CC BY
15УДК 665.753.4 Имомов Ш.Ж., Хакимов Б.Б. , Ганиев Б.Г.
КИЧИК ФЕРМЕР ХУЖАЛИКЛАРИ УЧУН КУЧМА БИОГАЗ МОСЛАМАСИНИНГ
ЦУЛЛАНИЛИШИ ВА ИШЛАТИЛИШИ
Имомов Ш.Ж. - т.ф.д., проф., Хакимов Б.Б. - т.ф.ф.д., доцент (ТИКХММИ Бухоро филиали), Ганиев Б.Г. -ассистент (ТИКХММИ Карши филиали)
В статье представлены результаты испытаний биоэнергетической установки, подключенной к солнечной отопительной системе для личного пользования, предназначенной для переработки сельскохозяйственных отходов органического происхождения с производством альтернативных и жидких высококачественных, экологически чистых органических удобрений в условиях анаэробной ферментации в зависимости от климатических условий Республики Узбекистан и безопасной с экологической точки зрения.
Ключевые слова: биогаз, биоэнергетическая установка, углеводородное сырьё, солнечная радиация, биохимические коллекторы (БК), нагревательное устройство, аккумулятор тепла, теплопроводность, ферментация, субстрат, мезофильный режим, биореактор, матрица аккумулирования тепла (МАТ).
The article presents the test results of a bioenergy installation connected to a solar heating system for personal use, designed for processing agricultural waste of organic origin with the production of alternative and liquid high-quality, environmentally friendly organic fertilizers under anaerobic fermentation conditions, depending on the climatic conditions of the Republic of Uzbekistan and safe from an ecological point of view.
Key words: biogas, bioenergy plant, hydrocarbon raw materials, solar radiation, biochemical collectors (BC), heating device, heat accumulator, thermal conductivity, fermentation, substrate, mesophilic regime, bioreactor, heat storage matrix (HSM).
Кириш. Сунгги вактларда, дунёда ривожланган ва ривожланаётган давлатларда иктисодиёт тармокларида мукобил энергия манбаларидан хдмда яшил энергиядан амалий жихдтдан фойдаланиш анъанавий ва атом энергиясидан фойдаланишга нисбатан купрок фойдаланилмокда ва дунё буйича табиий энергия захираларининг пасайиши шароитида иктисодиёт тармокларнинг ракобатбардошлигини оширишнинг энг мух,им параметрларидан бири х,исобланади. Биомасса энг куп таркалган альтернатив энергия манбаларидан биридир. Органик хом-ашёни кайта ишлаш технологиялари, органик чикиндиларни йук килиш ва экологик хавфсиз х,олатга келтириш, атроф-мух,итнинг ифлосланишини камайтириш, шунингдек, биогаз энергияси ва кимматбах,о биоугитларни ишлаб чикариш учун кенг кулланилган.
Ушбу ишлаб чикаришда Дания, Германия, АКШ, Хитой, Х,индистон ва бошка давлатлар етакчи х,исобланади. Дания умумий энергия балансида биогаз 18% ни, Германия 8% ни эгаллайди, аммо бу биогаз мосламалари сони буйича 10 мингтани ташкил этади. 2020 йилга келиб Европа Иттифокида биогаз ишлаб чикариш курилмалари сони 29,43 миллион дона, яъни 36,29 миллиард м3 табиий газга тугри келади (1,2,3,4,5).
Республикамиз мукобил энергия манбаларидан, биринчи навбатда куёш нурлари ва биогаздан фойдаланиш сохдсида илмий ва экспериментал тадкикотлар олиб бориш борасида улкан тажрибага эга булиб, унга мувофик ривожланиш унлаб йиллар давомида амалга оширилган. Узбекистон Республикасининг Инновацион ривожланиш стратегиясига мувофик, 2025 йилга келиб, кайта тикланадиган ва мукобил энергия манбаларидан фойдаланган х,олда электр энергиясини ишлаб чикариш улушини 25% га купайтириш ва муаммоларни х,ал килишнинг асосий йуналишларидан бири бу мукобил энергия манбалари ва кайта тикланадиган энергия манбалардир [2,5,6,7].
Мавжуд муаммони тадкик килиш ва тах,лил килиш усули. Х,озирги кунда биогаз мосламаларини тажриба ва саноат фаолиятини бах,олашнинг турли хил услублари, уларнинг принциплари, усуллари ва жараёнлари, шунингдек уларни амалга ошириш воситалари мавжуд. Куплаб муаллифлар биогаз ишлаб чикариш жараёнига турли омиллар таъсир
курсатишини таъкидладилар, масалан, хом-ашё захираси, биогаз мосламасининг эргономик хусусиятлари, юкланган органик чикиндиларнинг физик-механик хоссалари, юкланиш частотаси, харорат ва намликни саклаш учун ички ва ташки механизмлар, ва х. Бундан ташкари, биогаз ва органик угитлар ишлаб чикариш жараёнининг тугри ташкил этилишида инсон иштирокининг мухимлигини таъкидлаш керак.
Биогаз курилмасининг нормал ишлаши ва унинг ишидаги носозликлар сабаблари анаэроб жараёнларнинг микробиологик кетма-кетлиги ва операторнинг тажрибасига боглик. Ускунани бахолаш ва тахлил килишнинг анъанавий усулларининг асоси тахлил килинадиган хусусиятлар ва бахоланган биогаз мосламасининг техник холати уртасида бир хил функционал богликлик мавжуд булиб, бу улардан факат техник жихатдан оддий йигиш ва механизмлар учун фойдаланишни чеклайди. Дунё тажрибасида турли мамлакатларда органик чикиндилардан биогаз ишлаб чикариш учун куплаб мосламалар ишлаб чикилган ва ишламокда. Бирок, илмий асосланган биогаз мосламалари йирик шохли хайвонлар бокиладиган фермаларидаги чикиндиларни кайта ишлаш учун мулжалланган ва электр энергиясидан ёки марказлаштирилган тармоклардан иссиклик ёрдамида ферментация килинадиган биомассани иситишни талаб килади, бу эса алохида ва майда фермер хужаликларининг чикиндиларини самарали равишда йук килишга тускинлик килади [8,9,10,11].
Ечиш усуллари. Бозор иктисоётига утиш муносабати билан кишлок хужалиги махсулотларини ишлаб чикариш таркибидаги узгаришлар хусусий дехкон ва фермер хужаликлари сонининг купайишига олиб келди. Электр таъминоти билан боглик муаммоларни хал килишда, марказлаштирилган электр ва газ таъминотига эга булмаган чекка худудлардаги шахсий ва фермер хужаликлари импорт килинадиган ёкилги материалларига мухтождирлар [12,13,14,15].
Шу сабабли, махаллий кайта тикланадиган энергия манбалари хисобидан ферментация килинадиган биомассани иситиш билан кучма, кичик биоэнергия станцияларини (БЭС) ривожлантириш долзарб муаммо булиб, уни хал килиш кишлок хужалигида ишлаб чикаришда экологик хавфсизлик билан чикиндиларни самарали бошкариш йуналишига ёрдам беради.
Кенг камровли худудларнинг барчаси биогаз мосламаларини кенг микёсда фойдаланиш учун, авваламбор, уларнинг минтакавий ва махаллий шароитларини хисобга олган холда, кичик энергия тежайдиган, иктисодий, экологик тоза ва юкори унумдорликни ривожлантириш зарурлигини такозо этади.
Шу муносабат билан, биореактор (1), куёш коллектори (2), иссиклик аккумулятори (3) дан ва шахсий фойдаланиш учун мулжалланган куёш нурлари ёрдамида иситиш тизимига эга булган тижорат характеридаги тажриба биоэнергия курилмаси ишлаб чикилди (1-расм).
Газ скрубери Бухоро ИТИ полигонда курилган (4) ва газни саклаш кобилияти газ идиши (5) ёрдамида оширилган.
Ушбу кисмларни ишлаб чикаришда биз энергия тежаш ва уларнинг кутилаётган самарадорлиги экологияси талабларидан келиб чикдик.
1-расм. ^уёш нурлари ёрдамида иситиш тизимига эга биогаз мосламасининг
тажрибавий схемаси
Турли хил дизайндаги куёш коллекторлари (КК) анъанавий равишда металл материаллардан тайёрланган. Биз таклиф килган КК алтернатив металл булмаган материаллардан тайёрланган. "Иссик кути" шаклида ишлаб чикарилган куёш коллектори, унинг ичида кора пластмасса трубадан ясалган иссиклик кабул килувчи-коллектор - кириш ва чикиш кувурлари булган коллектор мавжуд.
Иссиклик тупланадиган кисм бу калинлиги 100 мм булган цилиндрсимон идиш (3) булган "САНДВИЧ" булиб, унинг ичига иккита иссиклик алмаштиргич урнатилган - бири иссиклик саклаш матрицаси (ИСМ) ни иситиш учун (6), иккинчиси (7) биореакторга иссиклик беради. Иккала иссиклик алмашинуви матрицаси рулон шаклида пластик кувурлардан ясалган. Биореактор ИСМ билан тулдирилган, бунинг учун биз олтита гидратланган калций хлоридни (СаСЬ, ШО) эритиш нуктаси билан ферментланган субстратнинг мезофил режимининг макбул хароратига (36-39°С) тенг булган эритувчидан фойдаландик. Синтез иссиклиги ва кристалли гидратнинг зичлиги мос равишда 174,4 кЖ /кг ва 1634 кг /м3 га тенг. Юкори ва пастки кисмларда юклаш (12) ва тушириш (11) люклар мавжуд. Реактор ичкарисида ферментланган субстратни аралаштириш учун механизм (13) жойлаштирилган. Биомасса реакторнинг ички юзасида жойлашган (14) иссиклик алмаштиргичга берилган иссик сув билан иситилади. Бундан ташкари, реактор калинлиги 10 см булган минерал жун билан атроф-мухитдан иссиклик изолацияси килинади. Ферментация жараёни учун зарур булган хароратни олиш ва иложи булса, уни доимий равишда ушлаб туриш учун, аввало, реакторга берилган субстратни керакли хароратга киздириш керак; иссиклик йукотилишини коплаш учун иссиклик таъминоти билан доимий равишда ферментланган субстрат мезофилик режимнинг хдроратига кадар киздирилади (t=35-38°C) ва бу харорат куёш коллектори ёрдамида ишлаб чиккан биоэнергия ускунасида сакланади. Иссиклик ишлаб чикариш куйидагича амалга оширилади: тушдан кейин шаффоф панжара оркали утадиган куёш нурлари сув коллекторини иситади. Коллектордан киздирилган сув иссиклик сакланадиган идишга киради ва иссиклик алмаштиргичдан (6) утиб, узининг мухим потенциалини ТАМ га бериб, коллекторга яна киради. Бу кун давомида очик куёшли об-хавода содир булади. Иссиклик сакланадиган кисмда биз СаСЬ ни ИСМ сифатида танладик. 6Н2О, термал жараёнлар эса бошкача содир булади. Куёш коллекторидан иссиклик келиши билан кристалл гидрат кизий бошлайди, унинг харорати эриш кийматига етгунча кутарилади, яъни 36-39°С. Бундан ташкари, ортикча иссиклик кристалли гидратнинг фазавий узгариши натижасида тупланади. Шундай килиб, биз таклиф киладиган иссиклик аккумуляторида харорат доимий равишда сакланиб колади, яъни ферментланган субстратнинг мезофил режимининг макбул хароратига тенг. Кечаси, монтаж ишлари кун давомида тупланган иссиклик (СаС12 нинг фазага утиш иссиклиги. 6Н2О кристаллогидрат) туфайли ишлайди, бу эса кечаю-кундуз ишлашни таъминлайди ва биоэнергетикани урнатиш самарадорлигини оширади.
Биореактор ва шунинг учун ферментация килинадиган субстрат иссиклик алмаштиргич (7), сув насоси (8) ва иссиклик алмаштиргичлари (14) булган реакторнинг ташки кисмидан спирал уралган холда сувни иситиш тизими оркали иситилади. Сув эса совутиш суюклигига айланади.
Биз олиб борган тажрибалардан маълумки, хажми 3,5 м3 булган биогаз мосламаси кунига 90 кг гунгни мезофил режимида кайта ишлашга кодир ва 20 м3 га якин биогаз ва 90 кг суюкликдан иборат органик угит ишлаб чикаришга кодир. Булар органик биофертилизаторлардир. Ишлаб чикарилган биоугитларнинг яна бир яхши хусусияти тупрокнинг утказувчанлигини ва гигроскопиклигини оширишга ёрдам берадиган бир катор органик моддаларни уз ичига камраб олади хамда эрозияни олдини олади ва тупрокнинг умумий холатини яхшилайди. Органик моддалар, шунингдек, озукавий моддаларни усимликлар томонидан осон сурилиши мумкин булган шаклга айлантирадиган микроорганизмларнинг ривожланиши учун асосдир.
Гелиотеплицада помидор етиштириш буйича олиб борилган параллел амалий тадкикотлар натижалари маълум булдики, биоферитилизаторлардан (биоугит) фойдаланган холда помидор унумдорлиги 40-50 фоизга ошди.
Х,арорат ва иссиклик шароитларини, шунингдек, ишлаб чикарилган биогазга нисбатан курилманинг ишлашини урганиш учун биз турли метеорологик шароитларда турли хил субстратлар билан бир катор тажрибалар утказдик. Бундай тажрибаларнинг натижалари 2-расмда келтирилган.
2-расм. Учувчи биогаз курилмасининг умумий куриниши
Тажрибалар шуни курсатдики, биореакторнинг мезофил ишлаш режимида харорат оптимал даражадан 1 - 20°C га тушганда ва ундаги ферментация жараёни 25 ... 30 кун давом этганида газ унумдорлиги деярли пасаймади.
Утказилган тадкикотлар, жараённинг интенсивлиги куп жихатдан биореактордаги хдрорат ва намликка богликлиги аникланди. Мезофил режимида (36-38°С) метан ферментацияси жараёни янада жадал давом этаётганлиги, бу биогазнинг купайиши ва таркибидаги метан таркибининг ошиши билан изохланади.
Тадкикот давомида бизга товук гунгини (шунингдек, бошка органик чикиндиларни) кайта ишлаш технологиясини ишлаб чикишга имкон беради, бу эса атроф-мухитни мухофаза килиш ва кайта тикланмайдиган табиий энергия манбалари экологияси нуктаи назаридан энг самарали хисобланади.
Ушбу янги форматдаги технологияни куллаш органик чикиндилар таркибидаги энергия ва хом-ашё потенциалидан тулик фойдаланиш имконини беради. Бундан ташкари, ушбу технология оркали усимликлар корамол, товук, чучка ва бошкалар каби битта тизимли органик чикиндиларни алохида-алохида кайта ишлаши мумкин.
Биогаз курилмасининг тавсия этилган дизайнини узок муддатли синовлари дала шароитида хам олиб борилди, натижада унинг асосан чулли худудлар иклим шароитида автоном ишлаши аникланди.
АДАБИЁТЛАР
1. Vondra, M., Tous, M., Teng, S.Y.DiGEState evaporation treatment in biogas plants: A techno-economic assessment by Monte Carlo, neural networks and decision treyes (2019) Journal of Cleaner Production, 238, statya № 117870
2. Tikhonravov V.S. Resource-saving biotechnologiyes for the production of alternative fuels in animal husbandry // Sciyentific and Analytical Reviyew - FGBNU Rosinformagrotekh - Moscow, 2011. - 52 р.
3. Nesse, A.S., Sogn, T., B0rresen, T., Foyereid, B. Peat replacement in horticultural growth media: the adequacy of coir, paper sludge and biogas diGEState as growth medium constituents for tomato (Solanumlycopersicum L.) and lettuce (Lactuca sativa L.)(2019) Acta Agricultura yescandinavica Section B: Soil and Plant Sciyence, 69 (4), pp. 287-294.
4. Imomov SH. Engineyering Design Calculation of a Biogas Unit Recuperator.Appliyed Solar Energy, September 2007. Volume 43. Issue 3. pp. 196-197.
5. Биркин С.М. Совершенствование технологии и технических средств утилизации навоза крупного рогатого скота. Автореф. дис. ... к-та. наук. Волгоград, 2009. С 20.
6. Williams A., et al., Pollutants from the combustion of solid biomass fuels, Progress in Energy and
Combustion Sciyence 38, 2012, pp. 113-137.
7. Karlstrom O., Brink A., Hupa M., Time dependent production of NO from combustion of large biomass char particles, Fuel 103, 2013, pp. 524-532.
8. Serafimov LA, Timoshenko A.V. Current state and prospects for the development of gas fractionation processes // Sciyence and technology of hydrocarbons. -2000. -№4. рр.62-72.
9. Murina VI, Kislenko NN, SurkovaY.V. , etc. The technology of processing natural gas and condensate / / Reference publication. Bosom. - Moscow, 2002. 518 р.
10. E.YE. Marinenko. Bases of reception and use of biofuel for the decision of questions of power savings and protection of an environment in housing-and-municipal and an agriculture // the Manual. - Volgograd. - 2003. - 99 р.
11. Осмонов О.М. Научно-технические основы создания автономных биоэнергетических установок для крестянских хозяйств в горных районах Киргизии. Автореф. Дисс.. .док.тех.наук. Москва .2012. с.36.
12. Imomov SH., Sultonov M., Usmonov K., Khudoyberdiyev A. Kayumov T. Mamadaliyeva Z. Musurmonov SH. Program for the control of stage-by-stage processing of organic waste in a biogas plant. DGU No. 20180231 (June 2018)
13. Imamov SH., Aynakulov SH., Mamadaliyeva Z., Imamova N., Usmanov K. Mathematical model of step-by-step mixing mode of biogas plant with step-by-step processing of organic waste // Uz.R. Intellectual Property Agency under the Ministry of Justice, No. DGU 2019 0594, 07.05.2019
14. Using of renewable energy sources. Agricultural energy resources - collective work edited by B. Wheyeler and M. Matyka. A. 2011 16.02.2011.
Biomass feyed for thermochemical reactors - Dai Jianjun, TsuiHeping, John R. Grace - "Progress in
the fiyeld of energy and combustion of sciyence" 38 (2012). рр.716-736
