Спосіб виробництва метану та добрива

Реферат: Спосіб виробництва метану та добрива включає збір концентрованої біомаси синьо-зелених водоростей з акваторії водосховищ дніпровського каскаду під час їх "цвітіння" для використання як субстрату в технології отримання біогазу. Водоростеву фітомасу подають із плям їх скупчення у водоймі до концентраційної колони самотоком, після відстоюють. Чисту воду повертають до водойму, а концентрат ціанобактерій подають в анаеробну камеру дайджестеру, де піддається метаноґенезу в умовах температури 20-30 °C і рівномірного перемішування. В ході ферментації суміш газів збирають в газгольдер, а твердо-рідко-фазний субстрат видаляють з анаеробної камери самотоком і спрямовують на сушку й брикетування де отримають добрива. UA 104743 U (12) UA 104743 U UA 104743 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Галузі застосування: альтернативна енергетика, сільське та лісове господарство, охорона навколишнього середовища. Рослини утилізують близько 0,1 % сонячної енергії, яка досягає поверхні Землі, що у 10 разів перевищує світове споживання енергії. Найбільш перспективними утилізаторами сонячної енергії є мікроводорості: максимальне значення коефіцієнта корисної дії (ККД) фотосинтезу у ціаней або синьо-зелених водоростей (СЗВ) сягає 20 %, що у 200 разів перевищує середнє значення ККД фотосинтезу на земній кулі. При цьому, якщо певна частина енергетичного потенціалу наземної біомаси рослинного походження утилізується людством (сьогодні шосту частину споживаної енергії отримують із сільськогосподарської та іншої фітомаси, що еквівалентно щоденному використанню понад чотирьох млн. т нафти), то біомаса гідробіонтів, зокрема фітопланктону, не затребувана. Тому використання СЗВ під час їх "цвітіння" на акваторії водосховищ дніпровського каскаду задля виробництва біогазу (палива, що отримується з органічної маси шляхом її біоконверсії) дозволить отримати не лише додаткове джерело енергії та корисне добриво, а й призведе до поліпшення санітарно-гігієнічного стану води та прибережних територій. Саме тому задекларований спосіб є природоохоронною (екологічною) біотехнологією. Аналогом корисної моделі є спосіб отримання біогазу із СЗВ, що включає збір та використання субстрату для отримання клар-газу (біогазу) (патент № 24106 України; опубл. 25.06.2007, Бюл. № 9, 2007 p.). Цей спосіб включає очищення поверхневих вод дніпровських водосховищ від ціаней шляхом збору та використання їх концентрованої біомаси як субстрату для отримання суміші газів у результаті метанового "бродіння", та забезпечення тим самим належного рівня якості води у каскаді дніпровських водосховищ при економії енергоресурсів. Недоліком наведеного способу отримання біогазу із СЗВ є невизначеність шляхів поводження з відходами даного виробництва. Тому в основу корисної моделі поставлено задачу створення безвідходного способу виробництва метану із СЗВ з попутним отриманням цінного продукту - органічного збалансованого добрива для сільського та лісового господарства. Поставлена задача вирішується ти, що спосіб виробництва метану та добрива, що включає збір концентрованої біомаси синьо-зелених водоростей з акваторії водосховищ дніпровського каскаду під час їх "цвітіння" для використання як субстрату в технології отримання біогазу, що включає отримання метану та супутнього продукту виробництва - органічного добрива, забезпечуючи безвідходність екологічної біотехнології. Спосіб отримання метану і добрива ґрунтується на ферментації шляхом метаноґенезу зібраної біомаси ціаней в анаеробній камері дайджестеру зі збиранням газу у газгольдері та видаленням відпрацьованого субстрату з подальшою його сушкою та брикетуванням, або фасуванням у рідкому стані після розбавлення водою. Корисна модель включає збір фітомаси СЗВ в акваторіях, що характеризуються як "евтрофовані". Під час збору сестону в плямах "цвітіння" на акваторії лише Кременчуцького 2 3 3 водосховища площею 2250 км у кількості до 50 кг/м із об'єму 828 млн. м води мілководь 7 (глибина до 2 м; 18,4 % площі водойми) його біомаса становитиме 4,14×10 т за вегетаційний період (70 діб). Піддавши цю біомасу ферментації, в процесі метаноґенезу можна отримати до 3 3 28,98 млн. м біогазу (≈18,837 млн. м метану), що еквівалентно 20 тис. т нафти або 17 тис. т дизельного палива. Спосіб виробництва метану та добрива полягає у наступному: водоростева фітомаса подається з плям їх скупчення у водоймі до концентраційної колони самотоком. Після відстоювання (колонії микроцистіса містять бульбашки газів, завдяки чому відразу піднімаються до поверхні води) чиста вода повертається у водойму, а концентрат ціанобактерій надходить в анаеробну камеру дайджестеру, де піддається метаноґенезу в умовах оптимальної температури і рівномірного перемішування. В ході ферментації суміш газів збирається в газгольдер, а твердо-рідко-фазний субстрат видаляється з анаеробної камери самотоком і спрямовується на сушку й брикетування для отримання добрива. Частину відпрацьованого субстрату з дайджестера, що містить метаногенний мікробоценоз, використовують як посівний матеріал для інокуляції завантаження у наступному циклі ферментації біомаси сестону. 3 Технічним результатом випробування корисної моделі є отримання 1,7 дм суміші газів 3 протягом тижня із 1,0 дм концентрованого субстрату біомаси водоростей при оптимальній 3 температурі 20-30 °C із кількісним виходом метану 70-80 % та отримання 0,5 дм органічного добрива, яке за агрохімічними показниками відповідає вимогам державного стандарту для добрив та хімічних меліорантів. Застосування корисної моделі способу виробництва метану та добрива дозволяє отримати наступні природоохоронні ефекти: 1) запровадження екологічно безпечного, без суттєвих 1 UA 104743 U 5 10 15 20 25 енерговитрат, способу збору сестона; 2) виконання умов Кіотського протоколу до Рамкової конвенції ООН зі змін клімату (Ріо-де-Жанейро, 1992); 3) приєднання до Директиви 2000/60/ЄС Європейського Парламенту і Ради "Про встановлення рамок діяльності Співтовариства в галузі водної політики" від 23 жовтня 2000 p.; 4) відновлення порушеної структурно-функціональної організації літоральних екосистем водосховищ дніпровського каскаду (газовий баланс, гідрохімічний режим, зниження токсичності води, нерест іхтіофауни та ін.); 5) оздоровлення довкілля і населення завдяки поліпшенню якості природної, у тому числі питної води; 6) використання продукту виробництва - органо-мінерального добрива в сільському і лісовому господарстві; 7) використання соціального і фінансового ефекту для забезпечення сталого еколого-економічного розвитку придніпровських регіонів. У перспективі передбачається розбудова мережі стаціонарних і пересувних комплексів з утилізації ціаней та іншої надлишкової біомаси (вищої водної рослинності, відходів рослинництва і тваринництва, листяного опаду із населених пунктів тощо) уздовж Дніпровського національного екологічного коридору для забезпечення сталого еколого-економічного розвитку придніпровських регіонів. Крім цього, утилізація СЗВ має вагомі енергозаощаджуючий і ресурсозберігаючий ефекти: 1) використання безкоштовної сировини як субстрату для ферментації; 2) запровадження дешевого виробництва метану і трансформації його в електроенергію; 4) забезпечення високого 3 3 виходу клар-газу в процесі метаноґенезу - до 28,98 млн. м (≈18,837 млн. м метану), що еквівалентно 20 тис. т нафти або 17 тис. т дизельного палива; 5) застосування вилучених із СЗВ ліпідів як насадки для біодизелю. У порівнянні з аналогом спосіб отримання метану та добрива є технологічно неускладненим, енергозаощаджуючим та екологічно безпечним. Завдяки корисної моделі створюється безвідходна біотехнологія виробництва метану та добрива з фітомаси синьо-зелених водоростей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Спосіб виробництва метану та добрива, що включає збір концентрованої біомаси синьо-зелених водоростей з акваторії водосховищ дніпровського каскаду під час їх "цвітіння" для використання як субстрату в технології отримання біогазу, який відрізняється тим, що водоростеву фітомасу подають із плям їх скупчення у водоймі до концентраційної колони самотоком, після відстоюють, чисту воду повертають до водойму, а концентрат ціанобактерій подають в анаеробну камеру дайджестеру, де піддається метаноґенезу в умовах температури 20-30 °C і рівномірного перемішування, в ході ферментації суміш газів збирають в газгольдер, а твердо-рідко-фазний субстрат видаляють з анаеробної камери самотоком і спрямовують на сушку й брикетування де отримають добрива, частину відпрацьованого субстрату з дайджестера використовують як посівний матеріал для інокуляції завантаження у наступному циклі ферментації біомаси сестону. 40 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2