Способ разделения иловых осадков и получения биогаза

Способ разделения иловых осадков и получения биогаза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Первый аспект настоящего изобретения относится к анаэробному сбраживанию навоза животных (метод ликвидационной переработки отстойных масс), энергетической биомассы и тому подобных органических субстратов. Технология обеспечивает переработку питательных веществ, содержащихся в сброженной биомассе, в удобрение коммерческого качества. Желательно, чтобы в общей концепции оптимизации внутренних и внешних характеристик животноводческих хозяйств были объединены система разделения биогаза и иловых осадков по настоящему изобретению и работа животноводческих хозяйств.

В соответствии с одним из аспектов настоящего изобретения возможно удаление отходов животноводства в виде туш животных, отходов скотобойни, мясокостной кормовой муки и т.п. На установке отходы перерабатываются в удобрения для применения на сельскохозяйственных угодьях. В процессе переработки возможное содержание BSE (спонгиоформная (губчатая) энцефалопатия коров («бешенство коров»)) - прионов или других прионов в значительной степени снижается, или исключается совсем. Продукты животноводства в данном случае используются не как фураж, а как удобрение. Разложение возможных BSE-прионов в биомассе, перерабатываемой на установке, вместе с использованием переработанной биомассы в качестве удобрения вместо фуража в значительной степени уменьшает, или исключает совсем, риск инфекционного заражения животных или людей BSE-прионами или их модификациями.

Внутренние характеристики связаны с аспектами качества, имеющими отношение к управлению животноводческими фермами, и включают промышленную гигиену, условия содержания животных, контроль за выбросами газов и пыли и безопасность пищевых продуктов. Внешние характеристики связаны, главным образом, с производством энергии и контролем за выходом в окружающую среду питательных веществ и газов теплиц и продажей высококачественных пищевых продуктов, а также с альтернативным путем удаления туш животных и т.п.

Предпосылки создания изобретения

Отделение аммиака

Химия аммиака хорошо известна и отделение аммиака от различных жидкостей является хорошо известной промышленной технологией. Например, эта технология применяется в сахарной промышленности (Бунерт и др., 1995 г., Чакук и др. 1994 г., Бенито и Куберо, 1996 г.) и муниципалитетами при обработке отвалов мусорных свалок (Чеунг и др. 1997 г.). Аммиак может также отделяться от иловых осадков свиноферм на основе тех же принципов, что и в промышленности (Ляо и др., 1995 г.).

Основной принцип, который используется при крупномасштабном отделении аммиака, состоит в повышении уровня рН и аэрировании и нагреве сточных вод или иловых осадков. Для повышения уровня рН часто используется Са(ОН)₂ или СаО. Могут использоваться и другие основания типа NaOH или КОН. Однако при промышленных масштабах производства используется известь, например в цементной промышленности, которая обходится дешево и всегда доступна как массовый продукт.

С целью отделения аммиака путем поглощения с получением концентрата аммиака применяются абсорбционные колонны, в которых часто используется серная кислота. Серная кислота технического качества является массовым продуктом, используемым в промышленности, и доступна для использования в абсорбционных колоннах для отделения аммиака от иловых осадков и других сточных вод (например, Сакук и др., 1994 г.).

На основе опыта, полученного в сахарной промышленности, было найдено, что наиболее подходящими являются следующие параметры: температура 70°С; уровень рН в пределах 10-12; соотношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:800, при эффективности 96%.

Для случая отделения аммиака от иловых осадков при низких температурах были найдены следующие оптимальные параметры: температура 22°С; уровень рН около 10-12; отношение жидкой фракции к газообразной, равное 1:1200, при 90% эффективности и работе в течение 150 ч (Ляо и др., 1995 г.).

Ссылки

Бенито Г.Г. и Куберо М.Т.Г. (1996 г.) Удаление аммиака из потоков конденсата свекольно-сахарного производства системой отделения-реабсорбции. Сахарная промышленность, 121, 721-726.

Benito G.G. and Cubero M.T.G. (1996) Ammonia elimination from beet sugar factory condensate streams by a stripping-reabsorbing system. Zuckerindustrie 121, 721-726.

Бунерт У., Бучус Р., Брунс М., и Бухольц К. (1995 г.) Отделение аммиака. Сахарная промышленность, 120, 960-969.

Bunert U., Buczys R., Bruhns M., and Buchholz K. (1995) Ammonia stripping. Zuckerindustrie 120,960-969.

Чачук А., Зарзуки Р. и Ичиек Дж. (1994 г.) Математическая модель абсорбционных отгонных колонн для удаления аммиака из конденсатов. Сахарная промышленность, 119, 1008-1015.

Chacuk A., Zarzycki R., and Iciek J. (1994) A mathematical model of absorption stripping columns for removal of ammonia from condensates. Zuckerindustrie 119,1008-1015.

Чеунг К.С., Чу Л.М и Уонг М.Х. (1997 г.) Отделение аммиака как предварительная обработка для выщелачивания свалок. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 1994 г., 209-221.

Cheung К.С., Chu L.M., and Wong M. Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Ляо, П.Х., Чен А., и Ло К.В. (1995 г.) Удаление азота из сточных вод свинофермы путем отделения аммиака. Биотехнология и Прикладная Микробиология. 54, ИТ-20.

Liao, Р. Н., Chen A., and Lo К. V. (1995) Removal of nitrogen from swine manure wastewaters by ammonia stripping. Biotechnology & Applied Microbiology 54, IT-20.

Щелочной и термический гидролизы

Предварительная тепловая обработка биомассы перед анаэробным сбраживанием - технология, которая хорошо описана в литературе, например, авторами Ли и Ниоке (1992 г.). В последние годы предварительная тепловая обработка городских отходов также использовалась в промышленном масштабе фирмой Камби АС, Биллингстад, Норвегия (Cambi AS, Billingstad, Norway).

Уанг и др. (1997 г (а и b)) обнаружили, что предварительная тепловая обработка городских отходов при 60°С и пребывание в воде в течение 8 дней приводят к увеличенному выходу метана (52,1%). Подобный результат был получен авторами Танака и др. (1997 г.), однако сочетание этого способа с щелочным гидролизом дало самое большое увеличение выхода газа (200%). МкКарти и др. выполнили ряд исследований, в которых показали, что сочетание термического и щелочного гидролиза значительно увеличивает выход газа. Однако перед тем как химический гидролиз значительно увеличит выход газа, необходимо, чтобы уровень рН составлял приблизительно 10-12, но предпочтительно 11 или выше.

Результаты исследований, выполненные Уангом и др. (1997 г.) и приведенные в разделе 2.1 показали, что при стандартных параметрах отделения аммиака (рН приблизительно 10-12, предпочтительно 11 или больше и температура приблизительно 70°С или больше в течение недели) выход газа увеличивается.

Ссылки

Ли У.У. и Ноике Т. (1992 г.) Модернизация анаэробного сбраживания активных иловых осадков сточных вод путем предварительной тепловой обработки. Наука и технология воды 26, 3-4.

Li Y.Y., and Noike T. (1992) Upgrading of anaerobic digestion of waste activated sludge by thermal pre-treatment. Water Science and Technology 26, 3-4.

МкКарти П.Л, Юнг Л.И., Госсетт Дж.М., Стакей Д.С. и Хили младший Дж.Б. Термическая обработка с целью увеличения выхода метана из органических материалов. Стэнфордский Университет, Калифорния 94305, США.

McCarty P.L, Young L.Y., Gossett J.M., Stuckey D.С., and Healy JR.J.B. Heat treatment for increasing methane yield from organic materials. Stanford University, California 94305, USA.

Танака С., Кобаяши Т., Камияма К. и Билдан М.Л.Н.С. (1997 г.). Влияние тепло-химической предварительной обработки на анаэробное сбраживание удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Наука и технология воды. 35, 209-215.

Tanaka S., Kobayashi Т. Kamiyama К. and Bildan M.L.N.S. (1997) Effects of thermo chemical pre-treatment on the anaerobic digestion of waste activated sludge. Water Science and Technology 35,209-215.

Уанг К., Ногучи С., Хара У., Шарон К., Какимото К. и Като У. (1997 г. (а)) Исследования механизмов анаэробного сбраживания: Влияние температуры предварительной обработки на биологическое разложение удаляемых активных иловых осадков сточных вод. Технология окружающей среды. 18, 999-1008.

Wang Q., Noguchi С., Hara Y., Sharon С., Kakimoto К., and Kato Y. (1997a) Studies on anaerobic digestion mechanisms: Influence of pre-treatment temperature on biodegradation of waste activated sludge. Environmental Technology 18, 999-1008.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу M., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Като У. (1997 г. (b)). Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии. 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К:, Kuninobu M., Hara Y., Kakimoto К. Ogawa H.I. and Kato Y. (1997b) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11,105-108.

Санитарная обработка

Санитарная обработка иловых осадков перед транспортировкой и использованием в поле составляет важную стратегию, обеспечивающую сокращение риска распространения насекомых, вирусов, бактерий и паразитов (например, Бендихен, 1999 г.). Анаэробное сбраживание оказалось эффективным средством уменьшения числа насекомых в иловых осадках, но не привело к полному удалению этих организмов (Бендихен, 1999 г.; Пагилла и др., 2000 г.). Использование СаО для обеззараживания иловых осадков сточных вод также показало, что число яиц Ascaris и паразитов (Эриксен и др., 1996 г.) и вирусов значительно сократилось, но они не исчезли полностью (Тернер и Бертон, 1997 г.).

Ссылки

Бендихен Х.Дж. Гигиеническая безопасность - результаты научных исследований в Дании (требования обеззараживания на датских установках для получения биогаза). Семинар, март 1999 г.. Рабочая группа по биоэнергии.

Bendixen H.J. Hygienic safety - results of scientific investigations in Denmark (sanitation requirements in Danish biogas plants). Hohenheimer Seminar IEA Bio-energy Workshop March 1999.

Эриксен Л., Андерсен П., Илсое Б. (1996 г.) Инактивация яиц Аскарид за время хранения в иловых осадках сточных вод, обработанных известью. Водное Исследование. 30, 1026-1029.

Eriksen L, Andreasen P. Ilsoe B. (1996) Inactivation of Ascaris suum eggs during storage in lime treated sewage sludge. Water Research 30, 1026-1029.

Пагилла К.Р., Ким X., и Чеунбарн Т. (2000 г.) Аэробная термофильная и мезофильная обработка отходов свиноферм. Водное Исследование. 34, 2747-2753.

Pagilla К.R., Kirn H., and Cheunbarn T. (2000) Aerobic thermopile and anaerobic mesopile treatment of swine waste. Water Research 34, 2747-2753.

Тернер С. и Бертон К. X. (1997) Инактивация вирусов в иловых осадках свиноферм. Обзор. Технология биоресурсов. 61, 9-20.

Turner С. and Burton С.H. (1997) The inactivation of viruses in pig slurries: a review. Bioresource Technology 61,9-20.

Пена

Пенообразование, связанное с анаэробным сбраживанием, может вызвать серьезную проблему для работы бродильного аппарата. Существует множество веществ, используемых для устранения пены, включая различные полимеры, растительные масла (например, рапсовое масло) и различные соли (например, Вардар-Сукан, 1998 г.). Однако полимеры могут нанести вред окружающей среде и часто бывают дороги и неэффективны.

Ссылки

Вардар-Сукан Ф. (1998 г.) Пенообразование: последствия, предотвращение и разрушение. Успехи Биотехнологии. 16, 913-948.

Vardar-Sukan F. (1998) Foaming: consequences, prevention and destruction. Biotechnology Advances 16, 913-948.

Флокуляция

Ионы кальция известны как средство флокуляции веществ и частиц в результате формирования мостиков кальция между органическими и минеральными веществами в растворе или суспензии, что обеспечивает формирование частиц в "хлопья" (например, Санин и Весилинд, 1996 г.). По этой причине кальций используется для обезвоживания иловых осадков сточных вод (Хиггинз и Новак, 1997 г.).

Ссылки

Хиггинз М.Дж. и Новак Дж.Т. (1997 г.). Действие катионов на осаждение и обезвоживание активных иловых осадков: Лабораторные результаты. Исследование водной среды, 69, 215-224.

Higgins M.J. and Novak J.T. (1997). The effects of cations on the settling and dewatering of activated sludge's: Laboratory results. Water Environment Research 69, 215-224.

Санин Ф.Д. и Весилинд П.А. (1996 г.) Синтетические иловые осадки: физическая/химическая модель в понимании био-флокуляции. Исследование водной среды. 68, 927-933.

Sanin F.D., and Vesilind P.A. (1996) Synthetic sludge: A physical/chemical model in understanding bio flocculation. Water Environment Research 68, 927-933.

Разделение иловых осадков с помощью декантирующей центрифуги, отделение фосфора

В течение последних 100 лет декантирующие центрифуги применились во множестве индустриальных процессов.

К числу последних примеров использования декантирующих центрифуг можно отнести установку Ново-Нординск в городе Калунборге, в которой обрабатываются все отходы больших установок по ферментации инсулина. С помощью декантирующей центрифуги производится обезвоживание иловых осадков городских отходов (Альфа Лаваль A/S). Декантирующие центрифуги отделяют сухое (твердое) вещество от иловых осадков или отходов, в то время как водная фракция или сбросная вода направляется на обычную станцию очистки сточных вод.

Эксперименты с разделением навозной жижи рогатого скота, свиней и дегазированных иловых осадков показывают, что декантирующие центрифуги могут легко обрабатывать все виды навоза. Было обнаружено, что центрифуги удаляют из предварительно сброженной, прогретой жижи приблизительно 70% сухого вещества, 60-80% всего фосфора и только 14% всего азота (Меллер и др., 1999 г.; Меллер, 2000 г. (а)). Соответствующие значения для необработанной навозной жижи рогатого скота и свиней были несколько ниже. Следует отметить, что из отходов удалялось только 14% всего азота.

Полная расчетная стоимость обработки составила 5 датских крон на 1 м³ иловых осадков при объеме иловых осадков 20000 тонн или больше. В тех случаях, когда объем иловых осадков превышает 20000 тонн, использование декантирующих центрифуг для отделения сухого вещества и всего фосфора от иловых осадков является более эффективным (Меллер и др., 1999 г.).

При нормальных условиях обрабатывать иловые осадки в декантирующей центрифуге невыгодно, потому что это не связано ни с каким сокращением объема или другими выгодами для фермеров. При внесении обработанных иловых осадков в поле в результате повышенной скорости инфильтрации в почве может быть несколько уменьшена потеря аммиака (Меллер, 2000 г. (b)), но для фермеров применение декантирующей центрифуги не является побудительным стимулом.

Ссылки

Moller Н.В. (2000а) Opkoncentrering af ngeringsstoffer i husdyrgodning med dekantercentrifuge og skruepresse. Notat 12. September 2000, Forskningscenter Bygholm.

Mller H.B. (2000b) Gode resultater med at separere gylle. Maskinbladet 25. august, 2000.

Меллер Х.Б., Лунд И. и Соммер С.Г. (1999 г.) Отделение твердой фракции навозной жижи скота от жидкой: эффективность и стоимость.

Moller Н.В., Lund I., and Sommer S.G. (1999) Solid-liquid separation of livestock slurry: efficiency and cost

Alfa Laval A/S Gylleseparering. Separeringsresultater med decantercentrifuge.

Осаждение фосфора

Почти немедленно после введения кальция в виде фосфата кальция Са₃(РО₄)₂ фосфор осаждается из раствора (Чеунг и др., 1995 г.).

Чеунг К.С., Чу Л.М и Уонг М.Х. (1997 г.) Отделение аммиака как предварительная обработка для выщелачивания свалок. Загрязнение воды, воздуха и почвы. 1994 г., 209-221.

Cheung К.С., Chu L M., and Wong M.Н. (1997) Ammonia stripping as a pre-treatment for landfill leachate. Water Air and Soil Pollution 94, 209-221.

Предотвращение образования струверита

Еще одним важным аспектом является то, что осаждение фосфора вместе с отделением аммиака предотвращает образование струверита (MgNF₄PO₄). Струверит создает серьезную проблему в теплообменниках, при транспортировке по трубам и т.д. (Крюгер, 1993 г.). Механизм состоит в удалении фосфора через образование СаРО₄, а также в удалении аммиака посредством его отделения. При удалении фосфора и аммиака струверит не образуется.

Krüger (1993) Struvit dannelse i biogasfsellesanlaeg. Krüger WasteSystems AS.

Фильтрация сбросной воды

Системы доочистки иловых осадков и мембранной фильтрации сбросной воды в последние 10 лет были представлены в виде, например, мембранных установок (BioScan A/S, Ansager ApS) и установок на основе парового сжатия (Funki A/S, Bjornkj r Maskinfabrikker A/S). Эти системы приводят к валовым издержкам на 1 м³ иловых осадков, равным 50-100 датских крон. К тому же эти установки не могут обрабатывать другие типы навоза, кроме жидкой фракции навоза свиноферм.

Сокращение объема, полученное при использовании этих установок, часто составляет не больше 50-60%, а это значит, что внесение остатков в поле в любом случае зависит от обычных устройств. Следовательно, эти установки не конкурентоспособны из-за уровня издержек и/или ограниченного сокращения объема.

Однако важно обсудить и понять уровень издержек при использовании этих установок. Важно также рассмотреть использование энергии в виде электричества, которое обеспечивает механическое паровое сжатие, которое составляет приблизительно 50 кВт·ч на 1 тонну обработанных иловых осадков. Это означает, что применение мембран может оказаться конкурентоспособным по сравнению с технологией испарения, если предположить, что водная фракция, которая будет отфильтрована, состоит из солей и минимальных количеств сухого вещества, которые не вызывают проблем минерализации.

Ссылки

Аргаман У. (1984 г.) Удаление азота из иловых осадков в окислительном канале. Водное исследование. 18, 1493-1500.

Argaman Y. (1984) Single sludge nitrogen removal in an oxidation ditch. Water Research 18, 1493-1500.

Блоуин М., Бисаиллон Дж.Г., Беудет Р. и Ишагу М. (1988 г.) Аэробное биологическое разложение органического вещества отходов свиноферм. Биологические Отходы. 25, 127-139.

Blouin M., Bisaillon J.G., Beudet R., and Ishague M. (1988) Aerobic biodegradation of organic matter of swine waste. Biological Wastes 25,127-139.

Боухабила Е.Х., Эйм Р.Б. и Буиссон X. (1998 г.) Микрофильтрация активных иловых осадков с использованием погружной мембраны с барботированием воздуха (использование для обработки сточных вод). Опреснение. 118, 315-322.

Bouhabila E.H., Aim R.В., and Buisson H. (1998) Micro filtration of activated sludge using submerged membrane with air bubbling (application to wastewater treatment). Desalination 118, 315-322.

Бертон С.Х., Снит Р.У., Мисселбрук Т.Х. и Пэйн Б.Ф. (1998 г.) Журнал исследований по агротехнике. 71, 203.

Burton С.H., Sneath R.W., Misselbrook T.H., and Pain B.F. (1998) Journal of Agricultural Engineering Research 71, 203.

Камарро Л, Диаз Дж.М. и Ромеро Ф. (1996 г.) Доочистка анаэробно сброженных иловых осадков свинофермы. Биомасса и Биоэнергия. 11, 483-489.

Camarro L, Diaz J. M. and Romero F. (1996) Final treatments for anaerobically digested piggery effluents. Biomass and Bioenergy 11, 483-489.

Дойле У. и Де Ла Нойе Дж. (1987 г.) Аэробная очистка свиного навоза: Физико-химические аспекты. Биологические Отходы. 22, 187-208.

Doyle Y. and de la Noüe J. (1987) Aerobic treatment of swine manure: Physico-chemical aspects. Biological Wastes 22, 187-208.

Энгелхард Н., Фирк У. и Уарнкен У. (1998 г.) Включение мембранной фильтрации в процесс очистки активных иловых осадков при обработке городских сточных вод. Наука и технология воды. 38, 429-436.

Engelhardt N.. Firk W., and Warnken W (1998) Integration of membrane filtration into the activated sludge process in municipal wastewater treatment. Water Science and Technology 38, 429-436.

Гаррауэй Дж.Л. (1982 г.) Исследования по аэробной очистке иловых осадков свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 4, 131-142.

Garraway J.L. (1982) Investigations on the aerobic treatment of pig slurry. Agricultural Wastes 4, 131-142.

Гинниван М.Дж. (1983 г.) Влияние аэрирования на запах и твердую фракцию отходов свиноферм. Сельскохозяйственные Отходы. 7, 197-207.

Ginnivan M.J. (1983) The effect of aeration on odour and solids of pig slurries. Agricultural Wastes 7.197-207.

Гененг И.Е. и Харремес П. (1985 г.) Нитрификация при вращении дисковых систем-1. Критерий перехода от кислорода до ограничения нормы аммиака. Исследование воды. 19, 1119-1127.

Gönenc I.E. and Harremoes P. (1985) Nitrification in rotating disc systems-1. Criteria for transition from oxygen to ammonia rate limitation. Water Research 19,1119-1127.

Скотт Дж.А.; Нейлсон Д.Дж., Лиу У. и Бун П.Н. (1998 г.) Система биореактора с двойной функцией мембраны для увеличенной аэробной обработки высокопрочных промышленных отходов. Наука и технология воды. 38, 413-420.

Scott J.A.; Neilson D.J. Liu W., and Boon P.N. (1998) A dual function membrane bioreactor system for enhanced aerobic remediation of high-strength industrial waste. Water Science and Technology 38, 413-420.

Силва С.М., Риве Д.У., Хузиан X., Раби Х.Р. и Вудхауз К.А. (2000 г.) Журнал науки о мембранах. 173, 87-98.

Silva С.М., Reeve D.W., Husain H., Rabie H.R., and Woodhouse K.A. (2000) Journal of Membrane Science 173. 87-98.

Висванатан С., Янг Б-С., Муттамара С. и Майтанукро Р. (1997 г.) Применение обратной продувки воздуха в мембранном биореакторе. Наука и технология воды. 36, 259-266.

Visvanathan С., Yang B-S., Muttamara S., and Maythanukhraw R. (1997) Application of air back flushing in membrane bioreactor. Water Science and Technology 36, 259-266.

Заиоум Р., Корон-Рамстрим А-Ф., Гер Р. (1996 г.) Заключительное осветление объединенной фильтрацией в баке аэрирования активных иловых осадков. Технология окружающей среды. 17, 1007-1014.

Zaioum R., Coron-Ramstrim A-F. Gehr R. (1996) Final clarification by integrated filtration within the activated sludge aeration tank. Environmental Technology 17, 1007-1014.

Тепловая обработка в извести

Термический и химический гидролиз при температурах меньше 100°С и давлениях около 1 атм повышает вероятность получения биогаза из органического вещества. Однако при такой обработке сложные углеводы типа целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина гидролизуются не полностью. При такой обработке волокна соломы, кукурузы и других зерновых культур не пригодны для получения метана (Биерре и др. 1996 г.; Шмидт и Томсен, 1998 г.; Томсен и Шмидт 1999 г.; Сирохи и Раи 1998 г.). Тепловая обработка в извести при умеренных температурах около 100°С хорошо подходит для подготовки этих субстратов к микробному разложению (Курелли и др. 1997 г.; Чанг и др. 1997 г.; Чанг и др. 1998 г.).

Такая обработка волокон целлюлозы сахарного тростника размером 0,5 мм (4% СаО, при 200°С и 16 бар) обеспечивает разложение целлюлозы на такие органические кислоты небольшой массы, как муравьиная кислота, уксусная кислота, молочная кислота и т.д. При обработке целлюлозы 70% соответствующего количества углеводородов типа чистой глюкозы (Аззам и Назер, 1993 г.) переходит в метан. Кроме того, зеленые зерновые культуры можно обрабатывать известью в автоклаве, но при более низких температурах. Показано, что оптимальный результат достигается, когда водные гиацинты обрабатывались при рН 11 и температуре 121°С (Патель и др. 1993 г.).

Образование полициклических ароматических углеводородов и веществ, являющихся ингибиторами бактерий метана, может проходить при повышенных температурах (Варегий и др. 1993 г.; Патель и др., 1993 г.). Однако это явление не было замечено при относительно умеренных температурах, используемых при тепловой обработке в извести, по сравнению с обработкой при температурах пиролиза (Аззам и др., 1993 г.). Температуры пиролиза настолько высоки, что биомасса распадается непосредственно на такие газы как водород, метан и моноксид углерода, но к сожалению при этом образуются также полициклические ароматические углеводороды и другие загрязняющие вещества.

Ссылки

Аззам А.М. и Наср М.И. (1993 г.) Термофизико-химическая предварительная обработка отходов пищевой промышленности для усиления анаэробного сбраживания и ферментации биогаза. Журнал науки и техники по окружающей среде. 28, 1629-1649.

Azzam A.M. and Nasr M.I. (1993) Physicothermochemical pre-treatments of food processing waste for enhancing anaerobic digestion and biogas fermentation. Journal of Environmental Science and Engineering 28, 1629-1649.

Биерре А.Б., Ойсен А.Б., Фернкуист Т., Плогер А., Шмидт А.С. (1996 г.). Предварительная обработка соломы пшеницы с применением оксидирования во влажной атмосфере и щелочного гидролиза с получением преобразуемой целлюлозы и гемицеллюлозы. Биотехнология и Биоинженерия. 49, 568-577.

Bjerre А.В., Oiesen А.В., Fernquist T., Ploger A., Schmidt A.S. (1996) Pre-treatment of wheat straw using combined wet oxidation and alkaline hydrolysis resulting in convertible cellulose and hemicelluloses. Biotechnology and Bioengineering 49, 568-577.

Чанг B.C., Нагвани M., Хольцаппле М.Т. (1998 г.) Оригинальные статьи - предварительная обработка выжимок пожнивных остатков и соломы пшеницы известью. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 74, 135-160.

Chang V, S., Nagwani M., Holtzapple M.T. (1998) Original articles - Lime pre-treatment of crop residues bagasse and wheat straw. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A-Enzyme Engineering and Biotechnology 74, 135-160.

Чанг B.C., Барри Б., Хольцаппле М.Т. (1997 г.) Предварительная обработка известью проса прутьевидного. Прикладная Биохимия и Биотехнология. Часть А - Ферментная инженерия и биотехнология. 63-65, 3-20.

Chang V.S., Barry В., Holtzapple M. T. (1997) Lime pre-treatment of switchgrass. Applied Biochemistry and Biotechnology Part A - Enzyme Engineering and Biotechnology 63-65, 3-20.

Курелли Н., Фадда М.Б., Ресчигно А., Ринальди А.С., Содду Г., Солаи Е., Ваккаргиу С.; Санджюст Е., Ридальди А. (1997 г.) Предварительная очистка соломы пшеницы в слабощелочной/окислительной среде. Биохимия Процесса. 32, 665-670.

Curelli N., Fadda M. В., Rescigno A., Rinaldi A. C., Soddu G., Sollai E., Vaccargiu S.; Sanjust E., Rinaldi A. (1997) Mild alkaline/oxidative pre-treatment of wheat straw. Process Biochemistry 32, 665-670.

Патель В., Десаи M. и Мадамуор Д. (1993 г.) Предварительная термохимическая обработка водяного гиацинта для улучшенной биометанации. Прикладная Биохимия и Биотехнология. 42, 67-74.

Patel V., Desai M., and Madamwar D. (1993) Thermo chemical pre-treatment of water hyacinth for improved biomethanation. Applied Biochemistry and Biotechnology 42, 67-74.

Шмидт А.С. и Томсен А.Б. (1998 г.) Оптимизация предварительной обработки соломы пшеницы с помощью влажного окисления. Технология биоресурса. 64,139-152.

Schmidt A.S. and Thomson A.B. (1998) Optimisation of wet oxidation pre-treatment of wheat straw. Bioresource Technology 64, 139-152.

Сирохи С.К. и Раи С.Н. (1998 г.) Оптимизация условий обработки соломы пшеницы известью: Влияние концентрации, влажности и времени обработки на химический состав и ин-витро сбраживание. Наука и технология корма, 74, 57-62.

Sirohi S.К. and Rai S. N. (1998) Optimisation of treatment conditions of wheat straw with lime: Effect of concentration, moisture content and treatment time on chemical composition and in vitro digestibility. Animal Feed Science and Technology 74, 57-62.

Томсен А.Б. и Шмидт А.С. (1999 г.) Дальнейшее развитие химических и биологических процессов для производства биоэтилового спирта: оптимизация предварительной обработки и характеризация продукции. Национальная Лаборатория Ризо, Роскилде, Дания.

Thomsen А.В. and Schmidt A.S. (1999) Further development of chemical and biological processes for production of bio ethanol: optimisation of pre-treatment processes and characterisation of products. Rise National Laboratory, Roskilde, Denmark.

Варегий Г., Жадо П., Мок У.С.Л и Антал М.Дж. (1993 г.) Кинетика термического разложения целлюлозы в герметизированных сосудах при повышенных давлениях. Журнал Сборника аналитического и прикладного пиролиза. 26, 159-174.

Varhegyi G., Szabo P., Mok W.S.L., and Antal M.J. (1993) Kinetics of the thermal decomposition of cellulose in sealed vessels at elevated pressures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 26, 159-174.

Силос из энергетической биомассы

Обычно энергетическая биомасса используется главным образом в виде твердого топлива для сжигания (ива как деревянные дрова, солома или целые семена) или как топливо для двигателей (рапсовое масло). В экспериментах свекла и солома используются для производства этилового спирта (Парсби; Симе, 2001 г.; Густавссон и др., 1995 г.; Уиман и Гудман, 1993 г.; Куч, 1998 г.). Широко распространено использование энергетической биомассы и в других частях мира, где проводятся обширные исследования. В документах широко представлено использование наземных, а также морских и пресноводных установок (Гунаселан, 1997 г.; Джюелл и др., 1993 г.; Джарвис и др., 1997 г.). В некоторых исследованиях показано, что анаэробная ферментация энергетической биомассы является конкурентоспособной по отношению к другому использованию биомассы (Чиновет Д.П., Оуэне Дж.М. и Легранд Р., 2001 г.).

Использование энергетической биомассы имеет хорошие стимулы. Использование соломы организовано таким образом, что это будет заметно в течение многих последующих лет. Использование деревянных дров кажется экономически и практически обоснованным. С другой стороны, сжигание зерна вызывает этические возражения. Производство зерновых также неизбежно связано с использованием удобрений и пестицидов и потерями азота на полях. Азот также теряется при сжигании биомассы.

Ссылки

Бек Дж. Совместная ферментация жидкого навоза и свеклы в качестве регенеративной энергии. Университет Хохенгейм, Факультет агротехники и животноводства.

Beck J. Co-fermentation of liquid manure and beets as a regenerative energy. University of Hohenheim, Dep. Agricultural Engineering and Animal Production. Personal communication.

Чиновет Д.П., Оуенс Дж.М. и Легранд Р. (2001 г.) Возобновляемый метан из анаэробного сбраживания биомассы. Возобновимая Энергия, 22,1-8.

Chynoweth D. P., Owens J. M., and Legrand R. (2001) Renewable methane from anaerobic digestion ofbiomass. Renewable Energy 22, 1-8.

Гунаселан В.Н. (1997 г.) Анаэробное сбраживание биомассы для производства метана: обзор. Биомасса и Биоэнергия, 13, 83-114.

Gunaseelan V. N. (1997) Anaerobic digestion ofbiomass for methane production: A review. Biomass and Bioenergy 13, 83-114.

Густавссон Л., Борьессон П., Бенгт Дж., Свеннингсон П. (1995 г.) Сокращение выделения CO₂ путем замены ископаемого топлива на биомассу. Энергия, 20, 1097-1113.

Gustavsson L, Borjesson P., Bengt J., Svenningsson P. (1995) Reducing CO₂ emissions by substituting biomass for fossil fuels. Energy 20, 1097-1113.

Джюелл В.Дж., Куммингс Р.Дж. и Ричардс Б.К. (1993 г.) Ферментация метана энергетической биомассы: максимальная кинетика преобразования и очистка биогаза на месте. Биомасса и Биоэнергия, 5, 261-278.

Jewell W.J., Cummings R.J., and Richards В.К. (1993) Methane fermentation of energy crops: maximum conversion kinetics and in situ biogas purification. Biomass and Bioenergy 5, 261-278.

Ярвис А., Нордберг А., Ярлсвик Т., Матьесен Б. и Свенссон Б.Х. (1997 г.) Улучшение технологии производства биогаза из силоса клевера при добавлении кобальта. Биомасса и Биоэнергия, 12, 453-460.

Jarvis A., Nordberg A., Jarlsvik Т., Mathiesen В., and Svensson В.Н. (1997) Improvement of a grass-clover silage-fed biogas process by the addition of cobalt. Biomass and Bioenergy 12, 453-460.

Куч П.Дж., Кроссуайт У.М. (1998 г.) Схема сельскохозяйственного регулирования и производство биомассы. Биомасса и Биоэнергия, 14, 333-339.

Kuch Р.J., Crosswhite W.M. (1998) The agricultural regulatory framework and biomass production. Biomass and Bioenergy 14, 333-339.

Parsby M. Halm og energiafgr⊘der - analyser af okonomi, energi og miljo. Rapport Nr. 87, Statens Jordbrugs og Fiskeriokonomiske Institut.

Симс Р.Х.Е. (2001 г.) Биоэнергия - возобновляемый приемник углерода. Возобновляемая Энергия, 22, 31-37.

Sims R.H.E. (2001) Bioenergy - a renewable carbon sink. Renewable Energy 22, 31-37.

Виман С.Е. и Годман Б.Дж. (1993 г.) Биотехнология для производства топлива, химикатов и материалов из биомассы. Прикладная Биохимия и Биотехнология, 39, 41-59.

Wyman С.Е. and Goodman В.J. (1993) Biotechnology for production of fuels chemicals and materials from biomass. Applied Biochemistry and Biotechnology 39, 41-59.

Банкс С.Дж. и Хамфрейс П.Н. (1998 г.) Анаэробная очистка лигноцеллюлозного субстрата с буферным действием с малым естественным уровнем рН. Наука и технология воды. 38, 29-35;

Banks С.J. and Humphreys P.N. (1998) The anaerobic treatment of a ligno-cellulosic substrate offering little natural pH buffering capacity. Water Science and Technology 38, 29-35;

Коллеран Е., Уилкие А., Барри М., Фаерти Г., O'Келли Н. и Рейнольдс П.Дж. (1983 г.) Одно- и двухступенчатое анаэробное сбраживание на фильтрах отходов сельскохозяйственного производств. Третий международный симпозиум по анаэробному сбраживанию, стр.285-312, Бостон, США (1983 г.).

Colleran Е., Wilkie A., Barry М., Faherty G, O'kelly N. and Reynolds P.J. (1983) One and two stage anaerobic filter digestion of agricultural wastes. Third Int. Symp. on Anaerobic Digestion, pp.285-312, Boston MA (1983).

Дугба П.Н. и Жанг Р. (1999 г.) Обработка иловых осадков молочного производства с двухступенчатыми анаэробными системами реактора группового секвенирования - работа в термофильном или мезофильном режиме. Технология биоресурсов, 68, 225-233.

Dugba P.N., and Zhang R. (1999) Treatment of dairy wastewater with two-stage anaerobic sequencing batch reactor systems - thermopile versus mesopile operations. Bioresource Technology 68, 225-233.

Гош С., Омбергт Дж.П. и Пипин П. (1985 г.) Производство метана из промышленных отходов с помощью двухфазного сбраживания. Исследование воды, 19, 1083-1088.

Ghosh S., Ombregt J.P., and Pipyn P. (1985) Methane production from industrial wastes by two-phase digestion. Water Research 19, 1083-1088.

Хан У., Санг С. и Дагу P.P. (1997 г.) Температурно-этапное анаэробное сбраживание иловых осадков. Наука и технология воды, 36, 367-374.

Han Y., Sung S., and Dague R.R. (1997) Temperature-phased anaerobic digestion of wastewater sludge's. Water Science and Technology 36, 367-374.

Крылова Н.И., Хабибуллин Р.Е., Наумова Р.П., Нагель М.А. (1997 г.) Влияние аммиака и методы удаления помета домашней птицы во время анаэробной обработки. Журнал Химической Технологии и Биотехнологии, 70, 99-105.

Krylova N.I., Khabiboulline R.E., Naumova R.P. Nagel M.A. (1997) The influence of ammonium and methods for removal during the anaerobic treatment of poultry manure. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 70, 99-105.

Хансен К.Х., Ангелидаки И., Аринг Б.К. (1998 г.) Анаэробное сбраживание свиного навоза: ингибирование аммиаком. Исследование воды, 32, 5-12.

Hansen К.Н., Angelidaki I., Ahring В.К. (1998) Anaerobic digestion of swine manure: inhibition by ammonia. Water Research 32, 5-12.

Кайаниан М. (1994 г.) Характеристики процесса анаэробного сбраживания твердых частиц при различных концентрациях аммиака. Журнал химической технологии и биотехнологии, 59, 349-352.

Kayhanian M. (1994) Performance of high-solids anaerobic digestion process under various ammonia concentrations. Journal of Chemical Technology and Biotechnology 59, 349-352.

Уанг К., Ногучи С.К., Кунинобу М., Хара У., Какимото К., Огава Х.И., и Kato Y. (1997) Влияние времени пребывания в воде на анаэробное сбраживание предварительно обработанных иловых осадков. Методы Биотехнологии, 11, 105-108.

Wang Q., Noguchi С.К., Kuninobu М., Hara Y., Kakimoto К., Ogawa H.I., and Kato Y. (1997) Influence of hydraulic retention time on anaerobic digestion of pre-treated sludge. Biotechnology Techniques 11, 105-108.

Системы утилизации туш животных и т.д.

Существующая система утилизации туш животных предусматривает регистрацию установок, которые имеют лицензию на обработку туш животных. Сначала из туш животных получали мясокостную кормовую муку, которая традиционно использовалась в качестве корма для животных.

Настоящий кризис коровьего бешенства прекратил эту практику в соответствии с решением Комиссии Европейского Сообщества, в котором говорилось о том, что мясокостную кормовую муку нельзя использовать в качестве корма для животных.

Скотоводство и связанный с ним бизнес в Европе столкнулись с выбором: найти альтернативный путь использования мясокостной кормовой муки или альтернативный способ удаления этой муки. Однако это - трудная задача из-за ограничений, накладываемых риском распространения прионов-BSE или других прионов, которые возможно присутствуют в муке или в частях туш животных.

Использование мясокостной кормовой муки или туш животного на обычных установках для получения биогаза конечно не желательно и возможно только отчасти. Обработка туш животных на установках, получивших лицензию на обработку таких животных, обычно выполняется при температурах около 130°С, давлении приблизительно 2-3 бара и с выдержкой 20 мин. Такие условия не используются на обычных установках для получения биогаза.

Ниже приводятся патенты и заявки на патенты, в которых описан предшествующей уровень техники.

В DE 3737747 описывается установка и способ для отделения азота. К навозу добавляют СаО, с помощью которого отделяется аммиак, при этом упомянутый аммиак поглощается водным раствором, содержащим соляную кислоту. В данном примере не описано множество аспектов данного изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4201166 описывается способ параллельной обработки различных органических отходов, при этом отходы разделяются на три фракции, содержащие различные количества твердых компонентов. Перед ферментацией и получением биогаза твердые фракции гомогенизируются. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 4444032 описывается установка и способ, в соответствии с которыми иловые осадки перемешиваются в первом реакторе, аэрируются и с целью отделения аммиака к ним добавляется известь до получения уровня рН 9,5. Во втором реакторе с целью нейтрализации иловых осадков и осаждения твердой фракции добавляется соль, содержащая железо и полимер. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, улучшаются условия содержания животных, используется энергетическая биомасса, в растворе серы поглощается аммиак, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В DE 196615063 описывается процесс, в соответствии с которым аммиак отделяется от сброженного навоза. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В ЕР 0286115 описывается способ получения биогаза, в соответствии с которым в навоз вводятся жирные кислоты или составы, содержащие жирные кислоты. В данном примере не описано множество аспектов изобретения. Наряду с другими аспектами применяется предварительная обработка типа щелочного гидролиза, используется энергетическая биомасса, осаждается фосфор, предотвращается образование струверита и т.д. и биогаз используется в газовом двигателе на месте или в трубопроводах природного газа.

В EP 0351922 описывается установка и способ, в соответствии с которыми от жидкого навоза отделяется аммиак, диоксид углерода и фосфат углерода. От фермы навоз цистернами транспортируется на установку, где иловые осадки обрабатывают горячим воздухом, и при этом отделяется часть аммиака и диоксида углерода. Оставшуюся часть иловых осадков нагревают и добавляют известь до получения уровня рН 10-11, при этом отделяется аммиак и образуется фосфат кальция. Отделяемый аммиак поглощается кислым раствором с формированием соли аммония, которая сушится и используется как удобрение. Для отделения твердой фракции от иловых осадков используется декантирующая центрифуга. В данном примере не описано множество аспектов изобр