Determination of the rate of organic biomass decomposition in biogas reactors with periodic loading

Abstract

The main indicator of biogas plant work is the output of gas per unit of biomass volume per day or other specified period of time. This indicator is used for energy and economic assessment of biogas plants. However, models for adequate determination of this indicator for biogas plants with periodic loading are almost absent. This is due to the fact that there is no indicator of the rate of biomass decomposition, especially for reactors with periodic loading, that is, when the reactor contains portions with different levels of organic biomass decomposition. They were obtained dependences for analytical determination of integral rate and decomposition level of organic biomass depending on fermentation time, reactor loading periodicity and fermentation temperature during anaerobic digestion. An algorithm for calculating the specific yield of biogas and biomethane during anaerobic fermentation and biogas reactor operation in the periodic loading mode was developed to determine the integral rate and level of organic biomass decomposition. The application of the algorithm for calculating the specific yield of biogas and biomethane during anaerobic fermentation of manure showed that the density of biogas under normal conditions 1.2 kgBG/m3BG the output of biogas and biomethane in the biogas plant will be respectively 1.3 m3BG/m3BМ per day and 0.91 m3СН4/m3BМ per day, that corresponds to the performance of existing plants.

Основним показником роботи біогазової установки є вихід газу на одиницю об'єму біомаси на добу або інший зазначений проміжок часу. Цей показник використовується для енергетичної та економічної оцінки біогазових установок. Однак модель для адекватного визначення цього показника для біогазових установок з періодичним завантаженням майже відсутня. Це пов'язано з тим, що немає показника швидкості розкладання біомаси, особливо для реакторів з періодичним завантаженням, тобто коли реактор містить порції з різним рівнем розкладу органічної біомаси. Вони отримали залежность для аналітичного визначення інтегральної швидкості та рівня розкладання органічної біомаси в залежності від часу бродіння, періодичності завантаження реактора та температури бродіння під час анаеробного травлення. Алгоритм розрахунку питомого виходу біогазу та біометану під час анаеробного бродіння та роботи біогазового реактора в режимі періодичного завантаження був розроблений для визначення інтегральної швидкості та рівня розкладання органічної біомаси. Застосування алгоритму розрахунку питомої врожайності біогаз та біометан під час анаеробного бродіння гною показали, що щільність біогазу в нормальних умовах 1,2 кг БГ/м3 БГ випуск біогазу та біометану на біогазовій установці становитиме відповідно 1,3 м3 БГ/м3 БМ на добу та 0,91 м3СН4/м3БМ на добу, що відповідає характеристикам існуючих установок.