Факторы, влияющие на процесс брожения

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Рост концентрации углекислого газа в атмосфере и повышение глобальной температуры ведет к увеличению выделения метана на килограмм выращиваемого риса. Метан занимает 3 место среди парниковых газов по степени воздействия на тепловой баланс Земли.

Исследование было проведено международной группой ученых из Тринити-колледжа (Ирландия), Университета Северной Аризоны и Университета Калифорнии в Дэвисе (США). В его ходе были собраны данные о63 различных экспериментах на рисовых полях.Общая цель экспериментов заключалась в измерении влияния роста температуры и повышения содержания излишнего углекислого газа в атмосфере на урожайность риса.

Ученые воспользовались методом мета-анализа, который позволяет вычленить общие паттерны в огромном массиве экспериментальных данных. В результате были определены две основные тенденции: во-первых, чем больше диоксида углерода, тем выше выделение метана с полей. Во-вторых, рост температуры ведет к снижению урожайности.

На рисовых полях метан выделяется микроскопическими организмами, которые дышат углекислым газом, как люди дышат кислородом. Чем больше СО₂ в атмосфере, тем быстрее растут рисовые растения, от чего микроорганизмы в почве получают дополнительную энергию, ускоряющую в них обмен веществ.Вследствие потепления количество вызревших зерен на таком же растении уменьшается. В целом из-за совокупности этих двух факторов до конца века количество метана, выделяемого при производстве килограмма риса, увеличится вдвое.

Рис чрезвычайно популярен в Юго-Восточной Азии – регионе, который является одним из лидеров по темпам прироста населения. По словам исследователей, полученные результаты позволяют прийти к выводу, что без применения дополнительных мер выброс метана рисовыми полями гарантированно заметно увеличится. Ученые предлагают несколько осушать поля в процессе выращивания и использовать альтернативные удобрения, а также высаживать более терпимые к повышению температуры сорта. Это даст возможность регулировать сроки посадки, избежать снижения урожая и уменьшить влияние роста содержания диоксида углерода на выделение метана.

4.Биогаз

4.1.История биогаза

Человечество научилось использовать биогаз давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах — это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остаётся в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет воспламеняющиеся газы. Алессандро Вольта в 1776 году пришёл к выводу о существовании зависимости между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году сэр Хэмфри Дэви обнаружил метан в биогазе.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Бомбее, Индия в 1859 году. В 1895 году биогаз применялся в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

В СССР исследования проводились в 40-х годах прошлого века. В 1948—1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения построил 10 комплектов оборудования.

4.2.Состав и качество биогаза

50—87 % метана, 13—50 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки биогаза от СО2 получается биометан. Биометан — полный аналог природного газа, отличие только в происхождении.

4.3.Сырьё для получения

Перечень органических отходов, пригодных для производства биогаза: навоз, птичий помёт, зерновая и мелассная послеспиртовая барда, пивная дробина, свекольный жом, фекальные осадки, отходы рыбного и забойного цеха (кровь, жир, кишки, каныга), трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов — соленая и сладкая молочная сыворотка, отходы производства биодизеля — технический глицерин от производства биодизеля из рапса, отходы от производства соков — жом фруктовый, ягодный, овощной, виноградная выжимка, водоросли, отходы производства крахмала и патоки — мезга и сироп, отходы переработки картофеля, производства чипсов — очистки, шкурки, гнилые клубни, кофейная пульпа.Кроме отходов биогаз можно производить из специально выращенных энергетических культур, например, из силосной кукурузы или сильфия, а также водорослей. Выход газа может достигать до 300 м³ из 1 тонны.Твердый материал необходимо раздробить, так как наличие крупных комков препятствует образованию метана. Обычно длительность переработки навоза крупного рогатого скота составляет две—четыре недели

Выход биогаза зависит от содержания сухого вещества и вида используемого сырья. Из тонны навоза крупного рогатого скота получается 50—65 м³ биогаза с содержанием метана 60 %, 150—500 м³ биогаза из различных видов растений с содержанием метана до 70 %.Максимальное количество биогаза — это 1300 м³ с содержанием метана до 87 % — можно получить из жира.

В биогазовых расчётах используется понятие сухого вещества (СВ или английское TS) или сухого остатка (СО). Вода, содержащаяся в биомассе, не даёт газа.На практике из 1 кг сухого вещества получают от 300 до 500 литров биогаза.

Свалочный газ — одна из разновидностей биогаза. Получается на свалках из муниципальных бытовых отходов.

4.4.Экология

Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу. Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем СО2, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления.

Переработанный навоз и другие отходы применяются в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

4.5.Производство

Существуют промышленные и кустарные установки. Промышленные установки отличаются от кустарных наличием механизации, систем подогрева, гомогенизации, автоматики. Наиболее распространённый промышленный метод — анаэробное сбраживание в метантенках.

Мощность биогазовых станций варьируется в пределах от 100 кВт (малое производство) до нескольких десятков МВт.

Хорошая биогазовая установка должна иметь необходимые части:

Емкость гомогенизации

Загрузчик твердого (жидкого)сырья

Реактор

Мешалки

Газгольдер

Система смешивания воды и отопления

Газовая система

Насосная станция

Сепаратор

Приборы контроля

КИПиА с визуализацией

Система безопасности

Рисунок 3.Биогазовая установка

Рисунок 4.Биогазовая установка.

4.6.Принцип работы установки

Биомасса (отходы или зеленая масса) периодически подаются с помощью насосной станции или загрузчика в реактор. Реактор представляет собой подогреваемый и утепленный резервуар, оборудованный миксерами. Стройматериалом для промышленного резервуара чаще всего служит железобетон или сталь с покрытием. В малых установках иногда используются композиционные материалы. В реакторе живут полезные бактерии, питающиеся биомассой. Продуктом жизнедеятельности бактерий является биогаз. Для поддержания жизни бактерий требуется подача корма, подогрев до 35-38 °С и периодическое перемешивание. Образующийся биогаз скапливается в хранилище (газгольдере), затем проходит систему очистки и подается к потребителям (котел или электрогенератор). Реактор работает без доступа воздуха, герметичен и неопасен.Для сбраживания некоторых видов сырья в чистом виде требуется особая двухстадийная технология. Например, птичий помет, спиртовая барда не перерабатываются в биогаз в обычном реакторе. Для переработки такого сырья необходим дополнительно реактор гидролиза. Такой реактор позволяет контролировать уровень кислотности, таким образом бактерии не погибают из-за повышения содержания кислот или щелочей. Возможна переработка этих же субстратов по одностадийной технологии, но при коферментации (смешивании) с другими видами сырья, например, с навозом или силосом.

Температура

Влажность среды

Уровень рН

Соотношение C : N : P

Площадь поверхности частиц сырья

Частота подачи субстрата

Замедляющие вещества

Стимулирующие добавки

Температура

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману