Спосіб одержання біогазу з відходів виробництва цукру

Реферат: Спосіб одержання біогазу з відходів виробництва цукру полягає у тому, що буряковий жом після екстракції дегідратують, подрібнюють, гомогенізують та безперервним способом направляють до реактора метанового бродіння. Після дегідратації заквашувану масу скеровують до поліетиленового рукава, забезпечують швидке відсікання доступу повітря, рівномірне зминання заквашеної маси та витримують її мінімум 6-8 тижнів. UA 116911 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ З ВІДХОДІВ ВИРОБНИЦТВА ЦУКРУ UA 116911 U UA 116911 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до способів переробки сільськогосподарської сировини й утилізації органічних відходів агропромислового комплексу та харчової промисловості, зокрема до установок для виробництва біогазу при зброджуванні багатокомпонентного субстрату, що має у своєму складі органічні матеріали та їх відходи. Може бути використана на підприємствах харчової та переробної промисловості, зокрема на цукрових заводах під час переробки, зберігання та утилізації органічних відходів, зокрема, бурякового жому. Відомий спосіб виробництва біогазу та органічних добрив при зброджуванні багатокомпонентного субстрату, який полягає у підготовці органічної сировини подрібненням і змішуванням рідкої та твердої фаз субстрату, подачі одержаного субстрату до горизонтального ферментера, послідовному анаеробному зброджуванні субстрату у горизонтальному, а потім у вертикальному ферментерах. Причому компоненти субстрату готують і піддають анаеробній ферментації диференційовано і таким чином, що тверда фаза органічної сировини в процесі підготовки піддається подрібненню і плющенню до часток не більших ніж 50 мм та зберігається в анаеробних умовах за температури від 4 до 24 °C до зброджування у вертикальному ферментері [Патент на корисну модель № 48730 Україна, МПК C02F 11/04. Спосіб виробництва біогазу та органічних добрив при зброджуванні багатокомпонентного субстрату [Текст] / М. Д. Мельничук, Ф. Бауер, В.О.Дубровін, О.В.Дубровіна - № и200911812; заявл. 19.11.2009; опубл. 25.03.2010, Бюл. № 6]. Проте технічна реалізація цього способу є достатньо складною, а використання для зброджування субстрату горизонтального та вертикального ферментерів у поєднанні з диференційованою анаеробною ферментацією значно ускладнює виробництво біогазу в умовах нерегулярного надходження вихідної сировини. Найбільш близьким до заявленого є спосіб анаеробної переробки сільськогосподарських відходів в біогаз, який передбачає відокремлення великих включень, послідовну подачу відходів на бродіння у окремо розташовані кислототенк і метантенк та підтримання необхідних фізикохімічних параметрів бродіння, причому перед подачею на бродіння тверді включення подрібнюють до розміру 3 мм, підтримують вологість суміші на рівні 84-86 %, пропускають її через теплообмінник та кислототенк, які забезпечують температуру сировини на 5-10 °C меншу ніж на етапі бродіння та рівень рН в межах 5,5-6,4, залежно від виду відходів, що утилізуються [Патент на винахід № 10868 Україна, МПК C05F 3/00. Спосіб анаеробної переробки сільськогосподарських відходів в біогаз [Текст] / С. І. Писарєв, Б. Б. Коцинський, Г. М. Бабієв №94032027; заявл. 28.03.1994; опубл. 29.12.1999, Бюл. № 8]. Однак даний спосіб жодним чином не враховує сезонність роботи багатьох сільськогосподарських підприємств, адже свіжі відходи цукрового виробництва можуть бути вихідною сировиною для біогазової установки тільки підчас цукрової кампанії, яка триває лише 3-5 місяців на рік, натомість, щоби бути рентабельною, установка для вироблення біогазу повинна працювати цілий рік. Тому існує необхідність підготувати відходи цукрового виробництва до зберігання як вихідної сировини для отримання біогазу. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити спосіб одержання біогазу з відходів виробництва цукру, який дозволить утилізувати і переробляти буряковий жом у високоенергетичний біогаз не лише під час переробки цукрових буряків, але й протягом усього року, забезпечить високий рівень продуктивності і рентабельності біогазової установки в умовах її цілорічного використання за рахунок зберігання бурякового жому у поліетиленових рукавах або в тюках, обгорнутих плівкою перед підготовкою та подачею у реактор метанового бродіння. Поставлена задача вирішується тим, що буряковий жом після екстракції дегідратують, подрібнюють, гомогенізують та безперервним способом направляють до реактора метанового бродіння, при цьому згідно з винаходом після дегідратації заквашувану масу скеровують до поліетиленового рукава, забезпечують швидке відсікання доступу повітря, рівномірне зминання заквашеної маси та витримують її мінімум 6-8 тижнів. Запропонований спосіб одержання біогазу з відходів виробництва цукру забезпечує утилізацію і переробку бурякового жому у високоенергетичний біогаз. Причому попередня підготовка заквашуваної маси та її консервація у поліетиленових рукавах за анаеробних умов забезпечують рентабельність біогазової установки в умовах її цілорічного використання. А дотримання зазначених у способі параметрів роботи реактора метанового бродіння забезпечує належну якість отримуваного біогазу та високий рівень продуктивності біогазової установки. Для здійснення запропонованого способі одержання біогазу з відходів виробництва цукру буряковий жом після екстракції подають до пресів високого віджиму, які забезпечують його дегідратацію до 18-30 % сухої маси, і скеровують до поліетиленового рукава без втрат енергії та сухої маси завдяки дуже швидкому відсіканню доступу повітря та рівномірному зминанню заквашеної маси. Масу витримують мінімум 6-8 тижнів, подрібнюють на частки розміром 1-3 мм 1 UA 116911 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 та розводять після ферментаційними стоками до 16-20 % сухої маси, підтримують безперервне 3 завантаження реактора метанового бродіння сировиною на рівні 2,0-2,2 кг с.м./м добу, щепленні реактора біологічним матеріалом, багатим на метанові бактерії (отриманим з 3 працюючого бродильного апарату стічних вод цукрового заводу) у кількості 30 кг с.м./м , температуру мезофільного бродіння порядку 37±1 °C, регулюють рівень кислотність в межах 6,8-7,4 рН та тривалість проведення процесу бродіння 20-22 доби. Заквашування суміші відходів може відбуватись у силосах, тюках або поліетиленових рукавах. Найвигіднішим та найефективнішим є метод заквашування жому у поліетиленових рукавах. Залежно від розмірів рукава, у них можна законсервувати від 150 до 1000 т сировини. Для заквашування у поліетиленових рукавах використовуються відповідні преси, на які можна встановлювати дозуючі пристрої, що додають до сировини мікробіологічні препарати, які сприяють процесу бродіння підчас її заквашування. Крім того, встановлено, що відходи виробництва цукру, які зберігаються у довгих поліетиленових рукавах, є кращої якості, аніж ті, що зберігаються у силосах. Альтернативою технології заквашування відходів цукрового виробництва у поліетиленових рукавах, обґрунтованою з економічної, організаційної та технічної точки зору, може бути технологія заквашування субстрату в тюках, огорнутих плівкою. Однак, слід підкреслити, що в них можна заквашувати менше сировини, ніж у поліетиленових рукавах (тільки ~ 1,2 т), що суттєво обмежує застосування цього рішення у великих установках для виробництва біогазу. Газифікація відбувається лише в процесі мезофільної ферментації, а задовільні результати ферментації вихідної речовини, які впливають на збільшення продуктивності установки для виробництва біогазу з відходів цукрового виробництва та покращення якості біогазу, отримують завдяки попередній підготовці сировини до ферментації та її подрібненню. Приклад 1. Дослідження безперервного бродіння здійснювалося у мікротехнічному 3 масштабі, у ферментері об'ємом 40 дм . Ферментер знаходився у водяній сорочці об'ємом 80 дм. Температура у ферментері підтримувалася шляхом регулюванням температури води у водяній сорочці. Кислотність у ферментері підтримувалася на рівні 6,8 рН шляхом автоматичного включення перистальтичного насосу, який дозував розчин каустичної соди для підтримки заданого значення рН. Вміст реактора перемішувався за допомогою тихохідної лопатевої мішалки. Постійна подача пульпи з жому здійснювалась за допомогою перистальтичного насосу. Відтік з ферментера (у кількості доданої бурякової пульпи) відводився до баку з продуктом після бродіння, також за допомогою перистальтичного насосу. Кількість біогазу, що виділявся у процесі бродіння, вимірювалась безперервно за допомогою лічильника біогазу. Для щеплення реактора біологічним матеріалом застосовували осад з камери метанового 3 бродіння стічних вод цукрового заводу з концентрацією 30 кг с.м./м та вмістом органічних частин на рівні 30,7 % і біохімічною активністю 14мг О2/гс.м. протягом доби. Потім додавали 3 3 зброджені стічні води з ХСК 250 мг О2/дм до об'єму 40 дм . Підготовка жому до метанового бродіння полягала у приготуванні рідкої пульпи з жому. Матеріалом дослідження був кислий буряковий жом, характеристика якого наведена у табл. 1. Дослідження безперервного бродіння бурякового жому здійснювалося для п'яти різних навантажень ферментера жомом у кількості, що відповідала у перерахунку на суху масу: 0,5; 3 0,9, 1,3; 1,7 і 2,0 гс.м./дм добу, що відповідало у перерахунку на органічну масу: 0,47; 0,85; 3 1,23; 1,61 і 1,90 г с.м.о./дм добу. Результати дослідження хімічний склад біогазу одержаного у експериментальній установці під час процесу безперервного метанового бродіння наведено у табл. 2. Отже, запропонований спосіб дозволяє отримувати біогаз високої якості щодо вмісту азоту, водню і сірководню, забезпечує утилізацію відходів виробництва цукру та отримання протягом цілого року високоенергетичного біогазу, який після відповідної обробки може бути додатковим джерелом електричної та теплової енергії як для промисловості, так і для населення. 2 UA 116911 U Таблиця 1 Параметри бурякового жому, використаного у дослідженні процесу метанового бродіння. Позначення Суха маса Сира зола Органічні речовини Загальний білок Сирий жир Сире волокно Безазотні екстрактні речовини Засвоюваний білок Засвоювані жири Засвоювані вуглеводи Теоретична максимальна продуктивність біогазу Загальний фосфор Загальний азот Важкі Рb метали Cd Сu As Hg Одиниці % св. м. % см. % см. % см. % см. % см. % см. г/кг см. г/кг см. г/кг см. 3 дм /кг см. 3 дм /кг см.о. г Р/кг см. г N/кг см. ррm Значення 16,98 5,12 94,88 12,34 0,71 21,79 60,02 70,34 6,18 605,44 541 571 49,6 239,24 не виявлено 1,306 2,516