Розрахунок об’єму біогазу при анаеробній ферментації твердих побутових відходів

Максимальний вихід біогазу з побутових відходів за період його активної генерації при метановому зброджуванні визначається за рівнянням:

 

, (2.1)

 

де:

М – граничний вихід біогазу за період його активної генерації, кг/кг відходів;

R – вміст органіки у відходах, %

Ж – вміст жирів в органіці відходів, %

В – вміст вуглеводів в органіці відходів, %

Б – вміст білків в органіці відходів, %

 

Рівняння 2.1 складено для абсолютно сухої речовини відходів. В реальних умовах відходи містять певну кількість вологи, яка сама по собі біогаз не генерує. Отже, вихід біогазу по відношенню до одиниці маси вологих відходів буде менший, ніж по відношенню до тієї ж одиниці абсолютно сухих відходів в 10^-2 (100- W) рази, так як в масовій одиниці вологих відходів буде всього 10^-2(100- W) від цієї одиниці абсолютно сухих відходів, які й генерують біогаз.

Тут W – фактична вологість відходів (приймаємо 70 %).

З врахуванням вологості рівняння виходу біогазу при метановому бродінні реальних вологих відходів набуває вигляду:

 

, (1.2)

 

де множник 10^-2(100- W) вказує частку абсолютно сухих відходів у загальній кількості реальних вологих відходів.

 

При розрахунках потрібно врахувати, що анаеробному зброджуванню будуть піддаватися лише ті компоненти ТПВ, що містять органічні речовини. Вміст жирів, вуглеводів та білків у органічних компонентах відходів подано у таблиці 2.1.

 

№ з/п	Компонент	Вміст жирів, %	Вміст вуглеводів, %	Вміст білків, %
	Папір, картон	-		-
	Харчові відходи
	Деревина	-		-
	Текстиль	-		-
	Кістки*	-	-

* 70 % - неорганічні речовини.

 

Розрахувавши вихід біогазу з одиниці маси відходів (кг/кг відходів), на основі даних про річне накопичення відходів на території району (області, населеного пункту) можна визначити максимальну сумарну річну кількість біогазу для цієї місцевості (М_w^сум).

Кількість енергії, яку можна отримати при спалюванні біогазу:

 

, кДж/рік (2.3)

 

де:

h - ККД пальника (приймаємо 0,6);

Q^р_н – калорійність біогазу (для метану за нормальних умов 28*10³ кДж/м³ = 56 кДж/кг);

М_w^сум - сумарна річна кількість біогазу для району (області, населеного пункту), кг/рік;

ρ_г – густина біогазу (1,25 кг/м³);

К – частка метану у біогазі (К=0,78).

При розрахунках необхідно враховувати, що» 25 % отриманого біогазу буде витрачатися на компенсацію тепловтрат і на підігрів метантенка.

2.2. Розрахунок кількості енергії, яку можна отримати при спалюванні твердих побутових відходів

Одним зі способів утилізації твердих побутових відходів є їх пряме спалювання з метою виробництва теплової або електричної енергії. Калорійність ТПВ як палива залежить від морфологічного складу відходів, їх вологості.

Кількість теплоти, яку можна отримати від спалювання ТПВ за рік:

 

, (2.4)

 

де:

b₁ - кількість ТПВ на одну особу в рік, кг/рік;

N – кількість жителів населеного пункту (району, області), чол.;

Q_н^р – сумарна теплота згорання ТПВ, Дж/кг;

h - 0,75 - ККД утилізаційної установки.

 

Теплоту згорання (нижчу тепло­творну здатність на робочу масу), визначають зі співвідно­шення:

 

(2.5)

 

де:

W^р, А^р - вологість і зольність на робочу масу і -го компоненту відходів, %;

Q_н^г - нижча тепло­творна здатність і -го компоненту відходів, Дж/кг.

Враховуючи те, що ТПВ є суміш різних компонентів, сумарну теплоту згоряння відходів визначають так:

 

(2.6)

 

де:

Q_н^р - нижча теплотворна здатність і -го компоненту, Дж/кг;

п_і - частка і -го компоненту у загальній масі ТПВ, частка від одиниці.

Зольність, вологість та нижча теплотворна здатність складників ТПВ подані в таблиці 2.2.

 

Таблиця 2.2

Зольність, вологість та нижча теплотворна здатність складників твердих побутових відходів (ТПВ)

№ з/п	Компонент відходів	Зольність А^р, %	Вологість W^р, %	Нижча теплотворна здатність Qн^р, кДж/кг
	Папір	15,0		19,0
	Деревина	0,8		20,0
	Гума	11,6		26,1
	Харчові відходи	4,5		20,9
	Текстиль	8,0		17,9
	Пластик	2,0	0,2	32,8