Фгу «Российский центр сельскохозяйственного консультирования» Консультация по современным методам переработки органических отходов Интенсивная биогазовая технология и её производные
| Вид материала | Документы |
- Рекомендации подготовили: Иванова Н. А. директор фгу сас «Новгородская». Ефимова, 111.49kb.
- О хозяйства, фгну «Росинформагротех», фгу «Учебно-методический центр сельскохозяйственного, 904.53kb.
- Программа вступительного экзамена по специальным дисциплинам для магистрантов специальности, 87.1kb.
- Технология переработки отходов рти и автопокрышек б/у пиролизом, 23.15kb.
- Рабочая учебная программа факультет, 281.64kb.
- Методического издания, 259.78kb.
- Положение Об организации утилизации и переработки бытовых и промышленных отходов, 89.39kb.
- Примерная программа наименование дисциплины технология хранения и переработки продукции, 328.32kb.
- Высшего профессионального образования, 245.81kb.
- Московский государственный открытый университет Научно-образовательный материал, 891.3kb.
ФГУ « Российский центр сельскохозяйственного консультирования»
Консультация по современным методам переработки органических отходов
Интенсивная биогазовая технология и её производные
Начальник отдела альтернативное использование биоресурсов
Геннадий Травников
ФГУ РЦСЦ, Московская область, Сергиево-Посадский р-н, д. Глинково, 77
т/ф – (495) 995-20-90, (496) 549-98-46, e-mail: conatemtg@mail.ru, www.mcx-consult.ru
Отзыв ведущих специалистов о биогазовой технологии
Материал из журнала
«Русская водка»
Издательский дом «Гражданин»
Главный редактор
Николай Кривомазов
2007 г
Интенсивные биогазовые технологии и их технологический потенциал
Самый большой в мире биореактор – это сам мир, т.е в основном поверхностный слой земли и океан, эти две стихии кишат микроорганизмами, процессы переработки значительно растянуты по времени от нескольких часов до тысячелетий. Интенсивная биогазовая технология базируется на тех же принципах биологического равновесия, равноправного сосуществования очень широкого разнообразия микро организмов. Их работа существенно отличается от работы специально культивированных промышленных микроорганизмом (мутантов), это моно особи, которые могут работать в закрытых технологических схемах, они очень чувствительны к чуждым микроорганизмам, так как проникновение чуждых микроорганизмов в закрытую систему приводит их к бурному размножению и подавлению моно особи. Для экосистемы земли «мутанты», это чуждые элементы, подлежат уничтожению, такова природа. Конечно, есть проблемы с (мутантами) «боевого биологического применения», там требуется значительное время на их уничтожение эко системой земли.
Для интенсивной биогазовой технологии, не зависимо, что производиться биогаз или микробиологические удобрения, микробиология берется из природы, в частности для производства биогаза ил с городских очистных сооружений, для микробиологических удобрений с поверхностного слоя земли, всё многообразие микробиологии находиться в состоянии спор. В биореакторе происходит культивирование отдельных особей (из всего многообразия классов и видов), путем создания благоприятных условий для их продуцирования. Для этого вводиться понятие биологический резонанс, если в радиотехнике для резонанса не обходимо совпадение двух частот, то в микробиологий очень много условий. Простым примером биологического резонанса, это размножение саранчи. В биореакторе продуцентом будут являться анаэробные бактерии: семейство бактерий, которые перерабатывают органическое вещество в биогаз и бактерии в основном сульфатвосстанавливающие, которые начинают бурно продуцировать, когда нарушены условия сосуществования первых, происходит загнивание биомассы обильное выделение сероводорода, углекислого газа и т.д. Эксплуатации бионергетических комплексов присуща высокая технологическая дисциплина и высокие требования к организации технологического процесса. Для того чтобы наступил «биологический резонанс» в биореакторе, не обходимо строгое поддержание технологических параметров: рН, еН, ХПК, ЛЖК, структуры технической воды (биологическая активность), температуры, стабильных характеристик субстрата (нельзя валить, что попало и как попало, это когда переработке подлежат, например навоз свиной, КРС, силос и т.д одновременно), гидродинамических характеристик во всём объёме биореактора, отрицательной плавучести биомассы (промышленные испытания показали, при нарушении этого технологического параметра, в течение 2 суток биомассы уходила из биореактора) и не допущение резкого увеличения подачи субстрата на переработку ( процесс увеличения подачи должен быть растянут от 3-6часов, это при полной загрузке биомассой биореактора). Интенсивная биогазовая технология позволяет перерабатывать любое органическое вещество с влажностью от 17 до 98%, при влажности 98-99% ухудшаются показатели себестоимости т.к приходится нагревать лишний объём субстрата.
Интенсивная технология базируется на отходах: сельского хозяйства (навоз КРС, птичий помёт, солома, гнилое сено и другие органические отходы), продукции сельского хозяйства (кукуруза, подсолнечник, сахарное сорго, многолетние травы и другие культуры с высоким содержанием зеленой массы), перерабатывающей промышленности (мясные и пищевые отходы, отходы производства льна, сахара, гречки и другие органические отходы), лесной и лесоперерабатывающей промышленности (опилки, щепа и т.д), спиртовой промышленности (после спиртовая барда и сивушные масла), пивоваренной промышленности (пивная дробина), отходы биологической очитки стоков городов и населенных пунктов (аэробный ил с высоким содержанием тяжелых металлов). Годовой объем (по сырью) переработки - от 3 600 до 600 000 т в год .
Актуальность темы
Для современной России внедрение интенсивной биогазовой технологи очень актуальная тема, т.к она позволяет значительно снизить себестоимость производства сельскохозяйственной продукции, за счёт: энергетической независимости при производстве и переработке, высокоэффективных микробиологических удобрений (с возможностью рекультивации почв), высокоэффективных кормов функционального назначения их отходов и оплаты штрафов за загрязнение окружающей среды. В то же время интенсивная биогазовая технология позволяет сельхозпроизводителям расширить ассортимент товарной продукции, за счёт того что перерабатывается всё и «вершки и корешки». Новые виды товарной продукции: электрическая и тепловая энергия, микробиологические удобрения, кормосмесь витамина В12, корма функционального назначения, добавки к муке (20%) из отрубей (повышение биологической ценности) при производстве хлебобулочных изделий, сжиженный метан, бензин, дизельное топливо.
Технологические особенности технологии
Биоконверсия органического вещества подразумевает практически полное биологическое разложение органических соединений в воде. На выходе содержание органических веществ в очищенной воде (структурированной) не должно превышать 10 мг/л. Стадии биоконверсии органического вещества: анаэробная + аэробная + микроводоросли (доочистка воды, утилизация СО2 + кислород на аэробную стадию). Потенциальный выход продуктов после переработки: биогаз – 85% (метана) и чистая вода на сброс. Органические удобрения отсутствуют, при необходимости возможен их отбор из ило провода. При анаэробной деградации органического вещества с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата. Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие, по меньшей мере, четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов и метаногенов. В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium и другие. При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой и уксусной, снижению рН и остановке процесса.
Анаэробный процесс Аэробный процесс
С6Н12О6 --> 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + тепло С6Н12О6 +6О2 --> 6СО2 +6Н2О + микробная биомасса + тепло
Промышленный НИОКР Анаэробный + аэробный процесс сухое вещество в сутки- 90 т. Объём биреакторов – 8 х 520 м/куб. Выход биогаза в сутки – 60 000 м/куб. Очистка стоков – 1 100м/куб/сут
Тепло
Биогаз
66м/куббббб
66м/куб
ХПК- 100 кг
ХПК 10-12 кг
ХПК 100 кг
Анаэробный
Аэробный
ХПК 2 -10 кг
Кислород
Ил
6,6 кг
Ил 65кг
Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере, четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов и метаногенов. В анаэробном сообществе между микроорганизмами существуют тесные и сложные взаимосвязи, имеющие аналогии в многоклеточных организмах, поскольку ввиду субстратной специфичности метаногенов, их развитие невозможно без трофической связи с бактериями предыдущих стадий. В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium и другие. При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой и уксусной, снижению рН и остановке процесса. Для анаэробного процесса важно, в первую очередь для метановых архей, родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium, доступность органического вещества т.е его структура должна быть микроскопичной. Поэтому в технологическом цикле присутствует электроплазменное разрушение органического вещества (разрушение клетчатки), по сути дела органическое вещество переходит в раствор (суспензию) , при этом повышается ХПК субстрата. Залогом высокой продуктивности анаэробного процесса служит, стабильность параметров – рН, температуры, ХПК, ЛЖК, еН, давления, гидродинамических процессов в реакторе и стрессо устойчивость биомассы. При выполнении указанных условий, технологический процесс (выделение биогаза в реакторе) длиться 2-3 час, т.е после прекращения подачи субстрата, за это время прекращается выделение биогаза. Этим обусловлен высокий выход биогаза с 1 м/куб реактора – до 13 м/куб. Технологическими элементами для соблюдения условий стабильной работы, являются НОУ-ХАУ препарат «витациты», электромагнитный преобразователь среды, активатор биомассы и структурированная вода.
Аэробное биоокисление глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляют тепловые потери. Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов. Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила. Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм). Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. В последние годы с помощью новых мокулярно-биологических методов, в частности специфических рРНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Считается, однако, что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. остановке процесса. Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Данный не достаток, проблемы с избыточным илом, интенсивная технология производства биогаза превращает в достоинство. Ил подвергается электро плазменному разрушению и подаётся на вход анаэробной стадии, тем самым повышается степень биоконверсии органического вещества в биогаз до 900 м/куб биогаза с 1т АСВ органического вещества.
Для очистки метановой бражки разработан гибрид аэротенка с оксиотенком . Оптимальными параметрами технологического режима окситенка при очистке сточных вод от химических производств являются: концентрация растворенного кислорода 12—18 мг/л (в аэротенках 2—4 мг/л), доза ила до -120 г/л (в аэротенках 2,5—3 г/л), период аэрации (включая пребывание в илоотделителе) 2,5—3 ч (в аэротенках 16—20 ч). Эффективность использования кислорода в окситенках 90—95%- При этом окислительная мощность окситенков выше, чем аэротенков, в 5—6 раз; капитальные затраты меньше в 1,5—2 раза; эксплуатационные — в 2,5—3 раза.
Микроводоросли заключительная стадия биоконверсии органического вещества. Питанием для их являются микроэлементы, находящиеся в воде (температура + 18 – 20С, структурированная вода) после аэробной стадии – 110 -130 мг/л и углекислый газ от переработки метана в электростанции. Назначение стадии производства микроводорослей до очистка воды. Биомасса микроводорослей подвергается разрушению и подаётся на анаэробную стадию, для переработки в энергетику. В результате получается идеальная схема производства энергетики без вредных выбросов. Кислород образовавшийся на стадии производства микроводорослей собирается и подается на аэробную стадию, тем самым сокращаются затраты на аэрацию.
На выходе интенсивной технологии биогаз и чистая структурированная вода (удобрения и другие производные по желанию заказчика).
Энергетический потенциал 3-х стадийной биогазовой технологии
С 1т (АСВ –абсолютно сухое вещество) любого органического вещества (навоз, куриный помёт, силос, пивная дробина, опилки и т.д)
Биогаз – более 1500 м/куб (за счет увеличения производства микро водорослей),
Метан- 85%, СО2- 14%, прочие газы – 1%, сероводород – менее 7мг/м/куб
Производные от метана.
Тепловая энергия – 10 Гкал
Электрическая энергия, (с одновременным получением тепловой энергии ) - 3,7 Мвт, тепловая – 5,4 Гкал.
Производные от интенсивной биогазовой технологии.
Микробиологические удобрения
Применение в качестве микробиологических удобрений является важной частью организации эффективной системы сбалансированного питания растений, появляется возможность, не только получать высокие стабильные урожай, но и производить рекультивацию почв. Структура земли достаточно сложна, не будем заглядывать глубоко в недра, а постараемся разобраться, что же происходит на её поверхности, где формируется биосфера, её основные элементы флора и фауна. Поверхностный слой земли формируется за счёт симбиоза микробиологических элементов грибы, бактерии и различного рода насекомые, черви и т.д. с растениями. Это бесконечный процесс одно даёт жизнь другому. В том сложном механизме участвуют другие факторы о которых мы ещё мало знаем, а зачастую это просто отрицаем, в силу своей не осведомлённости. Это энергоинформационный обмен, скорее всего он определяет развитие всего, носителями этого выступает вода и кремний, механизм действия этих элементов наука ещё не разгадала. Истинные грибы – наземные организмы и почва является основным местом их обитанием. Содержание грибов в почве приближается к 90 % от содержания всех ее обитателей, включая прокариоты и беспозвоночных. Так, по некоторым оценкам, на гектар лесной почвы умеренной зоны приходится 454 кг грибов (против 7 кг бактерий и 36 кг мелких животных). Однако грибы распределены по разным типам почв неравномерно, что зависит от многих факторов, в частности от степени аэрации почвы. Поскольку грибы являются аэробными организмами, их общая численность уменьшается при уплотнении почвы и по мере углубления горизонтов. Результаты полученные при изучении различных типов почв (вересковой, песчаной, илистой), показывают четкое снижение общего числа грибов при переходе от наиболее легкой, наилучшие аэрируемой и наиболее кислой почвы, к третьей ― наиболее тяжелой, илистой. Плодородие почвы зависит от микробиологий почвы, которая в последнее время , при введении интенсивного земледелья нарушена и истощена, не разумным применением минеральных удобрений, применением пестицидов и не правильным севооборотом.
Состав микробиологического удобрения (в сухом виде порошок): споры анаэробных, аэробных, лигниноразрушающих и других бактерий, микроэлементы N, NH4-N, P205, K2O, MgO и другие микроэлементы. На стадии сушки вводиться препарат «витациты». Во время обработки почвы разбавляется водой, и вноситься методом полива. Микробиологические удобрения в таком виде позволяют в разы снизить затраты на хранение и транспортировку. Для большего эффекта в почву вноситься измельчённая солома, торф, бурый уголь, высококонцентрированная микробиология из удобрения переработает это в гумус.
Микробиологические удобрения позволяют произвести рекультивацию почв за относительно короткий период времени. Для этих целей разработан аэробный биореактор, его задачи выращивание бактерий и грибов, применительно конкретного региона и особенностей структуры почвы в настоящее время. Технология очень простая, после биогазового реактора, анаэробный ил подается в аэробный реактор, в который на 1 часть анаэробного ила (анаэробные бактерии в технологии не участвуют, они оспариваются ), добавляется 4-5 частей измельчённой соломы (0,1-0,3 мм), далее в водиться микробиология (аэробные бактерии и грибы - лигниноразрушаюшие бактерии), которые присутствуют в данном регионе в почве. Процесс длится 2-3 суток. Хранение до внесения в почву, при влажности 75-85% осуществляется в специальных подземных ёмкостях, или подвергается низкотемпературной сушке в вакуумной выпарной станции при температуре не более - + 50С. На энергетику (биогаз – с последующей выработкой электроэнергии) технологического процесса расходуется – 25- 30% перерабатываемого органического вещества.
В классической биогазовой технологии в органическом удобрении содержится -50 – 70% не разложившегося органического вещества, следовательно дополнительные затраты на хранение транспортировку и внесение в почву.
Кормосмесь витамина В12
Получение витамина B12 с помощью метаногенных бактерий
В клетках метанобразующих бактерий витамин В12 присутствует от 4,1 нмоля/мг сухих клеток у Methanosarcina barkeri до 0,65 наномолей/мг сухих клеток у Metanobacterium formicum. Биосинтез кобаламинов архебактериями (изучали на М. barkei) сходен с биосинтезом корриноидов у анаэробных эубактерий. У метанотрофа Mtb. thermoautotrophicum большая часть клеточного кобамида локализована во фракции мембран и связана с мембранным белком. Предполагают, что содержащий кобамид интегральный мембранный белковый комплекс играет существенную роль в метаболизме этих бактерий при утилизации H2 + CO2, которая, видимо, сводится к переносу электронов. Корриноиды у метанобразующих бактерий участвуют также в катаболизме ацетата и метанола. Превращение метанола в метан у Mis. barkeri происходит через образование СНз-СоМ, в метилировании которого за счет метанола участвуют две метилтрансферазы, зависимые от кобамида. Корриноид, видимо, служит простетической группой фермента .Содержание витамина В12 в исходной анаэробной биомассе - 4,4 г/м3. Сушка производиться в вакуумной выпарной установке Концентрация витамина B12 в высушенном препарате - 500-600 мг/кг. Истинный витамин составляет 20-25% от суммы корриноидов, фактор III - 35-40%, фактор В и другие - 40-45%.