Биогазды өндірудегі метандық ыдырау үдерістерінің негізі

169
бастылары – метан түзуші бактериялар екендігі күмəн тудырмайды. Олар,
қышқылтүзуші бактериялары ашытқыштарына қарағанда, қоршаған ортаның
өзгергіштігіне шыдамсыз жəне баяу көбейетін болғандықтан, басында ашитын
ортада ұшпалы қышқылдары жиналады, сондықтан метандық ашудың бірінші
сатысы – қышқылдық деп аталады. Кейіннен, қышқылдардың өңделуі мен пайда
болуының теңесуі себепті, субстраттардың ыдырауы мен газдардың түзілуі қатар
жүреді. Метан түзуші бактериялардың тіршілігіне қажетті жағдайларының
жасалуына байланысты, газдардың бөлінуі де арта түседі.
Қышқыл түзуші бактериялар сияқты, метан түзуші бактериялар да табиғатта
көптеп кездеседі, мысалы мал қиларында. Ірі қара малының нəжісінде ашуға қажетті
барлық микроорганизмдер тобы бар деп есептелінеді. Мұның дəлелі ретінде,
сиырдың қарны мен ішегінде тұрақты түрде жүретін, метан түзілу нəтижелерін
келтіруге болады. Бұл дегеніміз, биогаз алу мақсатындағы ашытуды тудыру үшін,
сиыр немесе басқа да мал қиларына таза бактериялар культураларын пайдаланудың
қажеттілігі жоқ екендігін көрсетеді. Тек қана осы ортада бар бактериялардың өсіп-
өнуіне қажетті жағдайды тудырса жеткілікті.
Осындай ортаны қалыптастыру үшін, органикалық қалдықтар арнайы ашыту
камераларына (биореакторлар) салынып, онда анаэробты жағдай, температуралық
жəне қышқылдық (рН) режимдері, қажетті қысым нормалары жəне т.б. жасалынады.
Жалпылай алғанда, органикалық заттарда өтетін метандық ыдырау үрдістері
негізінен үш кезеңде өтеді:
1-ші кезеңде жоғары молекулалы заттардың (полисахаридтер, ақуыздар мен
майлар) төменгі молекулалы қарапайым органикалық заттарға (қанттар, амин
қышқылдары, глицерин мен май қышқылдарына) гидролитикалық ыдырауы жүреді;
2-ші кезеңде төменгі молекулалы қарапайым органикалық заттар, қышқылдар
түзуші бактериялардың көмегімен органикалық қышқылдар мен олардың тұздарына
дейін ыдырайды. Осы кезеңде жəне де спирт, көмірқышқыл газы, сутегі, күкіртті су
мен аммиак та бөлінеді;
3-ші кезең метан түзілуімен аяқталатын ыдырау үдерістерінің жүруімен
аяқталады жəне мұнда бактериялар көмегімен көмірқышқыл газы мен метан бөлініп
шығады.
Жоғарыда аталған реакциялар қоректік ортада қатар жүріп отырады жəне де
мұнда метан түзуші бактериялар, қышқыл түзуші бактерияларға қарағанда, орта
жағдайына талғампаздау болып келеді. Мысалы, олар тек қана оттегінсіз ортаны
қалайды.
Метан түзілуінің химиялық реакциясын келесі теңдеулер арқылы көрсетуге
болады:
С
6
Н
12
О
6
+ 2Н
2
О → 2СН
3
СООН + 4Н
2
+ 2СО
2
4Н
2
+ 2 СО
2
→ СН
4
+ СО
2
+ 2 Н
2
О
2СН
3
СООН → 2 СН
4
+ 2 СО
2
С
6
Н
12
О
6
→ 3 СН
4
+ 3СО
2
Метан түзілу үдерісі анаэробты ортада, оттегі келмейтін жағдайда жүруі
қажет. Осындай ортада жүретін көміртекті заттардың ыдырауы барысында,
олардан көп мөлшерде метан бөлініп шығады. Анаэробты ортада ыдырау үдерісі

170
жүретін қондырғы камерасының толықтай бітеу – герметикалы болуын талап
етеді. Аталған қондырғыда биогаз түзілуі қарқынды түрде жүруі үшін, оның
температурасын 30
0
С-тан төмендетпей ұстап тұру керек жəне қажетті мөлшерде
минералды заттардың, мысалы, аммонийлы азоттың жеткізіліп тұруын қадағалау
керек. Камераға түсетін органикалық заттар мейлінше ұсақталуы жəне де
құрамында метандық ыдырау бактериялары бар сұйықтық деміл-деміл
араластырылып тұрылуы лəзім. Осы ыдырау үдерістері жүріп жатқан ортаның
реакциясының бейтарап болуын қадағалаудың маңызы зор. Өйткені, кейбір
кезеңдердің дұрыс жүргізілмеуі себепті, ортаның реакциясы қышқылға өтсе, онда
метандық ыдырау үдерісінің баяулауына алып келуі мүмкін.
Биогаз өндіру үшін қажетті органикалық шикізат ретінде мал қиы немесе
əртүрлі өсімдік қалдықтары (жеміс түйнектері, арам шөптер, сабан, ағаш-тал
жапырақтары, қамыс, күнбағыс қабықтары, жүгері собықтары жəне т.б) жəне
тамақ өнеркəсібі, микробиология, ағаш өңдеу кəсіпорындары қалдықтарын атауға
болады. Жоғарыда аталған шикізат көздері бірталай энергиялық потенциялына ие
жəне əлі де олар толықтай игерілмей келеді.
Биогаз өндіруге лайықты шикізат ретінде мал қиының маңызы аса зор. Осы
мақсатта оның энергиялық мүмкіндігі өте үлкен. Өйткені, өсімдіктерде күн
сəулесінің əсері көмегімен жинақталған энергиялық қор, ауылшаруашылығы
малдарымен 
төменгі 
дəрежеде 
пайдаланылады. Мысалы, өсімдіктер
құрамындағы қоректік заттар мал организмінде жүретін күрделі биохимиялық
үдерістер нəтижесінде, ағзаға қажетті органикалық заттарға, сүтке, қанға, етке,
теріге жəне т.б. трансформациялана бастайды. Мұнда, мал өнімдерін өндіруге
өсімдік бойындағы энергияның тек қана 16,4%-ы жұмсалса, 25,6% энергия қоры
осы заттарды қортып-сіңіруіне кетеді екен. Өсімдік бойындағы энергия қорының
қалған 58,0%-ы мал нəжісімен бірге сыртқа шығарылады. Сондықтан малшылар
қауымында мал қиы (тезек) қызуы жақсы отын ретінде бағаланады. Бірақ та, мал
қиын тікелей жағып отын орнына қолдану нəтижесінде, оның тыңайтқыш
ретіндегі маңызы жоғалады. Мал қиы құрамындағы азот, фосфор, калий сияқты
маңызды элементтер де оны ұзақ уақыт сақтау барысында кеми бастайды.
Сыртқа кеткен əлгі элементтер кейіннен ауаны, суды ластауы мүмкін. Ал биогаз
өндіру барысында қолданылған мал нəжістерінің сұйықтығы, органикалық
тыңайтқыш ретінде өз маңыздылығын сақтап қалады. Жүргізілген зерттеулер
нəтижелері биогаз өндіруден қалған мал нəжісі сұйықтығының тыңайтқыш
ретіндегі тиімділігі, құрғақ мал қиларымен салыстырғанда, анағұрлым тиімді
екендігін көрсеткен. Биогаз қондырғысынан өңделіп шыққан мал нəжісі
сұйықтығын органикалық тыңайтқыш ретінде пайдаланса, өңделмеген құрғақ
қиды пайдаланғанмен салыстырғанда бидай, арпа, қант қызылшасы, жертүйнек
(картоп) сияқты дақылдардың өнімділігі 35-40% жоғарылайтыны анықталған.
Мұнда, биогаз өндіру барысында қолданылған шикізат құрамындағы қоректік
заттар толықтай сақталады жəне олар күрделі органикалық заттардың ыдырауы
нəтижесінде, өсімдіктер жақсы сіңіре алатын заттарға айналады. Метандық өңдеу
барысында мал нəжісі құрамындағы органикалық заттардың 30%-ға жуығы
ыдырауға ұшырайды. Бұл үдерістің алғашқы кезеңінде, негізі тұрақты емес

171
органикалық заттардың ыдырауы себепті, өңделіп шыққан мал қиы тиісті
қолайсыз иістерден арылады.
Мал нəжістерінің биогаз өндірудегі маңызы, оның шаруашылық жағдайында
көп мөлшерде алынуы мен экологиялық жағынан тиімді болуымен байланысты.
Мысалы, бір сиырды қалыпты деңгейде азықтандырып, оның астына күніне 4 кг
сабан салынған жағдайда, ол тəулігіне, ылғалдылығы 85%-ды құрайтын, 30 кг
қалдық шығарады екен. Бұл қалдық тəулігіне 2 м
3
газ өндіруге жетеді. Биогаз
қондырғысы қалыпты жұмыс істеп тұруы үшін кететін газ мөлшері 0,5 м
3
құрайды. Сондықтан бір сиырдың таза пайдалы газ өндіру мүмкіндігі 1,5 м
3
деп
есептеуге болады. Бұл газ, орта есеппен, 4 адамнан тұратын бір жанұяның
тəуліктік қажеттілігін өтеуге толықтай жеткілікті деп есептелінеді.
Сонымен бірге, метандық ыдырау нəтижесінде, мал нəжістері өздерінің
құрамындағы əртүрлі патогенді микроорганизмдерден де арылады. Осы
ерекшелікті өнеркəсіптерден шығатын қалдық суларын тазарту мақсатында да
пайдалануға болады.
Биогаздың құрамына келетін болсақ, онда орта есеппен, метан 55-70%,
көмірқышқыл газы 27-44%, сутегі 1%, күкіртті сутегі 2,5-3%, оттегі 0,1%, улы газ
0,1%, азот 1% көлемінде кездеседі екен. Бірақ бұл құрам шикізат сапасына
байланысты өзгеруі мүмкін. Алынған биогаз құрамындағы күкіртті сутегінен
биогазды темір суы ертіндісі арқылы өткізу жолымен тазартылады. Метан газы
өте қызулығымен – 5200-5900 ккал/м
3
ерекшеленеді.

жүктеу/скачать 4,09 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: