1598005439-1326b994f1090c560653e496106b7ac8 (811216), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Рт. стч Рн о-лавленне пара 1 прн Т; Т вЂ” температура газа, С; 0,380-поправочная постоянная для 760 мм рт. сг. и 15,7'С. 3, Выход газа 6 Ч8 ааа где 6,-выход газа, л/г летучей части твердых веществ; Чйма„-добавленная летучая часть твердых веществ, г/л в сутки (кг летучей части твердых веществ/м' в сутки). 4. Выход метана М„= 6„М,. где М,-выход метана, л/г летучей части твердых веществ (ма/кг летучей части твердых веществ); М,— содержание метана, мол.%.
5, Интенсивность производства метана МРй= М„Ь, где МРй — ннтенсввнасть производства метана, ма/мз мнкрокультуры, суг; Ь вЂ” загрузка, г летучей части твердых веществ/л мнкрокультуры в сутки (кг летучей части твердых веществ/л в сутки). б. Уменьшение летучей части взвешенных веществ 6,ЧБ Чй а=508 С где Ч8„а-доля превращения летучей части твердых веществ, а4; ЧБ-содержание летучей части твердых веществ в твердой часта сырья, ',4; С вЂ” содержание углерода, % от твердого вещества сырья; 50,8-постоянная для пересчета выхода газа в углерод. Рис.
5. Расчет производительности установки по получению метана путем ана- зробного перегнввання морской водоросли. 3.2. Максимальные теоретические выходы и теплота реакций Расчет максимальных теоретических выходов метана при биометаногенезе представляет интерес для оценки процесса перегнивания и служит основой для определения общих выходов экспериментальным путем.
Теоретические выходы метана были рассчитаны для различных партий морских водорослей (рис. 6). При расчете эмпирических формул для каждой партии морских водорослей использовались данные о составе, представленные в табл. 2, На основании уравнений равновесных реакций определялась конверсия каждого вида сырья в метан.
Получающиеся молярные выходы метана выражались в мз/кг летучей части твердых веществ. В связи с тем что в процессах ферментацяи органическая фракция расходуется на воспроизводство бактерий, полученные выходы были скорректированы с помощью данных, приведенных в работах (13, 141 для анаэробного перегнивания чистых углеводов и протеина с учетом образования новых клеток микроорганизмов.
Конечные теоретические выходы приведены в табл. 5. Теоретические выходы, скорректированные с учетом роста бактерий, колеблю~ел в пределах 0,365 — 0,453 мз/кг летучей части твердых веществ для семи различных партий морских водорослей я соответствуют теоретическому превращению летучей части твердых веществ на 82,2%. Теоретическая теплота реакции для анаэробного перегнивания морских водорослей рассчитывалась с целью определения ее роли в поддержании температуры в реакторе на уровне 35'С.
Согласно оценке, для конверсии морской водоросли в СНа и СО, требовалось 807 кДж/кг прореагаровавшего вещества. После корректировки этого показателя с учетом уменьшения летучей части твердых веществ (примерно 50;;) и восстановления микробных клеток (около 20",а) была получена величина 5,14 кДж/сут для реактора емкостью ! О л прн загрузке 1,6 кг летучих твердых веществ/м' сутки и прв времени гидравлическоао удержания порядка 10 сут.
Это эквивалентно 8,2",'„энергии, требующейся для подогрева суточной подачи суспензии (! л) с 20 до 35'С. 3.3. Стендовые исследования процесса перегнивания Факторы, приводящие к уменьшению экспериментальных выходов по сравнению с рассчитанным теоретическим, перечислены в табл, 6. Цель стендовых исследований процесса перегнивания состояла в оценке параметров„от которых зависит оптимизация биометаногенной переработки морских водорослей. Состав органической части сырья. Согласно данным, приведенным в табл.
6 и 7, на теоретический выход продуктов при биометаногенезе О может влиять состав органической части морских водорослеи . Несмо- " Следуеч иметь в виду, что теоретические выхолы достигаются крайне редко, так как органическая фракния чувствительна к гядролвзу я, следовательно, к анаэрсбным условиям конверсии. н Часть Н Способы получения энергия нэ биомассы 1. Состав морской водоРосли, % на сух)цо массу (партня уй 26) Летучая часть твердых веществ 57,9 Зола = 42,! Сырой протеин =!02! Углеводы = 49,7 С=27,8 Н = 3,73 )ч) = 1,63 8 = 1,05 О = 23,7'! 2.
Эмпнрическая формула смрой морской водоросли (Х н 8 в расчет не п ннамалась) р е прн- Сз,ззНЗ мО! ек 1 кмоль = 55,2 кг (СНО) = 57,9 кг летучей части твердых веществ 3. Бн . Бнометаннзацяя сырой морской водоросли (согласно стехнометрнн) СзлзН л»О!ма + 066НЗО 1 25СНЧ + 1 07СОЗ 4. Максимальные теоретические выходы метана 1,25 кмоль СН 23,6мз СН,/кмоль = 29,6м' СН4 1 кг летучей части 1 кмоль мз СН твеРдых веществ 579 кг летуче" кг летучей кмоль части твердых веществ 7.0,17 = — ', 1,2 17,8% морской водоросли превращается в бактерии 6. Макснмальный теоретический выхол, скорректированный по бактерням м' СН, Теоретический выход 0,822 0,511 0;822 = кг летучей частя твердых веществ мз СН = О!420 кг добавленной летучей частя твердых веществ Х вуу.
Рлс. 6. Макс акснмальные теоретические выходы метана пря анаэробном переуннванин сырой морской водоросли. 5, О . Оценка летучей части твердых веществ, превращенных в бакгернальные клетки и поэтому не в газообразные продукты (принято, что 20% углеводов н 7/ протеина конвертируются в бактериальлые клетки) Летучая часть морской водорослн = 83,0;; (СНО) и 17,0;Г протеннов 20 0,83 =!6,6 Таблица 5.
Теоретический выход метана для несколькнх партий морской водо- росли прн давлении 760 ммрт.ст. н температуре 15.TС Ь8, 91 уа лартии марская асио. росли Э'и'"р'"мекая 4юрмула "Выход метала, ам Лг лет!'чеа чмти т»сркыс зеиакта и Скоррсатарсаааиыя аы. кса мста», им»як лету- чее чыти та!раем зь мыта з' Сырые морские во доросли 1 СЗ,ЗЗНз.мО! п 26 Сз з ЗН земО г,аз 37 Сз,ззНз,ккшьак 41 СЗ,ОНз,мО!.»з 42 Сз,звНз мО! м 44 Сз ззнз еао! »т Предварительно подготовленная морская водоросль 26 Сз,о!На,ааОЗ,тз 0542 0,438 0,420 0,423 0,371 0,365 О',390 0,533 0,51 ! 0:,515 0,452 0,444 0,474 0,453 ' Исклмчм Х Р и 3 "примято, что рсагипами млякпст морсам кодорасль я зада, а арал!агами сн, 4 соя.
" д»ииые скорректироааим иа асиоааиии саедеииа, лрияолямьп а равнял [! 3, Зз) опмыпааьио сааза. амииого сырья, а катаром ислальзуипся распигримые углеводы кли Ирои!ив Таблица 6. Факторы, влияющие на выход метана Органнческпй состав сырья Потенциальное ограничение питательных Посевная культура Температура Ингнбнрующне вещества Время гидравлического удержания Концентрация сырья веществ Размер частиц Персмещнванне Частота подачи сырья Катаболнтная репрессия Потенпнальная ограннченность пнтательных веществ. Для оптимального роста бактерий, участвующих в процессе биометаногенеэа, требуются тря на высокие теоретические выходы для предварительно обработанных водорослей, экспериментальные выходы в обычных эксплуатацнонных условиях ниже.
Более низкие экспериментальные выходы прн переработке предварительно обработанных морских водорослей могут быть объяснены тем, что значительное количество бнораэрушаюшнхся компонентов морских водорослей (возможно,манннт) теряется с соком, удаляемым в процессе обессолнвания. С учетом стабильных н высоких водорослей, а также дополнительных расходов, требующихся для предварнтельной обработки морских водорослей, в качестве субстрата для более ннтенснвных исследований были выбраны морские водоросли, не подвергавшиеся предварительной обработке.
Способы получения энергии из биомассы Часть П Т 6 8. Влияние концентрации питательных веществ на аиаэробиое перегниваиие морской водоросли при температуре 35'С и эагруз, уч и дица ке 1,6кг лет ей части твердых веществ/м в сутки э Таблица 7. Производитяяьность перегнивателей, работаюшнх ва сырой н предва- рятельно полготрвленной морской водоросли, при загрузке 1,6 кг/м' в сутки и температуре 35'С Исиьгтанн» 26 6 Номер испытания Номер партии морской водоросли Время удержания, сут Время гидравлического удержания, сут.
Добавленные питательные вещества !Нг 42 4 42 4 42 4 42 4 26 4,5 26 !2 15 15 Р !ь! 15 Н, Р 15 Не до- бавлались 24 129 12 Х, Р !2 Не до- бавлялись 17,0 95,9 16 47 32 11,6 26,6 10 18 !0 18 24 87,8 129 87,8 0.207 0,215 0,278 0,212 0,331 0,445 0,339 58,4 58,2 59,3 59,9 0,005 0,356 0,003 0,381 0,382 0,375 38,6 35,6 36,2 2980 1233 3510 802 484 958 855 192 43,0 29,0 3860 4 160 3070 4400 метана восстанавливался до нормального.
Добавление фосфора не оказывало влияния на ферментацию. По данным работы )10), 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 перегнивания. Посевная кульэура.
В процессе анаэробного перегнивания некоторые соединения, входящие в состав сырья, не разлагаются, что может быть связано с отсутствием микроорганизмов, способных разрушить этн соединения. Считают, что для большинства типов сырья, содержащего органические отходы и целлюлозную биомассу, может быть подобрана подходящая посевная культура нз любой среды, в которой естественно происходит анаэробное разложение смеси органических соединений, т.е, в анаэробном перегнивателе сточных вод, в анаэробных отстоях прудов или в фекалиях животных. Другими словами, из этих источников в течение приемлемого периода времени 1от двух до трех месяцев) может быть подобрана посевная культура, пригодная для исследуемого сырья. 17 500 20600 8830 12000 дреме Овне.
данньи О арсерагиснни лсгучне тасрлмт вннсста ну»нет»ел»ест СОНОН ч»стиое От лслсння солернанн» углерода а газе нв содеривнае углерода в смрье. фосфор и азот. Согласно имеющимся данным, для неограниченного перегнивання необходимо минимальное отношение углерода к азоту порядка 11 и отношение углерода к фосфору порядка 52 [14, 15).
К этим данным следует относиться с осторожностью, так как в действительности количеством углерода и питательных веществ опредвляется интенсивность процесса ферментации. Содержание питательных веществ в нескольких партиях морских водорослей приведено в табл. 8. Из данных табл. 8 следует, что этн питательные вещества нс были ограничивающими для партии морской водоросли М 26, которая использовалась в большинстве исследований, проводимых Институтом газовой технологии. Свежие партии морских водорослей содержали меньше азота и фосфора !партии М 41 и М 42, табл. 8), что привело к снижению выходов метана и его производительности, а в некоторых случаях к нарушению равновесия в псрсгнивателе. Данные„касающиеся партии М 42 (табл.
8), свидетельствуют о том, что при добавлении азота с целью повышения отношения С/Х до 15 выход " Частичное регулирование содержания питательных веществ в водорослях может быть достигнуто путем нарьнрования темпов поднятия вод нижних слоев на поверхность. Время удержания, сут Время гидравлического удер. жаиия, сут Выход метана, м»/кг летучей части твердых веществ Производство метана, ме/м' мннрокультуры в сутки Содержание метана, моя.,", от уксусной кислоты Превращение летучих твердых веществ, % Общее содержание летучих кислот, мг/л н пересчете иа уксусную кислоту Шелочность,мг,'л в пересчете иа СаСО, Удельная элентропроводнмость, См/см Рав морем~~С Сара» марсам Предвар теаьс»в» нодо- мгдорссдь аодорсс»ь но Оодготоврссвь ленная мороса» еодоросдь Отношение С/)Ч Отношение С/Р Выход метана, м'/кг летучей части твердых веществ Производство метана, . мв/м' микрокультуры в сут Общее содержание летучих кислот, мг/л н пересчете на уксусную кислоту 0,238 0,234 0,01 87 0,238 0,0312 0:,222 Часть П Способы получения энергии нз биомассы В болыпинстве работ по анаэробной ферментации морских водорослей использовалась посевная культура А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
