
- •15. Аэробное и анаэробное сбраживание биомассы
- •Аэробная очистка
- •Анаэробное сбраживания биомассы
- •Основы технологий метанового сбраживания
- •Конечные продукты анаэробного сбраживания
- •30. Способы аккумулирования различных видов энергии
- •Подъем воды на высоту
- •Нагнетание воздуха под землю
- •Электричество в коробке
- •Преобразование электроэнергии в энергию вращения
- •Интеграция с интеллектуальной сетью
- •Заключение
15. Аэробное и анаэробное сбраживание биомассы
Аэробная очистка
Преимуществом последующей аэробной очистки стоков является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками аэробной очистки, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию очищаемой среды воздухом и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила.
Аэробный процесс (на примере гексозы (глюкоза, фруктоза и т.п.))
С6Н12О6 + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + микробная биомасса + тепло
Аэробное брожение требует гораздо меньшего времени, чем анаэробное. При таком типе сбраживании не образуется метан, зато происходит выделение большого количества тепловой энергии.
Анаэробное сбраживания биомассы
Анаэробный процесс С6Н12О6 = 3СН4 + 3СО2 + микробная биомасса + тепло
Биогазовые установки выполняют также роль очистных сооружений, снижающих химическое и бактериальное загрязнение почвы, воды, воздуха и перерабатывающих отходы в нейтральные минерализованные продукты.
В Европе сосредоточено 44 % мирового количества установок анаэробного сбраживания, и только 14 % в Северной Америке.
В качестве сырья можно использовать практически все органические отходы с/х производств, имеющие жидкую или полужидкую консистенцию или доведенные до такого состояния. К ним относятся экскременты животных, растительные остатки (солома, ботва, трава и т.п.), осадки сточных вод животноводческих и птицеводческих предприятий, сточные воды сахарных и спиртовых заводов и т.п.
В табл. приведена оценка потенциала производства энергии из биогаза в 2020 г. в странах ЕС. Основная доля потенциала биомассы, пригодной для получения биогаза, приходится на навоз (до 80 %).
Страна |
Биомасса, млн т |
Энергия из биогаза, млн т. у.т./год |
Франция |
251.9 |
5.25 |
Германия |
234.6 |
4.89 |
Великобритания |
155.4 |
3.2 |
Всего по ЕС |
1234.3 |
25.66 |
Основы технологий метанового сбраживания
Метановое сбраживание - процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа, в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях под действием микрофлоры. Не имея доступа к кислороду, микроорганизмы вынуждены использовать для этой цели углерод органических веществ, в результате чего в конечном итоге образуется метан. На практике в биогаз во время метанового брожения превращается 30-35 % органического вещества сырья.
Основное влияние на биологический процесс метаногенеза оказывают следующие параметры:
Только без доступа кислорода может осуществляться процесс метаногенеза.
Рост микроорганизмов возможен при температуре 18°С. Биологический процесс наилучшим образом протекает в температурном интервале 30-37°С (мезофильный процесс). Хорошие результаты можно получить при термофильном процессе (55-60°С). Навоз обычно сбраживают в непрерывно перемешиваемых метантенках в мезофильных условиях. Снижение температуры процесса ведет к увеличению необходимого времени пребывания сырья в реакторе, увеличение – к снижению содержания метана в биогазе.
Кислотность среды обитания микроорганизмов. Оптимальное значение pH должно находиться в пределах 6.5-8.5, в противном случае метаногенез не протекает.
Отношение углерода и азота в сбраживаемом сырье. Оптимальное отношение C/N колеблется в пределах 16-19.
Необходимо наличие микроэлементов (железо, молибден, никель, кобальт, селен).
Процесс может быть заторможен при наличии в сбраживаемом сырье антибиотиков, которые могут попадать в навоз во время лечения животных.