CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS
Питання утилізації рідких відходів газогенераторних установок набуває актуальності з розвитком газифікації твердого палива, зокрема, біомаси. Наведено результати експериментальних досліджень сумісного бродіння гнойових відходів з конденсатом газогенераторної установки, що містить нерозчинну смолу. В...
Збережено в:
| Дата: | 2017 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2017
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/28 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Vidnovluvana energetika |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103064509775872 |
|---|---|
| author | Kliys, V. |
| author_facet | Kliys, V. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "V. Kliys",
"institution": "Institute of Renewable Energy, NAS of Ukraine"
}
] |
| author_sort | Kliys, V. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:07Z |
| description | Питання утилізації рідких відходів газогенераторних установок набуває актуальності з розвитком газифікації твердого палива, зокрема, біомаси. Наведено результати експериментальних досліджень сумісного бродіння гнойових відходів з конденсатом газогенераторної установки, що містить нерозчинну смолу. Визначено вихід та динаміку утворення метану залежно від концентрації конденсату. Оцінено ступінь деструкції органіки конденсату в субстратах. Показано, що при утилізації конденсату сумісно з гнойовими стоками збільшується вихід метану. При цьому концентрація конденсату в субстраті становила 4-8%. Наведено напрямки використання відпрацьованого субстрату. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:00Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 84
УДК 628.32:628.385:663.142
ПЕРЕРОБКА КОНДЕНСАТУ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ В БІОГАЗ
В.П.Клюс, канд.техн.наук,
Інститут відновлюваної енергетики НАН України, 02094, м. Київ, вул. Гната Хоткевича 20А,
тел./факс +38-044-206-28-09, e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-8536-3211
Г.О.Четверик,
Інститут відновлюваної енергетики НАН України, 02094, м. Київ, вул. Гната Хоткевича 20А,
тел./факс +38-044-206-28-09, e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-9398-1968
Питання утилізації рідких відходів газогенераторних установок набуває актуальності з розвитком газифікації твердого
палива, зокрема, біомаси. Наведено результати експериментальних досліджень сумісного бродіння гнойових відходів з кон-
денсатом газогенераторної установки, що містить нерозчинну смолу. Визначено вихід та динаміку утворення метану
залежно від концентрації конденсату. Оцінено ступінь деструкції органіки конденсату в субстратах. Показано, що при
утилізації конденсату сумісно з гнойовими стоками збільшується вихід метану. При цьому концентрація конденсату в
субстраті становила 4-8%. Наведено напрямки використання відпрацьованого субстрату. Бібл. 14, табл. 6, рис. 2.
Ключові слова: біогаз, біомаса, анаеробне бродіння, субстрат, газифікація, конденсат.
CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS
Kliys V., PhD,
Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, Hnata Khotkevycha, 20A, 02094, Kyiv, Ukraine,
phone/fax +38-044-206-28-09, e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-8536-3211
Chetveryk H.,
Institute of Renewable Energy of NAS of Ukraine, Hnata Khotkevycha, 20A, 02094, Kyiv, Ukraine,
phone/fax +38-044-206-28-09, e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-9398-1968
The utilization of liquid wastes from syngas plant becomes acute with the development of gasification of solid fuels, in particular
biomass. There have been presented the experimental results of digestion of manure wastes with tar water from syngas plant. The tar
water has insoluble tar. The yield of methane and dynamics of methane formation, which depends on the concentration of tar water,
have been determined. The degree of degradation of organic matter of tar water has been estimated. It has been shown that the utili-
zation of condensate with manure increases the yield of methane. The concentration of condensate in the substrates was 4-8%. There
have been presented the directions of recycling of the digestate. Ref. 14, tabl. 6, fig. 2.
Keywords: biogas, biomass, anaerobic digestion, substrate, gasification, tar water.
Клюс В.П.
Klius V.
Відомості про автора: працює в Інституті віднов-
люваної енергетики НАН України, зав. відділом
відновлюваних органічних енергоносіїв, старший
науковий співробітник. Кандидат технічних наук
(1980 рік).
Область наукової діяльності: біоенергетика, гази-
фікація біомаси, переробка органічних відходів.
Публікації: 65 наукових публікацій, у тому числі 18
патентів.
Information about the author: Institute
of Renewable Energy of NAS of Ukraine,
head of bioenergy department, senior
researcher. PhD since 1980 year.
Research area: bioenergy, gasification of
biomass, organic waste utilization.
Publications: 65 scientific publications,
including 18 patents.
© В.П.Клюс, Г.О.Четверик, 2017
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 85
Четверик Г.О.
Chetveryk H.
Відомості про автора: працює в Інституті віднов-
люваної енергетики НАН України, науковий спів-
робітник.
Область наукової діяльності: біогаз, переробка
органічних відходів.
Публікації: 37 наукових публікацій, у тому числі 3
патенти.
Information about the author: Institute
of Renewable Energy of NAS of Ukraine,
researcher.
Research area: biogas, organic waste
utilization.
Publications: 37 scientific publications,
including 3 patents
Перелік використаних позначень та скорочень:
,П СУМY – сумарний питомий вихід метану, дм3/г ХСК,
,СОР кm – маса СОР переробленого субстрату, г;
Р – метановий потенціал сировини, дм3/г ХСК;
РI – інтенсивність виходу метану з реактора,
дм3/дм3∙доба;
maxI – максимальна інтенсивність виходу метану,
дм3/г ХСК∙доба;
ХСКk – ступінь деструкції органічної речовини суб-
страту;
L – тривалість лаг-фази, доба;
СОРk – ступінь деструкції сухої органічної речовини;
– тривалість бродіння, доба; 1 2Y S S – об’єм метану, що утворюється з субстрату,
дм3;
РV – об’єм робочої частини реактора, наповненої
субстратом, дм3;
1Y S – об’єм метану, що утворюється з гною, дм3;
SХСК – значення ХСК субстрату, г О2/дм3; 2Y S – об’єм метану, що утворюється з конденсату,
дм3;
СУМY – сумарний вихід метану, дм3; ХСК – хімічне споживання кисню;
,Орг пm – маса органічної речовини у свіжому субстра-
ті, г ХСК;
г ХСК – означає масу органіки, для окислення якої
необхідно г кисню;
Оргm – маса органічної речовини у реакторі, г ХСК; СОР – суха органічна речовина;
пХСК – значення ХСК свіжого субстрату, г О2/дм3; СР – суха речовина;
кХСК – значення ХСК переробленого субстрату, г
О2/дм3;
бк – біологічно конвертована.
,СОР пm – маса СОР свіжого субстрату, г;
Вступ. Наразі актуальною є переробка орга-
нічних відходів та біомаси методами біологічної
та термічної конверсії для отримання газового
палива. Незважаючи на значний біогазовий поте-
нціал сировини, виробництво та споживання біо-
газу не вийшло на суттєвий рівень. Біогазові
установки малої потужності, особливо для неве-
ликих фермерських господарств у сільській міс-
цевості, не знайшли широкого впровадження в
Україні. Відсутній досвід їх будівництва та екс-
плуатації. На сьогодні працюють декілька про-
мислових біогазових установок на закордонному
обладнанні. В цих установках у якості сировини
використовують гноївку, кукурудзяний силос та
рослинні рештки. Лише в деяких із них перероб-
ляються в біогаз курячий послід та відходи хар-
чової промисловості [1].
В той же час існує велика група рідких від-
ходів, що містять шкідливі високомолекулярні
органічні сполуки, які надто складно утилізувати.
Прикладом такого відходу є конденсат, що утво-
рюється при охолодженні генераторного газу на
газогенераторній установці. Згідно літературних
даних [2, 3] конденсат містить більше 20 органі-
чних сполук (фенол, метиловий спирт, оцтова
кислота, смола тощо).
В Радянському Союзі конденсат намагались
утилізувати мікробіологічним методом в аероте-
нках [2]. Проте цей метод не набув поширення
через припинення робіт із газифікації твердого
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 86
палива в 50-х роках минулого століття. В наш час
у світі відбувається відродження газифікації
твердого палива. Так, наприклад, у Німеччині,
працює біля 400 газогенераторних установок на
біомасі, що продукують генераторний газ, який
потім у когенераційних установках переробля-
ється в електричну і теплову енергію [4]. Ство-
рюються пілотні газогенераторні установки на
біомасі і в Україні [5–7]. Знову постає питання
утилізації конденсату.
Постановка завдання. В роботі [8] наведено
новий спосіб біологічної утилізації конденсату в
метантенку. Він полягає в тому, що гарячий ге-
нераторний газ барботується через шар рідкого
субстрату метантенка, охолоджується, внаслідок
чого відбувається конденсація смоли, фенольних
сполук, метилового спирту, жирних кислот, во-
дяної пари тощо, які входять до складу генерато-
рного газу, та перемішування рідкого субстрату
генераторним газом. Сконденсовані органічні
речовини слугують додатковим поживним сере-
довищем для мікробних популяцій.
Було експериментально встановлено
можливість утилізації конденсату в анаеробних
умовах за мезофільного температурного режиму
в кількості до 8% від маси субстрату за час пере-
робки від 30 до 50 діб. Ступінь біологічної
деструкції органіки конденсату у наведеній
роботі не визначалась.
Метою досліджень цієї роботи є визначення
та аналіз показників процесу газоутворення під
час сумісного бродіння гнойових відходів та кон-
денсату газогенераторної установки, що містить
нерозчинну смолу. До основних показників, що
характеризують процес газоутворення, віднесемо
такі параметри: вихід метану; динаміку утворен-
ня метану; ступінь деструкції органіки гною та
конденсату.
Матеріали та методи. Коров’ячий гній, ві-
дібраний на приватному домогосподарстві Київ-
ської області. В якості інокуляту було взято
зброджену масу після анаеробної переробки су-
міші коров’ячого гною з конденсатом газогене-
раторної установки. За такої умови мікробні по-
пуляції інокуляту адаптовані до анаеробної пере-
робки схожої сировини. Конденсат із смолою,
який було отримано під час газифікації тріски в
газогенераторі оберненого процесу з рухомою
зоною газифікації. Температура газифікації тріс-
ки із вмістом вологи 30% становила 510-590ºС.
Методи визначення масової концентрації СОР,
об’єму виробленого біогазу та об’ємної
концентрації метану в біогазі наведено в роботі [8].
Значення ХСК субстратів визначали фото-
метричним методом згідно методики виконання
вимірювань [9].
Значення pH середовища вимірювали pH-
метром PH-009(I).
Параметри процесу бродіння, а саме трива-
лість лаг-фази та максимальну інтенсивність ви-
ходу метану підбирали методом найменших ква-
дратів. Отримані експериментальні дані апрок-
симували до відомої залежності Гомпертца з об-
меженим потенціалом зростання між сумарним
виходом метану та тривалістю бродіння [10]:
max
, 1П СУМ
I е L
Y Р ехр ехр
Р
(1)
Маса органічної речовини в реакторі дорів-
нює добутку об’єму робочого реактора та зна-
чення ХСК субстрату:
Орг Р Sm V ХСК . (2)
Сумарний питомий вихід метану зв’язаний із
сумарним виходом метану залежністю:
,
,
СУМ
П СУМ
Орг п
Y
Y
m
. (3)
Інтенсивність виходу метану визначали за
залежністю:
CУМ
Р
Р
Y
I
V
. (4)
Ефективність переробки органічних речовин
субстрату визначали ступенем їхньої деструкції
за залежністю [11, 12]:
100%п к
ХСК
п
ХСК ХСК
k
ХСК
. (5)
Ефективність переробки гнойових стоків ви-
значали ступенем деструкції СОР [11, 12]:
, ,
,
100%СОР п СОР к
СОР
СОР п
m m
k
m
. (6)
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 87
Сумарний питомий вихід метану з біологічно
конвертованої органічної речовини в біогаз ви-
значали за залежністю:
, ,
, , , ,бк бк
П СУМ П СУМ
П СУМ ХСК П СУМ СОР
ХСК СОР
Y Y
Y або Y
k k
. (7)
Вихід метану з органіки конденсату та сту-
пінь її переробки було оцінено, виходячи з при-
пущень [8]:
1. Питомий вихід метану з переробленої ор-
ганічної речовини гнойових стоків в усіх суб-
стратах однаковий.
2. Явища синергетичного ефекту та незворо-
тних змін у процесі біологічної конверсії органі-
ки не мають місця, тобто справедлива рівність:
1 2 1 2Y S S Y S Y S . (8)
Методика проведення експериментів. Було
використано експериментальну біогазову уста-
новку, схему та фото якої наведено в роботі [8].
Для експериментальних досліджень сумісного
бродіння гнойових відходів з конденсатом, що
містить смолу, було підготовлено чотири суб-
страти із вмістом конденсату від 0% до 8%: К-0;
К-4; К-6; К-8 відповідно. Також було
підготовлено один субстрат, який містив тільки
інокулят для визначення залишкового метану в
інокуляті. Усі перелічені субстрати було
підготовлено у двох ідентичних екземплярах:
один – для проведення експерименту, інший –
для аналізу на ХСК. Для визначення маси
органіки у стічних водах використовується по-
казник ХСК, який показує ступінь забрудненості
стічних вод.
Компоненти для приготування субстратів
були відібрані з ємностей з інокулятом (об’єм
10 дм3), гноєм (об’єм 6 дм3) та конденсатом
(об’єм 1 дм3). Характеристики коров’ячого гною
та інокуляту представлено в табл. 1.
Таблиця 1. Вміст СР та СОР у гної та інокуляті
Table 1. TS and VS in the manure and inoculum
Компоненти
субстратів
СР, % Зольність
СР, %
СОР, %
Коров’ячий гній
Інокулят
22,87±0,21
2,7±0,01
37,33±0,3
27,62±0,22
14,33±0,27
1,95±0,07
Кожний реактор мав загальний об’єм 1,5 дм3
з об’ємом субстрату 1,05 дм3. Для створення
анаеробних умов у реакторі газовий простір сис-
теми реактор – евдіометр продували азотом.
Склад контрольного субстрату було підібрано
так, щоб співвідношення між СОР гною та СОР
інокуляту становило 1:1 (див. табл. 2). Згідно з
рекомендаціями, наведеними в роботі [13], за цієї
умови виключається уповільнення зростання ме-
таногенних популяцій за рахунок надмірної
концентрації жирних кислот.
Таблиця 2. Компоненти контрольного субстрату К-0
Table 2. Compound of control substrate К-0
Складові частини Маса, г СОР, г
Коров’ячий гній
Інокулят
Дистильована вода
89
653
308
12,8
12,8
0
Усього 1050 25,6
Відбір необхідної кількості гною, інокуляту
та конденсату для приготування субстрату про-
водили згідно з ДСТУ EN 12048:2005 [14].
Зазначимо, що вміст вологи у субстраті для К-0
становив 96,4%. Інші субстрати відрізнялись від
К-0 тим, що в субстраті К-0 було заміщено від 4%
до 8% вологи відповідною кількістю конденсату.
Було визначено, що конденсат містить орга-
нічні сполуки, значення ХСК яких становить
220±33 г О2/дм3. Значення ХСК у контрольному
субстраті становить 35,14±5,27 г О2/дм3. В табл. 3
наведено початкові значення ХСК, а також зна-
чення рН субстратів.
Таблиця 3. Початковий вміст органіки у субстратах
Table 3. Initial concentration of organic matter
in the substrate
Субстрат
ХСК свіжого
субстрату,
г О2/дм3
ХСК*
конденса-
ту,
г О2/дм3
Частка ХСК
конденсату
в субстраті,
%
pHп
К-0
К-4
К-6
К-8
35,14±5,27
43,94±6,59
48,65±7,3
54,21±8,13
0
8,8±1,32
13,51±2,03
19,07±2,86
0
20
27,8
35,2
7,9±0,1
7,3±0,1
7,2±0,1
7,1±0,1
*) значення ХСК органіки конденсату було визначено з припу-
щення, що значення ХСК гною у всіх субстратах однакове.
Значення рН конденсату становило 5,5, кон-
трольного субстрату 7,9. Після додавання кон-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 88
денсату до вихідного субстрату значення рН в
субстратах становило до 7,3-7,1. Таке незначне
зниження рН пояснюється буферними властивос-
тями гною.
Згідно літературних даних для рідкого гною
за мезофільного режиму бродіння зазвичай
необхідно від 30 до 50 діб до припинення газо-
утворення [11, 12]. Згідно рекомендацій, наведе-
них у роботі [13], тест по визначенню метанового
потенціалу сировини вважається завершеним,
якщо добове утворення метану не перевищує 1%
від сумарного виходу метану за попередній
період бродіння.
Станом на 60-й день бродіння добовий вихід
метану становив від 0,2% до 1% від сумарного
значення за попередній період. Дослід тривав 60
діб за температури, що підтримувалась у межах
від 34,8ºС до 35,2ºС.
Результати та обговорення. Станом на 60-у
добу бродіння було отримано 4,17±0,08 дм3;
5,85±0,12 дм3; 6,11±0,13 дм3 та 6,62±0,14 дм3 біо-
газу в субстратах К-0; К-4; К-6; К-8 відповідно.
При цьому питома інтенсивність виходу біогазу
становить 0,066 дм3/дм3∙доба; 0,093 дм3/дм3∙доба;
0,097 дм3/дм3∙доба та 0,105 дм3/дм3∙доба в суб-
стратах К-0; К-4; К-6; К-8 відповідно. Тобто зі
збільшенням концентрації конденсату в субстраті
вихід біогазу збільшується.
Виявлено закономірність, що добова об’ємна
концентрація метану в біогазі для контрольного
субстрату збільшується з часом та досягає мак-
симального значення 75% на 60-й день бродіння.
Для модельних субстратів з конденсатом на по-
чатковому етапі добова об’ємна концентрація
метану в біогазі на 10-12-й день бродіння досягає
значень 75%, а потім різко падає до 52-67%. По-
чинаючи з 15-22 доби, відбувається стрімке збі-
льшення концентрації метану до рівня 67-75% на
кінець експерименту (див. рис. 1).
Середня об’ємна концентрація метану в біо-
газі становить 56,6±2,5%; 66,2±2,5%; 66,9±2,5%
та 70,2±2,5% у субстратах К-0; К-4; К-6; К-8 від-
повідно. Як бачимо, середня об’ємна концент-
рація метану в біогазі підвищується зі збіль-
шенням концентрації конденсату. Що свідчить
про те, що при анаеробній переробці конденса-
ту виділяється більше метану, ніж при анаеро-
бній переробці гною.
Динаміку зміни сумарного питомого виходу
метану зображено на рис. 2.
Рис. 1. Динаміка зміни концентрації метану в біогазі.
Fig. 1. Dynamics of methane concentration in the biogas.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 89
Рис. 2. Динаміка зміни сумарного питомого виходу метану.
Fig. 2. Dynamics of cumulative yield of methane.
Як бачимо, на початку процесу бродіння пи-
томий вихід метану в модельних субстратах
менший, ніж у контрольному, оскільки відбува-
ються мікробіологічні процеси, пов’язані з адап-
тацією метаноутворюючих бактерій до складових
конденсату.
За залежністю (1) було визначено тривалість
лаг-фази та максимальну інтенсивність виходу
метану (див. табл. 4).
Таблиця 4. Параметри процесу бродіння
Table 4. Parameters of digestion
Субстрат
Тривалість
лаг-фази,
доба
Максимальна
інтенсивність
виходу метану,
мл/г ХСК∙доба
Точність
апроксимації,
R2
К-0
К-4
К-6
К-8
4,2
12,9
19,8
13,5
4
5,2
4,6
4,4
0,996
0,992
0,993
0,993
Як бачимо, для модельних субстратів
тривалість лаг-фази зростає від 4,2 до
12,9-19,8 діб, максимальна інтенсивність виходу
метану зростає від 4 до 4,4-5,2 дм3/г ХСК∙доба у
порівнянні з контрольним субстратом.
Вихід метану на кінець бродіння зріс у 1,25-
1,31 рази зі збільшенням концентрації конденса-
ту (див. рис. 2).
Було визначено ступінь розкладання СОР у
субстратах на 60-й день бродіння за залежністю
(6). Ступінь деструкції СОР становить 49±0,8%;
34,4±1,1%; 21,1±1,2% та 18±1,3% у субстратах К-
0; К-4; К-6 та К-8 відповідно. Отже, в зазначених
субстратах бактерії при виборі поживних речо-
вин віддають перевагу органіці, що міститься в
конденсаті.
Порівняємо отримані результати з тими, що
наведені в роботі [8], в якій розглядався експери-
мент з конденсатом, що містив виключно роз-
чинну смолу. Ступінь переробки СОР та питомий
вихід метану з сировини для обох експериментів
суттєво не відрізняється (див. табл. 5).
В табл. 5 наведено значення інтенсивності
виходу метану.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 90
Таблиця 5. Порівняння експериментальних результатів
Table 5. Comparison between experimental results
Показники для К-0
Попередній
експеримент
Поточний
експеримент
Ступінь переробки гною
на 60-й день бродіння, %
Сумарний питомий ви-
хід метану з гною, мл/г
СОР
44
177
49
184
Субстрат Інтенсивність виходу метану,
дм3/дм3∙доба
К-0
К-4
К-6
К-8
0,046
0,061
0,056
0,051
0,066
0,093
0,097
0,105
Як видно, значення інтенсивності виходу ме-
тану для контрольного субстрату К-0 у проведе-
них експериментах різні. Це пояснюється тим,
що відрізнялась підготовка інокуляту до бродін-
ня. У першому експерименті було взято інокулят
безпосередньо з діючої біогазової установки, і він
мав ще достатній метановий потенціал. У друго-
му експерименті було взято адаптований іноку-
лят до схожої сировини, і він був витриманий до
повного припинення газоутворення.
Як бачимо, у першому експерименті інтенси-
вність виходу метану спадає зі збільшенням кон-
центрації конденсату, тоді як у другому експери-
менті – навпаки, зростає. Це можна пояснити на-
явністю в конденсаті більшої кількості органіки у
вигляді нерозчинної смоли.
Сумарний питомий вихід метану з перероб-
леної органічної речовини гнойових стоків у кон-
трольному субстраті за залежністю (7) становить
374,6 мл/г СОР або 350,1 мл/г ХСК. Було оцінено
вихід метану з органіки конденсату та ступінь
їхньої переробки за залежністю (5).
В табл. 6 наведено показники процесу мета-
ноутворення для субстратів.
Таблиця 6. Показники процесу метаноутворення
Table 6. Parameters of methane formation
Субстрат
Ступінь переробки
СОР, %
Ступінь переробки
органіки субстрату, %
Ступінь переробки ор-
ганіки конденсату, %
Сумарний вихід
метану, мл/г ХСК
К-0
К-4
К-6
К-8
49
34,4
21,1
18
19,2
25,2
24
24,5
-
57,4
75,4
81,5
64
83,9
80,1
81,7
Як бачимо, ступінь переробки органіки кон-
денсату збільшується, а ступінь розкладання ор-
ганіки гнойових стоків зменшується зі збільшен-
ням концентрації конденсату. Це може свідчити
про те, що органічні речовини конденсату легше
піддаються переробленню мікробними популяці-
ями, ніж органіка гною.
Використання відпрацьованого субстрату.
Зважаючи на високий ступінь деструкції органіки
конденсату, відпрацьований субстрат може вико-
ристовуватись для внесення на поля в якості доб-
рива. У разі перевищення гранично допустимих
значень вмісту шкідливих речовин у відпрацьова-
ному субстраті, що передбачено вимогами до рід-
ких добрив у вигляді гнойових стоків, відпрацьо-
ваний субстрат направляється на поля фільтрації.
На деяких біогазових станціях передбачено
розділення відпрацьованого субстрату на тверду
та рідку фракції. Тверда фракція висушується та
спалюється у котлах. У всякому разі при виборі
напрямку використання відпрацьованого суб-
страту необхідно виконувати його аналіз на вміст
шкідливих речовин.
Висновки. 1. Вперше експериментально
встановлено можливість переробки субстрату, що
складається з гнойових стоків та конденсату газо-
генераторної установки, що містить розчинну і
нерозчинну смолу, в біогаз. При цьому максима-
льна частка конденсату в субстраті становить 8%.
2. Експериментально визначено, що при
додаванні конденсату до гнойових стоків пито-
мий вихід метану зростає в 1,25-1,31 рази на
кінець бродіння.
3. Встановлено, що при додаванні конденса-
ту у гнойовий субстрат ступінь переробки орга-
ніки конденсату збільшується, а ступінь розкла-
дання органіки гнойових стоків зменшується. Це
може свідчити, що органічні речовини конденса-
ту легше піддаються переробленню мікробними
популяціями, ніж органіка гною.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 91
1. Офіційний сайт "Біоенергетична асоціація України"
[Електронний ресурс]. – Режим доступу:
http://www.uabio.org
2. Делягин Н.Н. Водосмоляное хозяйство газогенера-
торных станций. – М.: Гостоптехиздат, 1959. – 86 с.
3. Канторов. М.В. Газогенераторы и газогенераторные
станции в металлургической промышленности. – М.: Мета-
ллургиздат, 1958. – 467 с.
4. Передерий С. Мини-ТЭС в децентрализованной
энергетике / Офіційний сайт інформаційно аналітичного
агентства "Инфобио" [Електронний ресурс]. – Режим досту-
пу: http://www.infobio.ru
5. П’яних К.Є. Розвиток наукових засад теплотехноло-
гій заміщення природного газу альтернативними видами
палива: автореф. дис. докт. техн. наук: спец. 05.14.06. – К.:
Інститут газу НАН України, 2017. – 45 с.
6. Клюс С.В., Жовмір М.М., Маслюкова З.В., Демчина В.П.
Визначення основних показників та ефективності часткової
газифікації біомаси в газогенераторі щільного шару з оберне-
ним дуттям // Відновлювана енергетика. – К.: Інститут віднов-
люваної енергетики НАН України, 2016. – № 2. – С. 79-87.
7. Кремнева Е.В., Губинский М.В., Шевченко Г.Л., Ада-
менко Д.С., Шишко Ю.В. Исследование термического разложе-
ния биомассы в режиме фильтрационного горения // Днепр:
Металлургическая теплотехника. – 2009. – №1. – С. 126-136.
8. Клюс В.П., Четверик Г.О. Сумісне анаеробне бро-
діння гнойових відходів та конденсату газогенераторної
установки // Відновлювана енергетика. – К.: Інститут відно-
влюваної енергетики НАН України, 2017. – № 3. – С. 80–86.
9. МВВ 081/12-0136-04 "Вимірювання біхроматної
окислюваності у пробах природних, питних та стічних водах
фотометричним методом з використанням аналізатора ріди-
ни Флюорат-02-3М"
10. Angelidaki I., Ellegaard L., Ahring B.K. A mathemati-
cal model for dynamic simulation of anaerobic digestion of
complex substrates: Focusing on ammonia inhibition // Biore-
source Technology. – Amsterdam: Elsevier Sci Ltd., 1993. – No.
42. – P. 159 – 166.
11. Эдер Б., Шульц Х. Биогазовые установки. Практи-
ческое пособие. – К.: Зорг Украина, 2011. – 268 с.
12. Дубровскис. В.С., Виестур У.Э. Метановое сбраживание
сельскохозяйственных отходов. – Рига: Знание, 1988. – 204 с.
13. Automatical methane potential test system. – Lund:
"Bioprocess Control Sweden AB", 2016.
14. Добрива тверді та вапнувальні матеріали. Визна-
чення вмісту вологи гравіметричним методом. Висушування
за температури 105±2°С: ДСТУ EN 12048:2005. – К.: Дер-
жспоживстандарт України, 2006. – 13 с.
ПЕРЕРАБОТКА КОНДЕНСАТА
ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ В БИОГАЗ
В.П.Клюс, канд.техн.наук,
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, 02094,
г. Киев, ул. Гната Хоткевича 20А,
тел/факс +38-044-206-28-09; e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-8536-3211
Г.А.Четверик,
Институт возобновляемой энергетики НАН Украины, 02094,
г. Киев, ул. Гната Хоткевича 20А,
тел./факс +38-044-206-28-09, e-mail: biomassa@ukr.net
ORCID: 0000-0001-9398-1968
Вопрос утилизации конденсата газогенераторных устано-
вок приобретает актуальность с развитием газификации
твердых топлив, в частности, биомассы. Приведены ре-
зультаты экспериментальных исследований совместного
брожения навоза с конденсатом газогенераторной уста-
новки, который содержал нерастворенную смолу. Опреде-
лен выход и динамика образования метана в зависимости
от концентрации конденсата. Оценена степень деструкции
органики конденсата в субстратах. Показано, что при
утилизации конденсата совместно с навозом увеличивается
выход метана. При этом концентрация конденсата со-
ставляла 4-8%. Приведены направления использования от-
работанного субстрата. Библ. 14, табл. 6, рис. 2.
Ключевые слова: биогаз, биомасса, анаэробное брожение,
субстрат, газификация, конденсат.
REFERENCES
1. Ofitsiynyy sayt "Bioenerhetychna asotsiatsiya Ukray-
iny". (2017). [Official site "Bioenergetic Association of
Ukraine"]. Rezhym dostupu [Access mode]:
http://www.uabio.org [in Ukr.].
2. Delyagin N.N. (1959). Vodosmolyanoye khozyaystvo ga-
zogeneratornykh stantsiy [Water drying facilities of gas generat-
ing stations]. Moskva, Rossiyskaya federatsiya: Gostoptekhizdat
[in Rus.].
3. Kantorov. M.V. (1958). Gazogeneratory i gazogenera-
tornyye stantsii v metallurgicheskoy promyshlennosti [Gas gen-
erators and gas generating stations in the metallurgical industry].
Moskva, Rossiyskaya federatsiya: Metallurgizdat [in Rus.].
4. Perederiy S. (2017). Mini-TES v detsentralizovannoy en-
ergetike. [Mini-TPP in decentralized energy]. Rezhym dostupu
[Access mode]: http://www.infobio.ru [in Rus.].
5. Pyanykh K.Y. (2017). Rozvytok naukovykh zasad te-
plotekhnolohiy zamishchennya pryrodnoho hazu alternatyvnymy
vydamy palyva [The development of the scientific foundations of
heat technology replacing natural gas with alternative fuels].
Kiyev, Ukraina: Instytut hazu NAN Ukrayiny [in Ukr.].
6. Klyus S.V., Zhovmir M.M., Maslyukova Z.V., Demchyna
V.P. (2016). Vyznachennya osnovnykh pokaznykiv ta efek-
tyvnosti chastkovoyi hazyfikatsiyi biomasy v hazoheneratori
shchilnoho sharu z obernenym duttyam [Determination of the
main indicators and the efficiency of partial biomass gasification
in a gas-generating unit of a dense layer with an inverse blow].
Vidnovluvava energetika [Renevable energy], 2, 79–87 [in Ukr.].
7. Kremneva Y.V., Gubinskiy M.V., Shevchenko G.L., Ada-
menko D.S., Shishko Y.V. (2009). Issledovaniye termicheskogo
razlozheniya biomassy v rezhime filtratsionnogo goreniya [In-
vestigation of the thermal decomposition of biomass in the filtra-
tion combustion regime]. Metallurgicheskaya teplotekhnika
[Metallurgical heat engineering], 1, 126–136 [in Rus.].
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 4 92
8. Klius V.P., Chetveryk H.O. (2017). Sumisne anaerobne
brodinnya gnoyovih vidhodiv ta kondensatu gazogeneratornoyi
ustanovki [Anaerobic digestion of mixture of manure with con-
densate from syngas plant]. Vidnovluvava energetika [Renevable
energy], 3, 80–86 [in Ukr.].
9. MVV 081/12-0136-04 Vymiryuvannya bikhromatnoyi
okyslyuvanosti u probakh pryrodnykh, pytnykh ta stichnykh
vodakh fotometrychnym metodom z vykorystannyam analizatora
ridyny Flyuorat-02-3M [Measurement of bichromate oxidation
in samples of natural, drinking and sewage waters by photomet-
ric method using a fluororate-02-3M liquid analyzer]. [in Ukr.].
10. Angelidaki I., Ellegaard L., Ahring B.K. (1993). Mate-
matychna model dlya dynamichnoho modelyuvannya anaerob-
noho peretravlennya skladnykh substrativ: zoseredzhennya
uvahy na halmuvanni amiaku [A mathematical model for dy-
namic simulation of anaerobic digestion of complex substrates:
Focusing on ammonia inhibition]. Bioresursnyy tekhnolohiya
[Bioresource Technology], 42, 159–166 [in Eng.].
11. Eder B., Shults K.H. (2011). Biogazovyye ustanovki
[Biogas installations]. Kiyev, Ukraina: Zorg Ukraina [in Rus.].
12. Dubrovskis V.S., Viestur U.E. (1988). Metanovoye sbraz-
hivaniye selskokhozyaystvennykh otkhodov [Methane fermentation
of agricultural waste]. Riga, Latviya: Znaniye [in Rus.].
13. Avtomatychna systema testuvannya potentsialu metanu.
(2016). [Automatical methane potential test system]. – Lund,
Shvetsiya: Upravlinnya bioprotsesoramy Shvetsiya AB [in Eng.].
14. Dobryva tverdi ta vapnuvalni materialy. Vyznachennya
vmistu volohy hravimetrychnym metodom. Vysushuvannya za
temperatury 105±2°S: DSTU EN 12048:2005. (2006). [Fertilizers
for solid and lime materials. Determination of moisture content by
gravimetric method. Drying at 105±2°С: ДСТУ EN 12048:2005.].
Kiyev, Ukraina: Derzhspozhyvstandart Ukrayiny. [in Ukr.].
SYNOPSYS
The purpose of the work is to determine and analyze the
yield of methane and dynamics of methane formation during the
digestion of manure wastes with the condensate from syngas
plant, which contain an insoluble tar. Evaluate the degree of
destruction of manure organic matter and the degree of destruc-
tion of condensate organic matter.
Four substrates containing condensate from 0% to 8% were
prepared for experimental studies. One additional substrate was
also prepared which contained only inoculum to determine the
residual methane in the inoculum. Cow manure was taken as a
manure wastes. The digestate was taken after anaerobic digestion
of a mixture of cow manure and condensate from syngas plant as
an inoculum. The condensate containing the insoluble tar was
obtained during the gasification of chips in a gasifier of a reverse
process with a moving gasification zone.
The value of the volume of produced biogas was deter-
mined by the method of extrusion. The value of COD was de-
termined by the photometric method. Parameters of the digestion
were selected by the method of least squares approximating the
experimental data to the Gompertz dependence with a limited
growth potential. The mass concentration of dry matter and ash
content were determined according to standard methods. The
value of the volumetric carbon dioxide concentration was meas-
ured using a chemical gas analyzer. The pH of the medium was
measured with pH meter.
The experiment under anaerobic conditions lasted for 60
days at a temperature maintained in the range from 34.8 ºС to
35.2 ºС. For substrates in which tar water was introduced, a sig-
nificant increase in the lag phase from 4,2 days in the control
substrate (without tar water) to 12,9-19,8 days in model sub-
strates (with tar water) was observed. The yield of methane for
model substrates was lower than in the control ones until 32-39
days of digestion. By the end of the experiment the yield of
methane in the model substrates was higher in 1.25-1.31 times
than in the control ones. It was found that the degree of destruc-
tion of manure organic matter decreases and the degree of de-
struction of condensate organic matter increases.
Summing up the experimental results one can state that it is
possible to anaerobe utilize condensate in combination with
manure wastes under a mesophilic regime.
Стаття надійшла до редакції 10.11.17
Остаточна версія 08.12.17
|
| id | veorgua-article-28 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:02:15Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/dc/22cc0818735eb01199e25c4732d21cdc.pdf |
| spelling | veorgua-article-282026-07-18T06:32:07Z CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS ПЕРЕРАБОТКА КОНДЕНСАТА ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ В БИОГАЗ ПЕРЕРОБКА КОНДЕНСАТУ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ В БІОГАЗ Kliys, V. biogas biomass anaerobic digestion substrate gasification tar water біогаз біомаса анаеробне бродіння субстрат газифікація конденсат биогаз биомасса анаэробное брожение субстрат газификация конденсат Питання утилізації рідких відходів газогенераторних установок набуває актуальності з розвитком газифікації твердого палива, зокрема, біомаси. Наведено результати експериментальних досліджень сумісного бродіння гнойових відходів з конденсатом газогенераторної установки, що містить нерозчинну смолу. Визначено вихід та динаміку утворення метану залежно від концентрації конденсату. Оцінено ступінь деструкції органіки конденсату в субстратах. Показано, що при утилізації конденсату сумісно з гнойовими стоками збільшується вихід метану. При цьому концентрація конденсату в субстраті становила 4-8%. Наведено напрямки використання відпрацьованого субстрату. Вопрос утилизации конденсата газогенераторных установок приобретает актуальность с развитием газификации твердых топлив, в частности, биомассы. Приведены результаты экспериментальных исследований совместного брожения навоза с конденсатом газогенераторной установки, который содержал нерастворенную смолу. Определен выход и динамика образования метана в зависимости от концентрации конденсата. Оценена степень деструкции органики конденсата в субстратах. Показано, что при утилизации конденсата совместно с навозом увеличивается выход метана. При этом концентрация конденсата составляла 4-8%. Приведены направления использования отработанного субстрата. The purpose of the work is to determine and analyze the yield of methane and dynamics of methane formation during the digestion of manure wastes with the condensate from syngas   plant, which contain an insoluble tar. Evaluate the degree of destruction of manure organic matter and the degree of destruction of condensate organic matter. Four substrates containing condensate from 0% to 8% were prepared for experimental studies. One additional substrate was also prepared which contained only inoculum to determine the residual methane in the inoculum. Cow manure was taken as a manure wastes. The digestate was taken after anaerobic digestion of a mixture of cow manure and condensate from syngas plant as an inoculum. The condensate containing the insoluble tar was obtained during the gasification of chips in a gasifier of a reverse process with a moving gasification zone. The value of the volume of produced biogas was determined by the method of extrusion. The value of COD was determined by the photometric method. Parameters of the digestion were selected by the method of least squares approximating the experimental data to the Gompertz dependence with a limited growth potential. The mass concentration of dry matter and ash content were determined according to standard methods. The value of the volumetric carbon dioxide concentration was measured using a chemical gas analyzer. The pH of the medium was measured with pH meter. The experiment under anaerobic conditions lasted for 60 days at a temperature maintained in the range from 34.8 ºС to 35.2 ºС. For substrates in which tar water was introduced, a significant increase in the lag phase from 4,2 days in the control substrate (without tar water) to 12,9-19,8 days in model substrates (with tar water) was observed. The yield of methane for model substrates was lower than in the control ones until 32-39 days of digestion. By the end of the experiment the yield of methane in the model substrates was higher in 1.25-1.31 times than in the control ones. It was found that the degree of destruction of manure organic matter decreases and the degree of destruction of condensate organic matter increases. Summing up the experimental results one can state that it is possible to anaerobe utilize condensate in combination with manure wastes under a mesophilic regime. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017-12-14 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/28 Vidnovluvana energetika ; No. 4 (51) (2017): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 84-92 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 4 (51) (2017): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 84-92 Відновлювана енергетика; № 4 (51) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 84-92 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/28/20 Copyright (c) 2017 V. Kliys https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | biogas biomass anaerobic digestion substrate gasification tar water Kliys, V. CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title | CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title_alt | ПЕРЕРАБОТКА КОНДЕНСАТА ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ В БИОГАЗ ПЕРЕРОБКА КОНДЕНСАТУ ГАЗОГЕНЕРАТОРНОЇ УСТАНОВКИ В БІОГАЗ |
| title_full | CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title_fullStr | CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title_full_unstemmed | CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title_short | CONVERSION OF THE TAR WATER FROM SYNGAS PLANT INTO BIOGAS |
| title_sort | conversion of the tar water from syngas plant into biogas |
| topic | biogas biomass anaerobic digestion substrate gasification tar water |
| topic_facet | biogas biomass anaerobic digestion substrate gasification tar water біогаз біомаса анаеробне бродіння субстрат газифікація конденсат биогаз биомасса анаэробное брожение субстрат газификация конденсат |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/28 |
| work_keys_str_mv | AT kliysv conversionofthetarwaterfromsyngasplantintobiogas AT kliysv pererabotkakondensatagazogeneratornojustanovkivbiogaz AT kliysv pererobkakondensatugazogeneratornoíustanovkivbíogaz |