Биогаз — это форма энергии, производимая анаэробным разложением (разложение компонентов биоразлагаемых веществ в среде без кислорода). Это смесь газов, в основном углекислого газа и метана. Приблизительный состав биогаза:

Метан (CH4) 55–65 %

Углекислый газ (CO2) 30–35 %

Водяной пар 1–5 %

Сероводород (H2S) 0–3 %

Водород (H2) 0–1 %

Разложение отходов при анаэробном брожении происходит благодаря действию бактерий, а не из-за высоких температур. Этот процесс происходит в практически любом биологическом окружении, но наиболее эффективно протекает в тёплых, влажных и с низким содержанием кислорода условиях.

Анаэробное брожение также происходит в двух основных случаях, вызванных деятельностью человека:

• Канализационные отходы (человеческие отходы) или животный навоз.
• Газ, образующийся на свалках из бытовых отходов, захороненных на свалочных участках.

В природе существует множество сырьевых материалов (органических веществ), из которых можно извлечь биогаз: человеческий и животный навоз, листья, ветки, трава, мусор, сельскохозяйственные и промышленные отходы с органическим содержанием более 2%.
Производимый биогаз может использоваться для приготовления пищи, обогрева, освещения (с использованием газовых ламп), производства электроэнергии, работы фермерских хозяйств и других энергетических нужд. Отходы, образующиеся в процессе, могут быть использованы в качестве удобрения для сельскохозяйственных культур.

Процесс флотации для горнодобывающей промышленности

Газ из свалки (LFG) транспортируется от колодца свалки к воздуходувной установке через главный газовый сборный коллектор. Затем LFG обычно проходит через жидкостный сепаратор для удаления газовых частиц и жидкости, перед тем как поступить в воздуходувку. В некоторых случаях на свалках могут активно использоваться блокирующие и байпасные клапаны, если необходимо направить газ в обход жидкостного сепаратора. Это обычно не рекомендуется, так как удаление конденсата помогает защитить оборудование для обработки и инструментарию.

Воздуходувная установка и сопутствующее оборудование могут быть размещены внутри здания или быть открытыми для воздействия внешней среды. Установка должна располагаться в центре с возможностью расширения и наличием источника энергии. Также она должна иметь возможность обрабатывать 100% пикового объема производства LFG, а также иметь дополнительный размер для контроля миграции LFG. Часто на входных и выходных трубопроводах каждой воздуходувки устанавливаются регулирующие клапаны для обеспечения бесперебойной работы воздуходувки во время планового обслуживания и отключений.

Цель воздуходувки LFG (также известной как компрессор) – создать вакуум для извлечения газа из сборных скважин и траншей под давлением, направлять LFG в воздуходувку и подавать его на факел или другое оборудование для обработки. Этот процесс известен как активное управление LFG, в отличие от пассивного контроля LFG. Пассивные системы, где LFG обычно выбрасывается в атмосферу с минимальной или без обработки, чаще всего не рекомендуются для современных свалок. Основной механический компонент системы воздуходувки – это сам газовый компрессор или воздуходувка. Другие сопутствующие компоненты могут включать:

В горнодобывающей промышленности флотация – это процесс отделения минералов от пустой породы (гянга) с помощью различий в их гидрофобности. Различия между ценными минералами и пустой породой увеличиваются с использованием поверхностно-активных веществ и увлажняющих агентов в флотационной ячейке, которая предназначена для подачи принудительного воздуха и требует воздуходувки для флотации.

Выбор подходящей воздуходувки зависит от таких факторов, как количество и конечное использование LFG, вакуум, необходимый для извлечения газа, давление, необходимое для обработки, и т. д. Основные типы воздуходувок, используемых для применения LFG, включают одно- и многоступенчатые центробежные воздуходувки: то есть машины с постоянным вакуумом/давлением и переменным объемом газа, с использованием регулирующего клапана на входе в устройство.

Биогаз и окружающая среда

В сельских районах существует значительное количество неиспользуемых органических веществ (животные отходы). Эти органические вещества могут производить большие количества метана, и существующие технологии могут быть использованы и адаптированы к местным условиям.

Дизайн биореактора и ожидания по его выходу должны быть адаптированы к ресурсам, климатическим условиям и доступным строительным материалам. Чтобы минимизировать капитальные затраты на оборудование, важно обеспечить, чтобы биореактор был правильно спроектирован.

Анаэробное разложение также происходит в прудах, болотах и навозных ямах, где имеется большое количество разлагающихся органических материалов. Часто можно увидеть, как пузырьки поднимаются на поверхность, и при сжигании этих пузырьков (заполненных метаном) наблюдается фиолетово-синий, бездымный и без запаха пламя. Метан примерно в 23 раза более опасен как парниковый газ, чем углекислый газ (CO2).

Потенциальные исходные материалы для биореакторов

Исходные материалы, которые можно рассматривать как подходящие вещества для производства биогаза через процесс биоконверсии в биореакторе, включают:

1. Остатки сельскохозяйственных культур — отходы сахарного тростника, сорняки, стебли кукурузы и других культур, солома, испорченное кормовое сырьё и т. д. Исследования показали, что содержание водорастворимых веществ, таких как сахара, аминокислоты, белки и минеральные вещества, уменьшается с возрастом растения, и оно становится настолько низким, что ограничивает скорость процесса брожения. Таким образом, разложение остатков сельскохозяйственных культур занимает больше времени, чем навоз, из-за их волокнистого состава и более крупных размеров частиц.
2. Навоз — отходы от коровников (навоз, моча, подстилка), экскременты овец и коз, отходы мясокомбинатов (кровь, мясо), рыболовные отходы, кожа и т. д. из сельскохозяйственного сектора представляют собой значительный источник сырья для производства биогаза. Навоз является источником углерода и азота, которые необходимы для успешной работы процесса брожения. Количество и состав животных отходов зависит от типа животного. Например, птица производит больше летучих твердых веществ, азота и фосфора на единицу массы. Кроме того, состав навоза в значительной степени зависит от рациона кормления животного. Животные, кормящиеся только травой, имеют значительно более низкое содержание азота в своём навозе и моче.
3. Отходы человека — человеческие фекалии и моча являются сырьём, которое может быть использовано для производства биогаза.
4. Побочные продукты и отходы от сельскохозяйственной промышленности и водных культур — масличные шроты, багасса, рисовая отруби, семена, вода от переработки фруктов и овощей, фильтровальный прессовый ил с сахарных фабрик, морские водоросли, водоросли и т. д. также могут быть использованы в качестве сырья для биореакторов.