Використання побічних продуктів тваринництва для ресурсозберігаючого отримання біогазу за промислового виробництва свинини
Анотація
Сучасні енергетичні системи є складними багатокомпонентними системами, що використовують механічну, теплову та електричну енергію. У міру скорочення запасу викопного палива інтерес до відновлюваних джерел енергії повсюдно збільшується, що актуалізує дослідження технологій отримання біогазу. Метою дослідження було оцінити технологічні підходи для зниження ресурсовитрат за отримання відновлюваних джерел енергії з органічних відходів (гною) свинарських комплексів. В роботі було використано бібліографічний метод дослідження, лабораторний метод, біохімічні методи (визначення вмісту хімічного складу гною та стоків), статистичний, математичний (розрахунок економічної ефективності), метод багатокритеріального аналізу, аналітичний метод. На підставі проведених досліджень розроблено ресурсозберігаючу технологію підготовки стоків до використання з отримання відновлюваної енергії за промислового виробництва свинини, з забезпеченням зменшення капітальних та експлуатаційних витрат при генерації біогазу. Встановлено, що при відстоюванні вихідних стоків вологістю 96,94±0,18 % утворюється осад вологістю 91,23±0,25 % та рідка фракція вологістю 98,86±0,42 %. Одночасно, органічна речовина в осаді, який виділено з вихідних стоків, становить біля 87 %, а в рідкій фракції – біля 98 % від сухої речовини. Технологічний процес включає: відцентровогравітаційне розділення вихідних стоків на фракції (осад та рідку фракцію), гравітаційне згущення осаду його дозування при подачі для метанового зброджуванням із одержанням біогазу. Показано, що застосування запропонованих підходів дозволяє знизити капітальні вкладення біля 30 %. На основі багатокритеріального аналізу встановлено, що за комплексним показником ефективності кожного із розглянутих варіантів N(Ck) у порівнянні з ідеалізованим, запропонована технологія отримання біогазу має значну перевагу. Для неї цільова функція за розглянутими критеріями є найменшою і становить 0,1672 при тому, що цільова функція технології базового варіанту гірша в 1,9 раза. Результати проведених наукових досліджень по використанню побічних продуктів тваринництва для ресурсозберігаючого отримання біогазу планується використовувати на комплексах і фермах з виробництва свинини
Ключові слова
відновлювані джерела енергії; біоенергетика; стоки; технологія; осад; ресурсозбереження; капітальні вкладення
[1] Achinas, S., & Euverink, G.J.W. (2020). Rambling Facets of manure-based biogas production in Europe: A briefing. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 119, article number 109566. doi: 10.1016/j.rser.2019.109566.
[2] Burg, V., Bowman, G., Haubensak, M., Baier, U., & Thees, O. (2018). Valorization of an untapped resource: Energy and greenhouse gas emissions benefits of converting manure to biogas through anaerobic digestion. Resources, Conservation and Recycling, 136, 53-62. doi: 10.1016/j.resconrec.2018.04.004.
[3] Dabirian, E., Hajipour, A., Mehrizi, A., Karaman, C., Karimi, F., Loke-Show, P., & Karaman, O. (2023). Nanoparticles application on fuel production from biological resources: A review. Fuel, 331(1), article number 125682. doi: 10.1016/j.fuel.2022.125682.
[4] Doronin, A. (2019). The potential of bigas production in the field of animals of Ukraine. Food Resources, 12, 202209. doi: 10.31073/foodresources2019-12-21.
[5] DSTU 46-012-2000. (2001). Agricultural machinery. Methods of economic evaluation of equipment for animal husbandry. Retrieved from http://www.leonorm.lviv.ua/DG/2008/DSTU_2.HTM.
[6] DSTU ISO 5984:2004. (2006). Animal feeding stuffs. Determination of crude ash. Retrieved from https://online. budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=89455.
[7] DSTU ISO 6496:2005. (2006). Animal feeding stuffs. Determination of moisture and other volatile matter content. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=86445.
[8] DSTU ISO 6865:2004. (2006). Animal feeding stuffs. Determination of crude fibre content. Method with intermediate filtration. Retrieved form https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=91087.
[9] Kaletnik, G.M., & Honcharuk, I.V. (2020). Economic calculations of the potential of renewable bioenergy production in formation of energy independence of the agro-industrial complex. Ekonomika APK, 27(9), 6-16. doi: 10.32317/2221-1055.202009006.
[10] Kovalev, N.G., Kovalenko, V.P., Shevtsov, H.G., & Sagaidak, O.N. (1983). Methodological recommendations for calculation and optimization of liquid manure fractionation systems. Zernograd.
[11] Li, G., Hu, R., Wang, N., Yang, T., Xu, F., Li, J., Wu, J., Huang, Z., Pan, M., & Lyu, T. (2022). Cultivation of microalgae in adjusted wastewater to enhance biofuel production and reduce environmental impact: Pyrolysis performances and life cycle assessment. Journal of Cleaner Production, 355, article number 131768. doi: 10.1016/j. jclepro.2022.131768.
[12] Linnuk, M., & Ruban, B. (2011). The ways of improvement of technologies and technical means for obtaining organic fertilizer. Proceedings TSAТU, 11(5), 10-16.
[13] Lutkovska, S., & Zelenchuk, N. (2023). Assessment of the potential of biogas production by personal peasant farms. Economic Bulletin of NTUU “Kyiv Polytechnical Institute”, 25, 15-20. doi: 10.20535/2307-5651.25.2023.278409.
[14] Lyubin, M.V., Tokarchuk, O.A., Lyubyn, V.S., & Smalkivskyi, S.V. (2011). Analysis, classification and use of simple biogas plants. Collection of Scientific Works of the Vinnytsia National Agrarian University. Series: Technical Sciences, 8, 69-77.
[15] Matveev, Yu., & Geletukha, G. (2004). Biogas plant: Ukrainian experience. Green Energy, 1, 4-6.
[16] Pantsyreva, H.V. (2019) Technological aspects of biogas production from organic raw materials. Bulletin of the Kharkiv National Technical University of Agriculture, 199, 276-290.
[17] Piskun, N.V., & Piskun, V.I. (2010). Patent utility model No. 52109 Ukraine, IPC C02F 11/04. Wastewater treatment method/No. u201002515.
[18] Piskun, V.I., Yatsenko, Yu.V., & Yatsenko, Yu.Yu. (2020). The concept of optimization of technological solutions of agricultural production. Modern Engineering and Innovative Technologies, 12(1), article number 511. doi: 10.30890/2567-5273.2020-12-01-015.
[19] Pryshliak, N.V. (2021). Evaluation of the efficiency of using individual biogas plants for processing biowaste of peasant farms. Ekonomika APK, 28(3), 50-60. doi: 10.32317/2221-1055.202103050.
[20] Public Fund “Fluid”. (n.d.) Retrieved from http://www.fluid-biogas.com/?page_id=127.
[21] Sakun, L., Riznichenko, L., & Vіelkin, B. (2020). Prospects of biogas market development in Ukraine and abroad. Economics and Organization of Management, 1(37), 160-170. doi: 10.31558/2307-2318.2020.1.16.
[22] Skrylnyk, Ye., Kutova, A., & Hetmanenko, V. (2020). Influence of anaerobic fermentation of organic waste to change the content of biogenic elements in the effluent biogas plant. Bulletin of Agricultural Science, 98(3), 71-76. doi: 10.31073/agrovisnyk202003-10.
[23] Sukhesh, M.J., & Rao, P.V. (2019). Synergistic effect in anaerobic co-digestion of rice straw and dairy manure – a batch kinetic study. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 41(17), 2145-2156. doi: 10.1080/15567036.2018.1550536.
[24] Teng, J.H., Yang, J., Dou, M.Y., Zou, S., Feng, Q., Li, H.M., & Huang, F.C. (2022). Research progress of biogas decarbonization. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 1011, article number 012033. doi: 10.1088/1755-1315/1011/1/012033.
[25]Turovsky, I.S. (1982). Treatment of sewage sludge. m.: Stroyizdat.
[26] Vergote, T.L.I., De Dobbelaere, A.E.J., Willems, B., Leenknegt, J., Buysse, J., Volcke, E.I.P., & Meers, E. (2020). Stability of thermophilic pig manure mono-digestion: Effect of thermal pre-treatment and separation. Frontiers in Energy Research, 8, article number 40. doi: 10.3389/fenrg.2020.00040.
[27] Yurchuk, N. (2018). Modelling assessment the of biogas plants competitiveness in the energy supply system of rural areas. Efficient Economy, 11. doi: 10.32702/2307-2105-2018.11.68.
[28] Zhang, J., Wang, Z., Lu, T., Liu, J., Wang, Y., Shen, P., & Wei, Y. (2019). Response and mechanisms of the performance and fate of antibiotic resistance genes to nano-magnetite during anaerobic digestion of swine manure. Journal of Hazardous Materials, 366, 192-201. doi: 10.1016/j.jhazmat.2018.11.106.
[29] Zhuk, H.V. (2022). Prospects for the production of alternative automotive fuel in Ukraine. Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine, 8, 19-24. doi: 10.15407/visn2022.08.019.