Альтернативная энергетика

Биомасса

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Цель стендовых исследований процесса перегнивания состояла в оценке параметров, от которых зависит оптимизация биометаногенной переработки морских водорослей.

Состав органической части сырья.

Несмотря на высокие теоретические выходы для предварительно обработанных водорослей, экспериментальные выходы в обычных эксплуатационных условиях ниже. Более низкие экспериментальные выходы при переработке предварительно обработанных морских водорослей могут быть объяснены тем, что значительное количество биоразрушающихся компонентов морских водорослей (возможно, маннит) теряется с соком, удаляемым в процессе обессоливания. С учетом стабильных и высоких водорослей, а также дополнительных расходов, требующихся для предварительной обработки морских водорослей, в качестве субстрата для более интенсивных исследований были выбраны морские водоросли, не подвергавшиеся предварительной обработке

Согласно имеющимся данным, для неограниченного перегни вания необходимо минимальное отношение углерода к азоту порядка 11 и отношение углерода к фосфору порядка 52. К этим данным следует относиться с осторожностью, так как в действительности количеством углерода и питательных веществ определяется интенсивность процесса ферментации.

Питательные вещества не были ограничивающими для партии морской водоросли № 26, которая использовалась в большинстве исследований, проводимых Институтом газовой технологии. Свежие партии морских водорослей содержали меньше азота и фосфора, что привело к снижению выходов метана и его производительности, а в некоторых случаях к нарушению равновесия в перегнивателе. Данные, касающиеся партии № 42, свидетельствуют о том, что при добавлении азота с целью повышения отношения C/N до 15 выход метана восстанавливался до нормального. Добавление фосфора не оказывало влияния на ферментацию. По данным работы [], содержание питательных веществ в морских водорослях колеблется в зависимости от концентрации этих веществ в окружающих водах. В настоящее время ведутся исследования в области определения критического уровня содержания азота для оптимального протекания процесса перегнива-

к прудов

Посевиая культура. В процессе анаэробного перегнивания некоторые соединения, входящие в состав сырья, не разлагаются, что может быть связано с отсутствием микроорганизмов, способных разрушить эти соединения. Считают, что для большинства типов сырья, содержащего органические отходы и целлюлозную биомассу, может быть подобрана подходящая посевная культура из любой среды, в которой е происходит анаэробное разложение смеси органических с в анаэробном перегнивателе сточных вод, в анаэробных с или в фекалиях животных. Другими словами, из этих исто ние приемлемого периода времени (от двух до трех месяцев) может быть подобрана посевная культура, пригодная для исследуемого сырья.

В большинстве работ по анаэробной ферментации морских водорослей использовалась посевная культура А. Эту культуру получали из отходов, содержащих городские сточные воды и твердые городские отходы. В связи с тем что морские водоросли содержат свойственные только им вещества (альгин, фукоидин и ламинарии) и большое количество солей, исследовались другие посевные культуры, полученные в основном из анаэробной морской среды. Из табл. 9 видно, что по характеристикам посевная культура D, полученная из анаэробной морской среды, незначительно отличается от посевной культуры А; обе посевные культуры оценивались при 35°С.

Посевная культура (Е) была получена из разлагающейся морской культуры и анаэробных морских остатков при комнатной температуре (примерно 26°С), так как эта температура наиболее близко соответствует температуре морской среды. При этом выход метана (табл. 9) был примерно вдвое больше, чем при использовании посевных культур А и D, которые были получены и выращены при температуре 35°С. Температура. Согласно имеющимся данным, получение газа ферментацией биомассы осуществлялось при температуре от 4°С (озерные отложения) до 60°С (перегнивание навоза на молочных фермах). Перегниватели, как правило, эксплуатируются при температуре 35 или 55°С. Было установлено, что при более высоких температурах реакции проходят быстрее.  Это  позволяет сократить  время  гидравлического удержания и увеличить загрузку без снижения к. п. д. конверсии []. Тем не менее большинство перегнивателей эксплуатируется при температуре 35°С в связи с большими расходами на нагрев и высокой чувствительностью бактерий в термофильных перегнивателях. Анаэробная ферментация морских водорослей исследовалась при температурах 26, 35 и 55°С; скорости производства метана при температуре 35°С оказались в два раза выше, чем при 26°С

Было предпринято несколько попыток получить термофильную культуру, с помощью которой можно было бы г на и обеспечить стабильные характеристики при i ских водорослей в качестве сырья. Однако исследования, проведенные при температуре 55°С (№ 29 и SK-4), показали нестабильную производительность, низкий выход метана, высокую концентрацию летучих кислот. Эти результаты отличаются от данных, полученных при исследовании отходов и биомассы других типов []. По всей вероятности, морские водоросли обладают свойствами (возможно высокое содержание солей), которые препятствуют развитию здоровой термофильной культуры. Нестабильность может быть также обусловлена нарушением суточного равновесия, одной из причин которого может являться периодическая подача сырья в ферментеры. Ингибиторы. В сырье могут содержаться химические вещества, подавляющие активность ферментов. Влияние таких веществ можно исключить путем их удаления в результате предварительной обработки (подобной предварительной обработке морских водорослей) или уменьшить путем разбавления субстрата.

Наряду с влиянием ингибиторов производилась оценка потенциально возможного ингибирующего действия солей, содержащихся в морских водорослях (обычно 4,5%). При этом сравнивались характеристики перегнивателей, в которых перерабатывались морские водоросли, не разбавленные и разбавленные морской водой, и морские водоросли, разбавленные дистиллированной водой.

Согласно данным признаки ингибирования начали проявляться примерно после двух периодов удержания []. Это ингибирование было обусловлено, очевидно, накоплением солей до критической концентрации. Спустя месяц после полной адаптации культуры к условиям ингибирования эксперименты возобновлялись. Удельная электропроводность в двух экспериментах с непосредственной подачей морских водорослей и разбавленных морской водой составляла 45 000, 40 000 и 34 000 См/см по сравнению со значением 18 300 См/см для экспериментов с водорослями, разбавленными дистиллированной водой. Более низкий выход при испытании № 120 3,2 кг/м2 культуры в сутки обусловлен большей загрузкой (или связанным с этим временем гидравлического удержания), а не высокой концентрацией солей, так как концентрация была такая же, как и при испытании № 119 (в последнем испытании эксперимент проводился с применением неразбавленных сырых морских водорослей без снижения выхода метана).

Влияние ингибирования при испытании № 121 (с высоким содержанием солей) и отсутствие такового при испытании № 119 (с высоким содержанием солей, но без разбавления морской водой) может быть объяснено тем, что соли, содержащиеся в морской воде, отличаются от солей, содержащихся в морских водорослях.

Отходящие продукты во всех трех экспериментах характеризовались высокой концентрацией летучих кислот; наиболее высокая концентрация летучих кислот наблюдалась в экспериментах, в которых в качестве сырья использовались неразбавленные морские водоросли, хотя характеристика процессов была стабильной. Несмотря на то что высокое содержание кислот может быть причиной низких выходов метана, наблюдавшихся при испытаниях № 120 и 121, на выход испытания № 119 они не оказали влияния. Конверсия остаточных кислот в метан позволила бы увеличить выход метана при испытаниях № 119, 120 и 121 соответственно на 11, 31 и 29%.

Время  гидравлического удержания.   Продолжительное   пребывание   веществ в ферментере (время гидравлического удержания) должно приводить к максимальному снижению концентрации летучей части твердых та метана. Соединения, неразложившие-> времени удержания, могут рассматриваться к невосприимчивые к анаэробному разложению. По мере сокращения времени удержания некоторые субстраты и промежуточные продукты вымываются вследствие действия различных факторов: (1) для организмов, способствующих разложению, органической части сырья требуется более длительное время удержания; (2) время удержания твердых веществ недостаточно для разложения; (3) легко разлагающийся субстрат препятствует (путем катаболитной репрессии) превращению трудно разлагающегося субстрата. Рециркуляция осажденных перегнивших твердых веществ должна предотвращать влияние факторов 1 и 2, поскольку при этом возрастает время удержания неперегнивших твердых веществ и микроорганизмов.

Эксперименты, целью которых является исследование влияния времени гидравлического удержания и рециркуляции твердых частиц отходящего продукта на анаэробную ферментацию морских водорослей, пока еще не завершены.

Концентрация сырья. Увеличение концентрации сырья независимо от

времени гидравлического удержания должно привести к увеличению скорости ферментации и выхода метана. В случае некоторой предельно высокой концентрации при ее дальнейшем увеличении способность культуры к аккомодации может достичь предела и дополнительное сырье останется неиспользованным. В действительности высокая концентрация сырья может явиться причиной нарушения равновесия ферментации и работы перегнивателя. Рециркуляция твердых веществ часто приводит к увеличению верхнего предела концентрации, не влияя на процесс ферментации.

Размеры частиц. Протекание процесса ферментации в значительной степени зависит от размера частиц сырья. Частицы меньшего размера, как правило, разлагаются легче. Предварительные исследования показали, что уменьшение размера 2-4-мм частиц до пюреобразной консистенции не ведет к увеличению выходов [9]. Влияние более крупных частиц на процесс ферментации будет оценено, когда появится возможность проводить исследования в крупномасштабных перегнивателях. Перемешивание. Влияние перемешивания на анаэробное перегнивание пока изучено недостаточно. Есть все основания полагать, что перемешивание в какой-то мере должно способствовать контакту между микроорганизмами и субстратом. Вместе с тем оно может вызвать разрушение микроорганизмов или привести к образованию межвидовых ассоциаций [19] и таким образом снизить производительность перегнивателя. Кроме того, эффективность перемешивания может зависеть от размера и формы перегнивателя, метода перемешивания и других факторов.

Частота подачи сырья. Для повышения стабильности культуры сырье должно непрерывно подаваться в перегниватель. Однако установлено, что кинетика процесса с непрерывной подачей сырья практически не отличается от кинетики процесса в перегнивателях, в которые сырье подается ежесуточно обычным способом при том же времени гидравлического удержания []. При некотором нижнем пределе частоты подачи сырья возникает нестабильность микрокультуры вследствие значительных колебаний скорости роста микроорганизмов, принимающих участие в ферментации. Нестабильность микрокультуры сырья становится настоящей проблемой, особенно в малых перегнивателях с ручной подачей. В полноразмерных перегнивателях подача сырья осуществляется автоматически, и ее частоту легко можно увеличить. Катаболитная репрессия. Катаболизм-совокупность протекающих в живом организме ферментативных реакций расщепления сложных органических веществ, причем легко разлагающиеся соединения репрессируют разложению более сложных. Роль этого явления метаногенной ферментации изучена недостаточно. Возможно, что именно благодаря репрессивному действию простого субстрата (такого, как маннит, обнаруженный в морских водорослях) задерживается разложение сложных субстратов при малых временах удержания. По-видимому, его влияние может быть сведено к минимуму при проведении процесса с длительным временем удержания или путем использования двух последовательно установленных перегнивателей.

 Использование водорослей, морские растения в качестве питательных ...

 КУЛЬТИВИРОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БЕНТОСНЫХ ВОДОРОСЛЕЙ

 мангровые топи, коралловые рифы, районы бурой водоросли и морской ...

 Пища, красота, здоровье. Ваша группа крови

 Питание по группе крови