Биогаз. Ғылыми жоба.

7

Ұйымның толық атауы: №188 орта мектеп

Жобаны орындаушы: Қыпшақбай Айдос

8 сынып оқушысы

Тақырыбы: Биогаз

Секциясы физика

Жетекшісі: Таширова Жаңалық

физика пән мұғалімі

Мекен –жайы: Жалағаш ауданы,

Аққыр елді мекені,

30 қыркүйек,2017ж

Жоспары

І.Кіріспе

ІІ.Негізгі бөлім

а) Биогаз қондырғысының жасалу жолдары

б) Биогазды алу және пайдалану

Ауылшаруашылық өнімдерінен биогаз алу

ІІІ.Қорытынды

ІV. Пайдаланылған әдебиеттер

І.Кіріспе

Соңғы уақытта дәстүрлі емес энергия көздері – күн сәулесі, теңіз ағыстары және толқындары т.б. пайдаланылып жүр. Олардың кейбіреулері, мысалы жел, бұрынғы кездері де қолданылатын, бүгінде де үлкен қолданыста.

Ежелгі Қытайда қолданылып «ұмыт болған» және біздің кезімізде тағыда «ашылған» шикізаттардың бірі – биогаз. Биогазды автомобиль жанармайы, электроэнергия, жылу мен буды өндіру үшін жанармай ретінде пайдаланады. Мысалы: Үндістанда, Вьетнамда, Непалда және басқа да елдерде кішігірім биогаз құрылғыларын жасайды. Олардан алынған газ тамақ дайындау үшін қолданылады.

Әлемде биогаздық технологиялар ежелден пайдаланылады. Ең алғашқы биогаз технологиясы 1859 жылы Үндістанда жасалды. Ал 1895 жылы биогаз Ұлыбританияда көшелерді жарықтандыру үшін қолданылды. 1930 жылы микробиологияның дамуына  байланысты биогаз өндірісі процесіне қатысатын бактериялар табылды. Биогазды өндіру технологиясы бірінші кезекте агроөнеркәсіптік секторда, әсіресе мал шаруашылығы мен құс шаруашылығында дамыды, бұл қалдықтарды жою проблемасын шешіп, сонымен бірге энергия, соның ішінде электр энергиясын алуға септесті.

Биогаз дегеніміз не? Түрлі органикалық заттарды анаэробты ферментациялау (қайта булау) кезінде, яғни ауа қатынасынсыз жүретін үрдістер нәтижесінде алынған газ тәріздес өнімді осы терминмен атайды. Әрбір шаруа қожалығында жыл ағымында айтарлықтай көлемде қи және өсімдік пәлектері, әртүрлі қалдықтар жиналады. Ол қалдықтар шіріген соң, әдетте органикалық тыңайтқыш ретінде қолданылады. Бірақ ферментация кезінде қаншама биогаз бен жылу мөлшері бөлінетінін біле бермейді. Ал бұл бөлінген энергия ауыл тұрғындарына жақсы көмегін тигізеді.
Биогазды өндіру атмосфераға метанның бөлінуін тоқтатады.Сондай-ақ, өңделген малдың қиы ауылшаруашылығында тыңайтқыш ретінде қолданылады. Бұл химиялық тыңайтқыштарды қолдануды азайтады, яғни жерасты суларға қысым төмендейді. Метан парниктік эффектке СО₂ –ден 21 есе көп ықпал етеді және атмосферада 12 жыл бойы сақталады. Метанды атмосфераға жібермеу - ол атмосферадағы глобальды жылынуды тоқтатудың ең қысқа мерзімді және тиімді жолы.
Биогаз 50-70% метаннан тұратын жанатын газ қоспа. Биогаздағы энергияның құнарлығы метанның мөлшеріне тікелей байланысты. Бір куб метаннан екі киловатт электр энергиясын алуға болады. Метанның биологиялық түзілімі – табиғи процесс, ол оттегі бармайтын ылғал жерлердің барлығында орын алады, метантүзуші бактериялардың ықпалымен органикалық материал шіриді. Органикалық өнімдерден биогаз алу — органикалық өнімдердің анаэробты жағдайда «метандық ашу» нәтижесінде жанар газ бөлу қасиетіне негізделген. Метандық ашу нәтижесінде бөлінетін биогаз құрамы — 50-80% метан, 20-30% көмірқышқыл газы, шамамен 1% күкіртсутек, сонымен қатар шамалы мөлшердегі басқа газдардан (азот, оттегі, сутегі, аммиак, т.б.) тұрады. Метантүзуші бактериялар органикалық қышқылдарды қажетті метанға,  көмірқышқыл газына айналдырады.

ІІ.Негізгі бөлім

а) Биогаз қондырғысының жасалу жолдары

Ауыл шаруашылық өнімдерінің органикалық массасының белгілі температура нәтижесінде биогаз түзілетін ашу процесі жүретін герметикалық жабық ыдысты биогаз қондырғысы дейді. Барлық биогаз қондырғыларының жұмыс істеу қағидалары бір: жинақталған және қажетті ылғалдылыққа жеткізілген шикізат реакторға салынады, онда шикізатты өңдеуді жетілдіруге жағдай жасалады. Шикізаттан биогазды немесе биотыңайтқышты алуды ферментация немесе ашыту деп атайды.

Биогаз қондырғысында органикалық өнімдерді өңдеуде дайындалған шикізаттан (көң) реакторда биогаз және биотыңайтқыш түзіледі. Биогаз тазаланады, сақталады және газ жанарғысы немесе мотор отыны ретінде қолданылады. Биотыңайтқыш сақталады және жем қосындысы ретінде қолданылады немесе топыраққа енгізіледі.

Румынияда биогаз генераторы кең қолданысқа ие. Алғашқы жеке құрылым-

дар (сурет 1А) 1982 жылы желтоқсанда қолданысқа енгізілді. Содан бері ол әрқайсысында үш конфорлы газды плитасы бар үш отбасын газбен сәтті қамтамасыз етіп келеді.
Ферментатор іші 2 рет пісірілген қаңылтырлы темір: пісірудің бірі – электрлік, екіншісі – газдық салынған диаметрі 4- м-дей және тереңдігі 2 м (көлемі 25м²) ойықта жатады. Ал тат баспау мақсатында ішкі бөлігі смоламен жабылған. Ферментатордың үстіңгі қабатында бетоннан жасалған тереңдігі шамамен 1 м- дей болатын су қақпағының қызметін атқаратын дөңгелек жырық; осы сумен толтырылған жырада резервуарды жабатын қоңыраудың тік бөлігі сырғиды. Қоңыраудың биіктігі шамамен 2,5 м – екі миллиметрлік құрыштан жасалған. Осы қоңыраудың жоғары бөлігінде аталып отырған газ жиналады.
Бұл жобаның авторы басқа құрылғылармен салыстырғанда ферментатордың ішінде орналасқан және үш шаруашылыққа таратылған үш жерасты тармағы бар түтікшелі құрылымдардың көмегімен газды жинаудың түрін таңдады. Бұдан басқа жырадағы су қақпағының суы ағынды, себебі ол қыс уақытында мұздың қатуынан қорғайды.
Ферментатор үстіне сиырдың зәрі (соды қосылмаған) құйылған шамамен 12м³ жаңа түскен қи бөлігіне батырылады. Генератор толғаннан кейін 7 күннен соң жұмыс істей бастайды.Мұндай құрылысты тағы бір құрылым бар (1). Оның ферментаторы, квадратты көлденең кесімінің өлшемі 2х2 және 2,5 м тереңдіктегі ойықта орналасқан. Ойық қалыңдығы 10-12 см темір бетонды плитамен қапталып, цементпен сыланған және тығыздалуы үшін смоламен жабылған. Су қақпағы жырығының тереңдігі шамамен 50 см бетоннан жасалған, қоңырау қаңылтырлы темірден пісірілген және бетонды резервуарда орналасқан төрт «құлақта» төрт тік сызықты бағытта еркін сырғи алады. Қоңырау биіктігі шамамен 3м, оның 0,5м-і ойыққа батырылған.
Ферментаторға бірінші толтыруда 8м³ көлемінде сиырдың жаңа түскен қиы, ал үстінен 400 л сиыр зәрі құйылған. 7-8 күннен кейін құрылым толығымен иелерді газбен қамтамасыз еткен.
Дәл осындай конструкцияны аралас қиды (сиырдың, қойдың және шошқаның) қабылдауға есептелген 6 м³ биогаз генгераторлары да кездеседі. Үш камфорлы газды плитаның қалыпты жұмыс істеуіне осыда жеткілікті болды.
Тағы бір қызықты конструкциясы бар құрылым кездеседі: ферментатордың қасында Т тәрізді шланг көмегімен қосылған, өзара қосылған үш үлкен тракторлық камералар бар (2сурет).

б) Биогазды алу және пайдалану.

Бұл күрделі жүйелену комплексіне микроорнизмдердің мыңдаған түрлері қатысады. Бірақ олардың негізгісі — метантүзуші бактериялар. Метантүзуші бактериялар  қышқылтүзуші ашытқы микроорганизмдер мен салыстырғанда көбеюге ұзақ уақыт қажет етеді және қоршаған ортаның өзгерістеріне қарсы тұру потенциялы төмен. Сондықтан, ашу ортасында алғашында ұшқыш қышқылдар түзілуіне  байланысты, метандық ашудың бірінші кезеңін қышқылдық деп атайды. Ары қарай қышқылдардың түзілуі және өнделуі жылдамдығы тенеледі.

Сондықтан субстрактының ыдырауы мен газдың түзілуі бір уақытта  қатар жүреді. Газдың түзілу өнімділігі метантүзуші   бактериялардың тіршілік жағдайына байланысты.Қайта өңдеу процесі – классикалық нұсқада қалдықтарды әзірлейтін құрылғы болуға тиіс. Бұл үшін қайта өңдеудеуге жатпайтын қатты бөліктерін бөліп алып қалу керек. Содан кейін биологиялық қалдықтардың көлемді бөлшектерін майдалау қажет, яғни тағы да турайтын құрылғы қажет. Содан кейін бұл биомасса ылғалдылығы 85-90% сумен араластырылады, яғни құрғақ тезектің 1 келісіне 90 литр су құю керек. Біз сұйықтық орнына мал бордақылаудан қалған қанды пайдаланамыз. Барлығын араластырып, фильтрден өткіземіз. Содан кейін ол массаны қанмен, сумен араластырып, өзіміз жасаған тиеуші құрылғыға саламыз, газдың, биогаздың қысымының көмегімен  оны модульге, биореакторға жеткіземіз, әрі қарай ферменттеу процесі жүреді.

 Биогаз зиянды қалдықтары өте аз мөлшердегі жоғарғы энергетикалық отын, С0² болып табылады.Биогаз органикалық материалдардың анаэробтық ферменттелуі нәтижесінде алынады. Биогазды алу үшін қажетті шарт - оттегі жетіспеушілігі.

Қалдықтарды сәтті ферменттеу үшін үш шарт сақталуы тиіс,  алдымен оттегінің болмауы – анаэробтық процесс, температуралық режим сақталуы керек және араластыру. Ол жерде температура қажет деңгейде сақталып, ара-тұра араластырылады. Компрессорлық станса, автоматика құрылғылары қажет қысымды сақтап тұрады және артық газды газвольтерге, яғни газды жинақтаушыға шығарады, әрі қарай ол тұтынушыларға жөнелтіледі.

  Сонымен қатар, оған айтарлықтай дәрежеде қоршаған орта да әсер етеді. Бөлінетін газдың айтарлықтай көлемі температураға байланысты: жылу көп болса, органикалық шикізат ферментациясының дәрежесі және жылдамдығы жоғары болады. Нақ осы себепті алғаш биогаз алу қондырғылары жылы климатты елдерде пайда бола бастады. Жылу оқшаулағыштарды, сонымен қатар кейде ысытылған суды қолдану, қыс кезінде температурасы 20ºС – ге дейін төмендейтін аудандарда биогаз генераторларының құрылысын меңгеруге мүмкіндік береді.
Шикізатқа келесі талаптар қойылады: бактериялардың дамуына қолайлы орта болуы қажет, биологиялық ыдырайтын органикалық заттар және құрамында (90 – 94%) көп мөлшерде су болуы керек. Орта бейтарап және бактерия әрекетіне әсерін тигізетін заттарсыз болуы тиіс: мысалы, сабын, ұнтақ, антибиотиктер.
Биогаз алу үшін өсімдік және шаруашылық қалдықтарын, қи, ағын суларды т.б. қолдануға болады. Ферментация үрдісі кезінде резервуардағы сұйықтық үш фракцияға бөлінеді. Жоғары бөлігі – үлкен бөлшектерден құралған, біраз уақыттан кейін қатайып биогаздың бөлінуіне кедергі жасайды. Ферментатордың орталық бөлігіне сұйықтық жиналады, ал лас тәрізді фракция төменгі бөлігіне тұнбаға түседі.
Бактериялар орталық зонада аса белсенді, сондықтан резервуар құрамын әлсін - әлсін тәулігіне 1 рет, алты ретке дейін араластырып отыру қажет. Араластыру механикалық құрылымдар және гидравликалық құралдар (насостың әсерімен), пневматикалық жүйе (биогаздың рецеркулциясы) немесе әртүрлі өзін - өзі араластыру әдістерінің көмегі арқылы жүргізіледі.

ІІІ.Қорытынды

Биогаз қондырғысын қолданудың экономикалық пайдасы:

• отын мен электр энергиясы үнемделеді;

• тыңайтқыш пен гербицид үнемделеді;

• биогаз және биотыңайтқышты сатуға болады;

• ауылшарушылық өсімдіктерінің өнімі жоғарылайды;

• үй жануарлары мен құстарға жем қоспалары қолданылады;

• биогаз қондырғылары бір жыл шамасында шығымын өтейді;

• органикалық қалдықтар жинақталмай, қолданылуына байланысты,

• ауа тазартылып, респираторлық және көз аурулары азаяды;

• органикалық қалдықтардағы микроорганизмдердің жойылуына

байланысты эпидемиялық жағдай жақсарады;

• экологиялық таза тыңайтқыш қолданылуына байланысты

• экологиялық таза ауылшаруашылық өнімдерден денсаулық

жақсарады;

• тезек, көмір, ағаш отынды жинауға, тасымалдауға, кептіруге

жіберілетін уақыт, қаржы үнемделеді және сақтау орны қажет

болмайды;

• органикалық қалдықтардағы шөп тұқымдарының жойылуына

байланысты, арамшөпті жинауға жіберілетін уақыт үнемделеді.

Биогаз қондырғысын қолданудың экологиялық пайдасы:

• ашық сақталатын көңнен түзілетін метанның (парник газы) атмосфераға

бөлінуі азаяды;

• көмір, ағаш отындарының жану өнімдері мен көмірқышқыл газдың

бөлінуі азаяды;

• жағымсыз иісті азот қосылыстарымен ауаның ластануы азаяды;

   көңмен су ресурстарының ластануы азаяды;

• ағаштар (орман) отын ретінде қолданудан сақталады;

• Биогаздың қалдығы жерді құнарландыруға таптырмайтын табиғи

• тыңайтқыш, сондықтан химиялық тыңайтқыштарды қолдану азаяды.

Яғни, ауыл тұрғындарының тұрмысына және шаруашылығына қажетті энергия көзімен олардың малдары түзетін шикізат бөліп шығаратын биогаз мөлшері толығымен қамтамасыз ете алады. Бірақ, ауылда анықталған көлемде биореакторлы биогаз қондырғысын орнату ұсынылады.

              Ұсыныс:

1. Биогаз қондырғысын жасайтын білікті маман болу керек.

2. Биогаз қондырғысын жасайтын материал мен қаржы болу керек.

3. Биологиялық өнімдерден табиғи газ алынып,халық игілігіне жұмсалса

Пайдаланған әдебиеттер тізімі:

1. Моделист Конструктор журналы 1987ж №1

2. Нейфах А.А Клеточные и генетические основы биотехнологии М.: Знание, 1987.-64бет

3. Қазақ совет энциклопедиясы І том

4.  Веденев А.Г., Веденев Т.А. Биогазовые технологии в Кыргыстане Бишкек «евро» 2006.-90с