрів. В Австрії функціонує 3 об'єкти такого типу, у Швеції - 8, Італії - 5 і Німеччині - 3. Великі CAD-системи щорічно постачають з аграрних кооперативів по декілька сот тон сільськогосподарських відходів. Перевагами централізованих систем є можливості використання передових технологій знезаражування та звільнення від великої кількості баластних речовин у сировині. Такі централізовані CAD-системи мають ферментаційні камери місткістю до 10000 м3, в яких можна виробляти енергію у кількості від кількох сот кВт до декількох MВт. Одним з недоліків централізованих систем є великі відстані, на які необхідно перевозити субстрати. Слід зазначити, що розмір інвестицій не обумовлює кількості установок, а їх число - обсягів виробленого біогазу. Наприклад, Італія, яка має 70 біогазових установок, виробляє у 6 разів менше біогазу, ніж Данія, де переважають великі централізовані CAD-системи [1].

Ферментація у невеликих камерах, без додаткового підігріву системи, де сировиною можуть бути гноївка та комунальні відходи, - можлива в країнах з високою середньою температурою навколишнього середовища та іншими, ніж у розвинених країнах, структурами сільського господарства. Ферментаційні камери місткістю 4 - 12 м3, що обслуговують одне або декілька господарств, найбільш популярні у країнах Африки та Азії. Біогаз, що виробляється в малих системах задовольняє енергетичні потреби господарств, служить для приготування їжі та освітлення приміщень. Найбільша кількість таких установок (8 мільйонів ферментаційних камер) знаходиться в Китаї.

Фізико-механічні властивості стоків гною залежать в основному від умов утримання тварин на фермі і способів прибирання гною (механічний, самоплавний або гідрозмивний) і змінюються в межах: вологість 76,8-98,3%, зольність 14-22%. Об'єми стоків визначаються кількістю тварин, що одночасно утримуються на фермі, і сягають 44-468 м? на фермах ВРХ і 37-2580 м? на свинарських фермах. Частка метану у газах, які являють собою продукт метанової ферментації гноївки, залежить від її виду. Біогаз зі свинної гноївки складається з 70-80% метану, великої рогатої худоби - з 55-75%, а пташиної - з 60-80% метану. Іншу частину складають: двоокис вуглецю у кількості 20-45%, водень - 1-3%, кисень - 0,5-1%, а також сірководень і азот (на рівні 1-5%). Ємність метантенків на фермах, розрахована як величина, зворотна нормі добового завантаження з урахуванням коефіцієнта об'ємного розширення і густини стоків гною, коливається в широких межах. Наприклад, для ферм на 400 голів ВРХ молочного напрямку при зброджуванні в мезофільному режимі необхідно мати метантенк ємністю від 950 до 19530 м?, у термофільному - від 425 до 9765 м?. Утворений в результаті метанової ферментації біогаз є джерелом теплової або електричної енергії. Енергетична цінність біогазу залежить від частки метану і в середньому складає 17 - 23 МДж/м3 (табл. 1.1). З одного метра кубічного гноївки можна отримати близько 20 м3 біогазу енергетичною цінністю 20 - 25 МДж/м3 [1]. Після виділення з біогазу двоокису вуглецю шляхом розчинення його у лужній воді, можна отримати газ з вмістом до 95% метану, тоді його енергетична цінність зросте до 36 МДж/м3. Очищений метан є неотруйним горючим газом без кольору і запаху. У звичайних умовах метан важко зріджувати. Швидкість переміщення полум'я у біогазі не перевищує 50 м/с. Біогаз у суміші з повітрям вибухонебезпечний, якщо його частка становить 5-15%. Біогаз має октанове число біля LO125. Не очищений біогаз має характерний запах ферми або болота, завдяки чому його витік можна легко відчути.