Обработка свиного навоза в Южной Африке для получения биогаза с использованием резервуаров GFS и решений EPC для установки CBG

Сельскохозяйственный сектор Южной Африки включает в себя значительную свиноводческую отрасль, которая производит большое количество свиного навоза, требующего надлежащего управления. Преобразование этих отходов в биогаз посредством анаэробного сбраживания дает двойные преимущества: контроль загрязнения окружающей среды и производство возобновляемой энергии. В этой статье рассматривается потенциал переработки свиного навоза в Южной Африке с акцентом на процесс CSTR, резервуары GFS и роль решений EPC для заводов CBG в успешной реализации проектов.

Свиной навоз в Южной Африке поступает из коммерческого сектора свиноводства страны, который включает крупномасштабные интенсивные фермы, предприятия среднего размера и небольшие домашние системы разведения свиней. Свинопоголовье Южной Африки сосредоточено в таких провинциях, как Гаутенг, Мпумаланга, Квазулу-Натал и Западный Кейп, где крупные коммерческие свинофермы удовлетворяют растущий спрос на свинину. Поток навоза состоит из фекалий, мочи, непроеденного корма и промывочной воды от очистки помещений, что создает высококонцентрированные органические сточные воды со значительным потенциалом загрязнения.

Свиной навоз характеризуется высокими концентрациями органических веществ, азота, фосфора и потенциально патогенных микроорганизмов. Высокое содержание химического потребления кислорода (ХПК) и биологического потребления кислорода (БПК) в свином навозе делает его непригодным для прямого сброса в водоемы, поскольку он может вызвать сильную эвтрофикацию и деградацию окружающей среды. Однако такой состав делает свиной навоз отличным сырьем для анаэробного сбраживания, способным производить значительные количества биогаза, богатого метаном, одновременно снижая загрязнение окружающей среды и проблемы с запахом. Правительство Южной Африки признало важность надлежащей переработки свиного навоза посредством экологических норм, которые поощряют устойчивые методы управления отходами.

Преобразование свиного навоза в биогаз происходит по установленному пути анаэробного сбраживания, включающему четыре биохимические стадии: гидролиз, ацидогенез, ацетогенез и метаногенез. Этот биологический процесс разлагает органические вещества в бескислородной среде для производства биогаза, состоящего в основном из метана и углекислого газа.

На стадии гидролиза сложные молекулы, такие как углеводы, белки и жиры, расщепляются на более простые растворимые соединения. На стадии ацидогенеза эти более простые соединения превращаются в летучие жирные кислоты, спирты и газы. Ацетогенез далее преобразует эти продукты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ. На заключительной стадии метаногенеза метаногенные археи производят биогаз. Жидкая фракция дигестата может использоваться в качестве органического удобрения, а твердая фракция может компостироваться или подвергаться дальнейшей переработке. Биогаз может быть очищен до сжатого биогаза (CBG) для использования в качестве чистого транспортного топлива или введен в сети природного газа.

Реактор непрерывного перемешивания (CSTR) служит основным технологическим узлом для преобразования свиного навоза в биогаз. Реактор CSTR представляет собой закрытый резервуар, оснащенный механическим перемешивающим устройством, которое обеспечивает полное смешивание сырья для ферментации и микроорганизмов в закрытой среде для производства биогаза. Это полное перемешивание предотвращает оседание твердых частиц, образование корки и поддерживает стабильную биологическую среду.

Для переработки свиного навоза процесс CSTR предлагает особые преимущества. Свиной навоз часто содержит высокие уровни взвешенных твердых частиц и волокнистого материала, которые требуют тщательного перемешивания для обеспечения полного сбраживания. Механический смеситель, вал мешалки и лопасти создают полностью перемешанное состояние, необходимое для эффективного разложения органических веществ. Система CSTR может справляться с высокими концентрациями аммиака, типичными для свиного навоза, поддерживая при этом стабильную метаногенную активность. Исследования показали, что системы CSTR достигают значительных выходов биогаза из свиного навоза, что делает их подходящими для крупномасштабных и средних проектов по производству биогаза.

Резервуары из стеклоэмалированного металла (GFS) представляют собой высококачественную инфраструктуру для хранения данных для проектов по производству биогаза из свиного навоза в Южной Африке. Производственный процесс включает в себя нанесение стеклоэмали на стальные пластины при температурах от 820°C до 930°C, создавая инертное, неорганическое соединение, которое сочетает в себе структурную прочность стали с исключительной коррозионной стойкостью стекла. Эта двухслойная структура покрытия образует непроницаемый барьер против агрессивных органических кислот, аммиака и коррозионного сероводорода, образующихся при анаэробном разложении свиного навоза.

Система двухмембранной крыши представляет собой предпочтительное решение для покрытия этих резервуаров, предлагая оптимизацию затрат за счет прямого снижения стоимости крыши и эффективности использования пространства, что значительно уменьшает площадь пола при одновременной экономии затрат на строительство фундамента. Интегрированное решение резервуар-крыша обеспечивает эффективный сбор биогаза и контроль запаха, что критически важно для свиноферм, где управление запахом необходимо для поддержания отношений с общественностью и соблюдения нормативных требований.

Center Enamel предлагает широкий ассортимент решений для покрытия резервуаров для хранения:

• Алюминиевая геодезическая купольная крыша: Усовершенствованная коррозионная стойкость и широкие пролеты для эффективного строительства с минимальным обслуживанием.
• Стеклоэмалированная крыша: Герметичность для резервуаров под давлением и контроль запаха в требовательных условиях.
• Одно- и двухмембранная крыша: Превосходные варианты для процессов анаэробного сбраживания с интегрированным сбором биогаза.
• Алюминиевая профилированная крыша: Экономичный вариант для хранения сточных вод, где герметичность не требуется.
• Крыша из нержавеющей стали: Превосходная коррозионная стойкость и длительный срок службы в суровых условиях.
• Крыша из стеклопластика: Подходит для применений, где герметичность не требуется.

Для полного завода CBG требуется ряд вспомогательного оборудования:

• Газосборник: Хранит биогаз для балансировки производства с колеблющимся спросом со стороны генераторов или установок очистки.
• Черная мембрана: Используется для покрытия накопительных прудов или в качестве систем сбора газа для более крупных объектов.
• Разделитель твердой и жидкой фаз: Разделяет дигестат на твердое органическое удобрение и жидкие фракции, обе из которых имеют сельскохозяйственную ценность для свиноферм.
• Система сжигания: Предохранительный факел, который автоматически сжигает избыточный биогаз, когда производство превышает потребление или во время периодов технического обслуживания.
• Подъемный насос: Перекачивает жидкости и суспензии по всему объекту.
• Резервуар для обезвоживания и десульфуризации: Удаляет коррозионный сероводород и влагу из сырого биогаза перед его поступлением в оборудование для очистки.
• Шнековая машина для обезвоживания осадка: Дальнейшая переработка твердого дигестата для сельскохозяйственного применения.

Center Enamel является профессиональным поставщиком решений EPC для заводов CBG, предлагающим комплексные решения по переработке отходов в энергию для проектов по производству биогаза из свиного навоза в Южной Африке. Их опыт включает:

• Полные услуги EPC: Управление всем жизненным циклом проекта от технико-экономических обоснований и проектирования до закупок, строительства и ввода в эксплуатацию.
• Интегрированное управление проектами: Объединение проектирования, закупки материалов и строительных работ в рамках единой системы для устранения задержек и перерасхода средств.
• Адаптация к местным условиям: Проектирование установок, оптимизированных для уникального состава сырья Южной Африки и разнообразных климатических условий, с особым вниманием к характеристикам высококонцентрированных органических сточных вод свиного навоза.
• Поддержка эксплуатации и технического обслуживания: Предоставление послепродажной поддержки и технического руководства для обеспечения надежной работы установки после ввода в эксплуатацию.
• Глобальные стандарты качества: Производство сертифицировано по международным стандартам, включая ISO 9001 и AWWA D103, с проектами, реализованными более чем в 100 странах.

Южная Африка обладает значительным потенциалом для преобразования своего свиного навоза в возобновляемую энергию посредством процесса CSTR. При поддержке надежных резервуаров GFS и вспомогательного оборудования, а также благодаря опытному поставщику решений EPC для заводов CBG, страна может построить устойчивую циркулярную экономику, которая снижает сельскохозяйственное загрязнение и производит чистое топливо. Доказанный успех аналогичных систем анаэробного сбраживания демонстрирует жизнеспособность этого подхода для свиноводческой отрасли Южной Африки.