ANALYSIS OF DESIGN FEATURES AND OPERATION MODES OF THE BIOGAS PLANT
Authors: Паршикова М.В. , Паршиков С.Г. , Касаткин В.В. , Касаткина Н.Ю. , Касаткин В.В. 
Published: September 2024

Цель исследований – провести анализ конструктивных особенностей и режимов работы биогазовой установки для повышения эффективности технологического процесса утилизации отходов животноводства. Исследования проведены на экспериментальной площадке базовой кафедры «Инженерные системы ЖКХ» ИжГТУ имени М. Т. Калашникова в 2023 г. Разработана конструкция двухсекционного биореактора и общая схема этапов работы биогазовой установки. Технологический процесс предусматривал объединение в единый цикл двух режимов анаэробного сбраживания – мезофильного и термофильного. Мезофильный режим предполагал продолжительность опыта в течение 5 суток в температурном диапазоне 30–35 ℃, термофильный режим – в течение 10 суток при температуре 50–53 ℃, которая достигается путем дополнительного обогрева теплообменником. Образующийся в результате сбраживания биогаз поступает в газгольдер, в дальнейшем газовая смесь подается на очистку в установку для комплексной подготовки газа. Анализ результатов экспериментальных исследований свидетельствует, что оптимальная продолжительность процесса анаэробного сбраживания отходов животноводства в биореакторе объемом 0,8 м3 при добавлении активатора процесса в термофильном режиме работы биогазовой установки составила 10 дней, оптимальная концентрация биогаза достигла показателя 5,78 %. Внедрение биогазовых установок на предприятиях АПК в Удмуртской Республике позволит получить годовой экономический эффект в размере 25 802 руб. для крестьянско-фермерского хозяйства с содержанием 10 голов КРС при использовании энергоэффективной трехстадийной технологии анаэробного сбраживания отходов животноводства и использовании биогазовой установки в технологическом процессе обработки отходов, срок окупаемости проекта составит 3,9 года.

The research purpose is to analyze the design features and operating modes of a biogas plant to increase the efficiency of the technological process of animal waste disposal. The research was carried out at the experimental site of the basic Department of Engineering Systems of Housing and Communal Services of Kalashnikov ISTU in 2023. The design of a two-section bioreactor and a general scheme of the operation stages of a biogas plant were developed. The technological process involved combining two modes of anaerobic fermentation into a single cycle – mesophilic and thermophilic. The mesophilic mode assumed the duration of the experiment for 5 days in the temperature range 30–35 °C, the thermophilic mode – for 10 days at the temperature of 50–53 °C, which was achieved by additional heating with a heat exchanger. The biogas formed as a result of fermentation enters the gas tank, and then the gas mixture is supplied for purification to the installation for complex gas treatment. An analysis of the results of experimental studies indicates that the optimal duration of the process of anaerobic fermentation of livestock waste in a 0.8 m3 bioreactor with the addition of a process activator in the thermophilic operation mode of a biogas plant was 10 days, the optimal concentration of biogas reached 5.78 %. The introduction of biogas plants at agricultural enterprises in the Udmurt Republic will allow to obtain an annual economic effect in the amount of 25,802 rubles for a peasant farm with 10 heads of cattle, using an energy-efficient three-stage technology for anaerobic fermentation of livestock waste and using a biogas plant in the waste treatment process, the payback period of the project will be 3.9 years.