Хабаршысы вестник

189 
өндірісінде метаногенді классқа жататын бактериялар ғана емес, сонымен 
қатар барлық үш түрде қолданылады.
Анаэробты ашу, пиролиз сияқты, ауаның қатысуынсыз жүзеге асады. 
Бірақ 
бұл 
жағдайда 
декомпозиция 
жоғары 
температура 
емес, 
бактериялардың 
әсерінен 
жүзеге 
асады. 
Барлық 
биологиялық 
материалдарда болатын үдеріс, жылы және ылғалды жағдайларда (ауа 
болмайтын ортада) өтеді.
Анаэробты ашуда адам қызметі салдарынан болатын ортада жүреді. 
Мысалы, биогаз қалдық сулар (сточные воды) жиналған, фермалардан 
шыққан қалдық сулар жиналу орындарында, сонымен қатар қатты 
қалдықтар жинау орындары мен полигондарда түзіледі. Екі жағдайда да 
биогаз метан мен көмірсутектен құралады. Негізгі айырмашылықтары 
материалдарынан, масштабында және биогаз темпында, пайда болу 
көздерінен және т.б. Биогаздың түзілуінің химиялық үдерісі анағұрлым 
күрделі болып келеді. Бактериялардың күрделі популяциясы органикалық 
материалдардың қанттарға дейін ыдырауы, одан әрі әртүрлі қышқылдарға, 
кейін ол өз кезегінде биогазға айналады. Осы кезде инертті қалдық қалады, 
оның құрамы құрылғы түріне және беріліп отырған шикізатқа байланысты 
болады. Адамзат биогазды қолдануды ерте кезден бастаған. Б.э.д.1 мың 
жыл бұрын қазіргі Германия мемлекетінің аумағында алғашқы биогаз 
құрылғылары 
пайдаланылған. 
Эльба 
хауыздарын 
(бассейіндерін) 
пайдаланып мекен еткен алеман тайпалары батпақты жерлердегі 
биогаздарды айдахардың оты деп санаған. Осы жерлерге жануарларды 
құрбандыққа лақтырып отырған [2]. Адамдар айдахар түнде келеді және 
оның тыныс алған ауасы батпақты ортада қалады деп сенген. Алеман 
тайпалары теріден тенталар тігіп онымен батпақты жерлерді қоршап жауып, 
тері тұрбалар арқылы өздерінің тұрып жатырған жерлеріне дейін газды 
жеткізіп азық дайындаған кезде отын ретінде пайдаланған екен. Ойткені 
құрғақ ағаш теректерді іздеп табу қиынға соққандығы белгілі, ал батпақты 
жерлердегі биогаз осы мәселені шешуде өте қолайлы болды [3].
XVII ғасырда Ян Баптист Ван Гельмонт ыдырайтын биомассалары 
жалындаған газ бөлетінідігін анықтаған. Биогазды Александр Вольте 1776 
жылы алғашқы рет зерттеп, ыдырайтын биомасса мен бөлінетін газ 
арасында сандық тәуекелділік болатындығын сипаттаған. 1800 жылдың 
басында Хемфри Деви алғаш рет, жанғыш метан газ мал қиының құрамында 
болатындығын дәлелдеген. Одан әрі биогаз технологиялары дамып, кез 
келген биодеградациялаушы материалдардан жасанды ортада биогаз алуға 
болатындығы ғылыми түрде дәлелденді.
Ең алғашқы құжаты бар биогаз құрылғысы Үндістанда, Бомбейде 1859 
жылы шығарылған. 1895 жылы биогазды алғаш рет Ұлыбританияда көшені 
жарықтандыруда пайдаланған. 1930 жылы микробиология ғылымының 
дамуына байланысты биогаз түзілу өндірісіне қатысатын бактериялар 
топтары анықталды.

190 
Анаэробты ашу үдерісі кезінде органиалық заттар оттектің қатысуынсыз 
жүзеге асады. Бұл үдеріс екі кезеңнен тұрады. Бірінші кезеңде – күрделі 
органикалық полимерлер (клечатка, ақуыздар, майлар және т.б.) табиғи 
алуантүрлі анаэробты бактериялар топтарының әсерінен өте қарапайым 
қосылыстарға дейін ыдырайды: ұшқыш май қышқылдарына, спирттерге, 
сутек, көміртек тотығына, сілтілік және құмырсқа қышқылына, метил 
спиртіне. Екінші кезеңде – метан түзуші бактериялар органикалық 
қышқылдарды метан, көмірқышқыл газына және суға айналдырады.
Алғашқы анаэробтар алуантүрлі бактериялардың физиологиялық 
топтары: 
клетка 
бұзушы, 
физиологиялық 
бактериялар 
топтары 
(майқышқылы бактериялардың кейбір түрлері), аммонификациялаушы 
бактериялар (ыдыраушы белоктар, пептидтер мен аминқышқылдары). Осы 
құрамның арқасында алғашқы анаэробтар органикалық қосылыстар мен мал 
тектес заттарды да пайдалана алады, бұл метандық қауымдастықтың негізі 
болып табылады [4;5;6]. Осы топ бактерияларының арасындағы тығыз 
байланыс үдерістің жеткілікті тұрақты жағдайда өтуін қамтамасыз етеді.
Метандық ашу үдерісі орташа (мезофилді) және жоғары (термофилді) 
температураларда жүреді. Ең жоғары өнімділік термофилді метанды ашу 
кезінде жүзеге асады.
Метанды консорциумның негізгі ерекшегілігі ашу үдерісін үздіксіз етеді. 
Анаэробты ашу үдерісінің қалыпты жүруі үшін реакторда қолайлы жағдай 
жасалуы керек: температура, анаэробты жағдай, қоректік заттардың 
жеткілікті концентрациясы, рН тиісті диапазоны, токсинді заттардың мүлдем 
болмауы немесе төмен концентрацияда кездесуі.
Температура органикалық материалдардың анаэробты ашуында 
маңызды рөл атқарады. Ең жақсы ашу үдерісі 30-40
0
С температурада жүреді 
(мезофильді флораның дамуы), сонымен қатар 50-60
0
C температурада 
(флорадағы термофилді бактерияның дамуы. Мезофильді немесе 
термофильді режимнің таңдалуы климаттық жағдайларға тәуелді болады. 
егер термофильді температураны қамтамасыз ету үшін энергия шығыны көп 
қажет болса, онда реакторларға ең қолайлысы мезофильді температура 
болып табылады [7].
Температуралық жағдайлармен қатар, метандық ашу үдерісіне 
биогазды алуға жұмсалатын уақыт та әсер етеді.
Реакторлар іске қосылуы кезінде міндетті түрде рН көрсеткішіне 
бақылау жасау керек, оның ең қолайлы көрсеткіші шамамен 6,7 -7,6 
шамасында болуы керек. Реттеу бұл әктас қосу арқылы жүзеге асады. 
Биогаз құрамы және сапасы
Реактордың қалыпты жұмысы кезінде алынған биогаз құрамында 60-
70% метан, 30-40% көмірсутегі, аздаған мөлшерде күкіртті сутек, сонымен 
қатар сутегі қоспасы, аммиак және азот тотықтары болады. Ең тиімді 
реакторлар, бұл термофильді режимде 43-53
0
С температурада жұмыс 
жасайды. Қиды (навоз) 3 күн бойы өңдеу кезінде мұндай құрылғылардағы 
биогаз күніне реакторларда 4,5 литрді құрайды. Қидың массасын 

191 
идентификациялау үшін анаэробты ашу үдерісін жүргізу үшін және биогазды 
бөліп алу үшін органикалық катализаторлар қосылады. Катализаторлар 
ретінде глюкоза мен целлюлоза пайдаланылады.
Биогаз CO
2
тазаланғаннан кейін биометан алынады. Биометан – табиғи 
газдың толық анологы, оның тек ерекшелігі шығу тегінде [8;9].
Тек метан энергияны биогаздан шығаратын болғандықтан, яғни газ 
сапасы, газдың шығуы, мөлшері және көлемі бәрі метанға қатысты болады, 
оның нормативтік көрсеткіштеріне сәйкес. Газ көлемі температура мен 
қысымға тәуелді болады. Жоғары температуралар газдың кеңеюіне әкеледі 
және калориясының көлемінің төмендеуіне әкеледі. Осы кезде ылғалдылық 
жоғарыласа газдың калориясы төмендейді. Газ шығынын салыстыру кезінде, 
олардың қалыпты жағдайын салыстырып алу керек (температура 0
0
С, 
атмосфералық қысым 1, 01325 bar, газдың ылғалдылыққа қатысы 0%). 
Газдың литр немесе м
3
түрінде болуы органикалық қосылыстың құрғақ 
массасына қатысымен сипатталады.
Биогаз алу. Оларды алуға арналған шикізаттар 
Биогаз өндіруге жарамды органикалық қалдықтар: қи, құс саңғырығы, 
спирт өндірінен кейінгі дәнді және меласты барда, қант қызылшасы 
қалдығы, балық өңдеу цехының қалдықтары (қан, май, ішектері, каныга), 
шөптер, тұрмыстық қалдықтар, сүт кәсіпорындары қалдықтары – ащы және 
тәтті сүт сарысуы, биоотын қалдықтары, шырын өндірісі қалдықтары, 
балдырлар, крахмал өндірісі қалдықтары, картоп өңдеу қалдықтары т.б. 
Қалдықтардан басқа биогазды арнайы өсірілген энергетикалық 
культуралардан да өндіруге болады. Мысалы, сүрлемдік жүгері немесе 
сильфия, сонымен қатар балдырлардан. Газ өндірісі 1 тоннадан 300 м
3 
құрайды. Газдың шығуы пайдаланылатын шикізат құрамындағы құрғақ 
заттың түріне және мөлшеріне байланысты болады. Ірі қара малдың 1тонна 
қиынан 60% метаны бар 150-500 м
3
биогазы бар 50-50 м
3 
биогаз алынады. 
Оның құрамындағы метанның өзі бірнеше түрлі болып келеді. Ең 
максималды биогаз бұл – 1300 м
3
, оның құрамында 87% метан болады.
Газ шығарудың теориялық және техникалық сипаттамасы болады 
(физикалық мүмкіндігі). 1950-70 жж. газдың техникалық шығу мүмкіндігі 
теориялыққа қарағанда 20-30% ғана құрады. Бүгінгі күнде энзимдерді, 
бустерлерді шикізатты жасанды жолмен деградациялауда пайдалану және 
басқа да технологиялар биогаздың қарапайым құрылғыларда шығарылуын 
60-95% дейін артуына ықпал етіп отыр [10].
Биогаз есептерінде құрғақ зат немесе құрғақ қалдық түсінігі 
пайдаланылады. Биомасса құрамындағы су газ бөлмейді. Тәжірибеде 1 кг 
құрғақ заттан 300-500 литрге дейін газ алынады.
Нақты шмкізаттан шығарылатын биогазды санау үшін, арнайы 
зертханалық жұмыстар жүргізіп, анықтамалардан қарап, майлар, белоктар 
және көмірсулар құрамын анықтап алу керек. Соңғы заттарды анықтау 
кезінде тез ыдырайтын (фруктоза, қант, сахароза, крахмал) және қиын 
ыдырайтындар (целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин) құрамын зерттеп алу 

192 
керек. Заттар құрамын анықтап алғаннан кейін, әрбір заттан бөлінетін газды 
есептеуге болады. 
Биогаз жөнінде ғылыми түсінік жоқ кезде және ол тек мал құс 
қалдықтарымен ғана байланысты деген түсінік болу кезінде, осы өлшем 
бірліктер ғана саналған болатын. Қазіргі кезде биогазды органикалық 
шикізаттан бөліп алу технологиясы жасақталған кезде бұрынғы бірліктер 
мүлдем қолданылмайтын болды.
Қоқыс қалдықтардан алынатын газ бұл да биогаздың бір түрі. 
Тұрмыстық қалдықтар жиналатын орындардан алынады [11]. 
Биогаздың экологияға әсері 
Мәдени қоғамның дамуына байланысты қоршаған ортаны қорғау 
мәселесі бірінші кезекке қойыла бастады. Адамзаттың өндірістік, 
ауылшаруашылық және тұрмыстық іс әрекеттің нәтижесінде қоршаған 
ортада физикалық, химиялық және биологиялық өзгерістер бола бастады, 
олардың көпшілігі жағымсыз өзгерістер болды.
Экологиялық таза энергияны күн энергиясын арнайы коллекторлар 
көмегімен электр энергиясына айналдыру арқылы алуға болады, сонымен 
қатар биогазды да микробты этанолды да алуға болады.
Биогаз өндірісі қоршаған ортаға метанның бөлінуін болдыртпайды. 
Метан булануды CO
2
қарағанда 21 есеге күшті ластап, атмосферада 12 
жылға дейін ыдырамай сақталады екен. Метанды азайту ғаламдық жылуды 
болдырмаудың алдын алу шарасы болып табылады.
Өңделген қи, барда және басқа да қалдықтар ауылшаруашылығында 
тыңайытқыш ретінде пайдаланылады. Бұл химиялық тыңайытқыштарды 
пайдалануды төмендетіп, ағыс сулардың ластануын да болдыртпайды.
Жылу, газ, сапалы тыңайытқыштар органикалық қалдықтарды өңдеу 
кезінде ғана алынатын кері өнім, нәтижесінде экологиялық таза орта 
қалыптасады. 
Биореакторлардың 
алғашқы 
тұтынушылар 
бұл 
ауылшаруашылығы өнімдерін шығаратын өнеркәсіп орындары болуы қажет. 
Себебі: жаҺандану (глобализация), стандарттар, өз аумақтарынап өндірісті 
бақылау инспекцияларын жібере алу. Биогаз жүйесі массалық жүйеге 
айналған жоқ, бұл тиімді, арзан, және қауіпсіз, кеңінен қолданыс табатын, 
керекті көлемде өндіре алатын құрылғыларды ойлап табылмауына 
байланысты.
Биогаз құрылғыларының жұмыс жасау принцептері және сипаттамасы
Биогаз құрылғылары кез келген шаруашылықта жергілікті қолда бар 
материалдардан жасалып, пайдалануға беріле алады.
Қи ферментациясы анаэробты (оттексіз) жағдайда 30-55
0
С
температурада жүреді. Қиды залалсыздандыру ферментация ұзақтығы, 12 
тәуліктен кем болмауы керек. Анаэробты ферментация үшін жай, сұйық 
төселмеген қиды пайдалануға болады, ол биореактор насосына оңай 
беріледі.
Ферментация кезінде қидың құрамында азот және фосфор толықтай 
сақталады. Қи массасы мүлдем өзгермейді, тек биогазға айналатын суды 

193 
санамағанда. Қидың органикалық заттары суды санамағанда. Қидың 
органикалық заттары 30-40% ғана ыдырайды. Бұзылуға негізінен жеңіл 
ыдырайтын қосылыстар – майлар, протеин, көмірсулар ұшыраса, ал 
негізінен гумус түзуші компоненттер – целлюлоза, лигниндер өз 
қалыптарында сақталады. Метан мен көмірқышқыл газының бөлінуі 
нәтижесінде қатынастары сақталады. Аммиакты азот мөлшері артады. 
Алынған органикалық тыңайытқыштың реакциясы сілтілік (рН 7,2-7,8), ол 
тыңайытқышты қышқыл топырақ үшін құнды етеді. Қарапайым әдіспен 
қидан алынған тыңайытқышпен салыстырғанда егістіктің түсімділігін 10-15% 
артқызатындығы анықталған. 
Тығыздығы 1,2 кг/м
3
(ауаның тығыздығы 0,93) биогаз толықтай 
мынадай құрамнан тұрады: метан -65%,көмірқышқыл газы - 34%, басқа 
газдар 1 ден (күкіртті сутек 0.1). Метан құрамы субстратқа және 
технологияға байланысты 55-75% дейін өзгеруі мүмкін. Биогаз құрамындағы 
судың мөлшері 40
0
С – 50 г/м
3
құрайды, биогазды салқындату кезінде ол 
конденсацияланып, және конденсаттан тазалау шаралары жүргізілуі керек 
(газды кептіру, құбырларды қажетті ыңғайына қарай салқындату). 
Алынатын газдың энергосыйымдылығы – 23 мДж/м
3
немесе 5500 
ккал/м
3
құрайды.
Өндірістік және ағаштан жасалған құрылғылар бар. Өндірістік 
құрылғылар механизациясымен, қыздыру жүйесімен, гомогенезациясымен, 
автоматикасымен ерекшеленеді. Ең кеңінен таралған өндірістік әдіс - 
метантекалардағы анаэробты ашыту.
Жақсы биогаз құрылғысының негізгі бөліктері: 
- гомогенезация ыдысы; 
- қатты шикізат жүктегіш (сұйық); 
- реактор; 
- араластырғыш; 
- газгольдер; 
- су мен жылуды араластыру жүйесі; 
- газ жүйесі; 
- насос станциясы; 
- сепаратор; 
- бақылау құралдары; 
- КИП және А ; 
- қауіпсіздік жүйесі. 
Құрылғының жұмыс жасау принцепі.
Биомасса (қалдықтар және жасыл 
масса) жүйелі түрде насос станциясы немесе реакторға жүктегіш арқылы 
беріледі. Реактор қыздырылатын және жылытылған резервуардан тұратын 
жабдықталған ыдыс. Өндірістік резервуарға құрылыс материалы ретінде 
темір бетон немесе болат материал пайдаланылады. Шағын құрылғыларда 
композициялық материалдар пайдаланылады. Реакторда биомассамен 
қоректенетін пайдалы бактериялар тіршілік етеді. Бактериялардың тіршілігі 
өнімі биогаз болып табылады. Бактериялар тіршілігін сақтау үшін, қыздыру 

194 
Бактериялар тіршілігін сақтау үшін қоректік заттар уақытында беріліп, 
қыздыру 35-38
0 
С жүргізіліп және жүйелі түрде араластырылып тұруы керек. 
Түзілген биогаз қоймада жинақталып (газгольдерде), кейін тазалау жүйесіне 
өтеді және тұтынушыға беріледі (қазан немесе электр генератор). Реактор 
ауасыз жұмыс жасайды, қауіпсіз және ыңғайлы болып келеді [12].
Шикізаттардың кейбір түрлерін ашыту үшін таза күйінде екі кезеңдік 
технология ұсынылады. Мысалы, құс саңғырығын, спирт бардаларын жай 
реакторларда газ алу үшін өңдемейді. Мұндай шикізаттарды өңдеу үшін 
қосымша реактор гидролизі керек. Мұндай реактор қышқылдылықты 
бақылауда 
ұстауға 
мүмкіндік 
береді, 
осылайша 
бактериялар 
қышқылдылықтың төмен болуына байланысты тіршіліктерін жалғастырады. 
Осы субстраттарды бір кезеңдік технологиямен де өңдеуге болады, 
коферментация кезінде басқа шикізаттармен қи немесе сүрлеммен 
араластыру жүреді.
Ашу үдерісіне әсер етуші факторлар: 
-
Температура; 
-
Орта ылғалдылығы; 
-
рН деңгейі; 
-
қатынас c:n:p; 
-
шикізаттың беткі қабатының ауданы; 
-
субстратты беру жылдамдығы; 
-
баяулату заттары; 
-
себепші қосымшалар; 
-
температура. 
Метанды 
бактериялар 
0-70
0
С 
температурда 
тіршіліктерін 
жалғастырады. Егер температура жоғарыласа олар тіршілігін жоя бастады, 
бірақ кейбір штамдар 90
0
С дейін де тіршілктерін жалғастыра береді. Минус 
температурада олар тіршіліктерін сақтап қалса да, әрі қарай тіршіліктерін 
жалғастыра береді.

жүктеу/скачать 2,77 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: