Комплексная оценка животноводческих отходов в качестве ресурса для биоэнергетических установок

Изучается переработка отходов животноводческих комплексов с получением биогаза, его использование для выработки тепловой и электрической энергии в целях реализации энерго- и ресурсо­сбережения в регионе. Внед­рение инженерных решений по утилизации отходов животноводческих комплексов одновременно решает проб­лемы, связанные с предотвращением загрязнения водоемов, заражения почв болезнетворными бактериями и гельминтами, содержащимися в навозных стоках животноводческих ферм.

Эффективное использование биоэнергетических установок животноводческой отрасли региона 
Опыт стран, не обеспеченных природным газом, показы­вает, что отдаленные сельские местности целесообразно газифицировать с помощью биоустановок, работающих на органических отходах животноводческих комплексов и ферм. При этом выявляется неоспоримое преимущество биогаза в децентрализованном производстве электроэнергии и тепла. Применение биогазовых технологий в агропромышленных комплексах решает ряд социально-экономических и природоохранных задач: экономию и комплексность использования топливно-энергетических ресурсов, природных ресурсов (земельных и водных); получение и использование удоб­рений. Согласно целевой программе «Развитие биотехнологии в Рес­публике Татарстан на 2010-2020 годы» в Буин­ском районе РТ спроектирована, построена и запущена в эксплуа­тацию первая демонстрационная опытно-экспериментальная биогазовая установка. Мощность станции по переработке навоза, соломы и зеленой массы животноводческого комплекса с количест­вом 50 голов состав­ляет 2 тонны в сутки. Объем вырабатываемого биогаза – до 90 куб. м в сутки с удельным содержанием метана от 50 до 70 %. Работа станции полностью автоматизирована и направлена на получение тепловой, электрической энергии для собственных нужд агропромышленного комплекса. Концепция, технический уровень и выполнение строительства положительно оценены специалис­тами кафедры инженерной экологии и рационального природопользования Казанского государственного энергетического университета и немецкой компании «Herman Rawema».
В соответствии с расчетными данными, с учетом специфики животноводческих отходов, стандартная комп­лектация биореактора такого типа объемом в 60 куб. м позво­ляет получить в сутки: 240 куб. м биогаза (эквивалент по электроэнергии – 480 кВт*ч, 170 кг топочного мазута), 432 000 кДж теплоэнергии в сутки, 6 тонн органического удобрения. Подбор энергетического оборудования осущест­вляется в зависимости от целей и задач потребителя. Срок окупае­мости зависит от мощнос­ти и комплектации оборудования и составляет от 3 до 5 лет.
Для сравнительной оценки рассмотрены существующие биогазовые установки в других  регионах России, а также зарубежные. Ниже приводятся полученные данные по своим технико-экономическим и эксплуатационным показателям (табл. 1). 
При перечисленных технических параметрах установок срок их окупаемос­ти достаточно короткий – 1,5 года. 
Анализ отходов различных агропромышленных комплексов, в которых возможно проектирование и строительство биогазовых установок, свидетельствует о необходимости предварительной экспертной оценки энергетического потенциала отхода. 
В аккредитованной эколого-химической лаборатории кафедры инженерной экологии и рационального природопользования КГЭУ проводятся экспертные оценки различных типов животноводческих отходов с выявлением их энергетического потенциала. 
Ниже приводятся экспериментальные данные, по количеству метана в биогазе из четырех типов отходов различных животноводческих комплексов Республики Татарстан при оптимальных условиях анаэробной переработки (табл. 2). 
Эксперимент показал, что в результате анаэробного сбраживания происходит образование биогаза с разным процентным содержанием метана, являющимся основным горючим компонентом. Количественное содержание метана во всех образцах свидетельствует о том, что при данном количест­ве достигается устойчивое горение, аналогичное природному газу. Для расширения эксперимента в один из отходов была добавлена растительная добавка, которая увеличила выход метана, доказав, что растительные отходы позволяют увеличить содержание метана в биогазе. 
Оценка эффективности биоэнергетических установок по получению биогаза и удобрения из отходов животноводческих комплексов:
Республика Татарстан имеет значительный потенциал по переработке отходов животноводческих отраслей в биогаз. Оценивание экологической эффективности предприя­тия необходимо на различных стадиях деятельнос­ти, в том числе на стадии переработки и утилизации отходов производства.
Авторами проведены расчеты эффективности применения биогазовых установок на примере Тукаевского, Азнакаевского и Зеленодольского районов Республики Татарстан по получению биогаза, удобрений и электроэнергии из отходов свиноводческих, КРС и птицеводческих комп­лексов (табл. 3, 4 ).
Как свидетельствуют полученные данные, наиболее продуктивным яв­ляется использование отходов агропромышленных комплексов по разведению крупнорогатого скота. 
Отходы этих объектов во много раз превышают объемы свиноводческих и птицеводческих комплексов. Соответственно, количество получаемого биогаза и удобрений будет больше. В Тукаевском райо­не объемы получае­мого биогаза значительно превосходят данные по другим районам, что свидетельствует о перспективности использования биоэнергетических установок, в первую очередь, для данного района.
Эффективность использования биогазовых установок в рассмот­ренных нами районах республики выражается в экономии более 220,2 ГВт*ч энергии ежегодно. Применение биогазовых установок, работающих на отходах производства, имеет ряд преимуществ, связанных со снижением затрат на капитальные вложения, возможностью использования полученного газа в технологическом цикле самой установки (поддержание необходимой температуры в реак­торе). Биогаз может быть направлен на произ­водство электроэнергии или отоп­ление производственных помещений (в зависимости от полученного объема). Утилизация биогаза может осуществляться в заводских котельных, физико-химические свойства очищенного биогаза практичес­ки идентичны природному, следовательно, для него может применяться то же топливо, что и для природного газа.
Энергетический потенциал отхода определяется в ходе экспериментального анализа. Биогазовую установку можно подобрать по типу перерабатываемого сырья, по объемам перерабатываемых отходов, по качеству и объе­му получаемого биогаза, дальнейшей его переработке и многим другим критериям. 
Применение биомассы имеет положительный эффект, выражающийся в экономии минеральных удобрений и повышении плодородия почв, за счет получаемых удобрений пос­ле брожения биомассы. 
Остаток, образующийся в процессе получения биогаза, содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения. Состав остатка, полученного при анаэробной переработке животноводческих отходов, зависит от химического состава исход­ного сырья, загружае­мого в реактор. В усло­виях, благоприятных для анаэробного сбраживания, обычно разлагается около 70 % органических веществ, а 30 % содержится в остатке.
Основное преимущество анаэробного сбраживания заключается в сохранении в органической или аммонийной форме практически всего азота, содержащегося в исходном сырье. Метод анаэробного сбраживания наиболее приемлем для переработки животноводческих отходов с точки зрения экологической безопасности и охраны окружающей среды, так как обеспечивает наибольшее обеззараживание остатка и устранение патогенных микроорганизмов.
Ниже приведены основные показатели органических удобрений, получае­мых после переработки животноводческих отходов на биоэнергетической установке, принадлежащей ООО «Гид-Агро» и ООО «РосПочва», распложенной в д. Гуртлуд Сюминского района Удмуртской Республики. 
В соответствии с сертификатом ООО «РосПочвы» удобрение органическое «УРОЖАЙ-С» является высокоактивным органическим удобрением с содержанием азота, фосфора и калия, применение которого должно значительно повысить урожайность сельхозкультур. Главное, что биогазовая технология переработки и обеззараживания отходов животноводства себя оку­пает не только газом и производимым экологичес­ки чистым удобре­нием. Эта технология обеспечивает экологическое благополучие. 
Жидкая фаза перерабатываемого животноводческого отхода после анаэробного сбраживания обычно отве­чает требованиям, предъявляе­мым к качеству сточных вод органами охраны природы. Использование биоэнергетических установок позволит решить проблему загрязнения водных объектов, образования отходов, а также увеличит урожайность в результате применения получаемого высокока­чественного удобрения.
Особенность биогазовых технологий в том, что они не являются чис­то энергетическими, а представляют комплекс, охватывающий решение как энергетических, так и экологических, агрохимических и других вопросов, и в этом проявляется их рентабельность и конкурентоспособность.