CC BY
16Вестник магистратуры. 2016. № 2 (53). Т. I.
ISSN 2223-4047
УДК 504
Е.А. Кусина, И.Р. Басыров, Р.Р. Ситдикова
ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА И БИОУДОБРЕНИЙ В САХАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
В статье рассматриваются вопросы применения анаэробной ферментации для получения биогаза и биоудобрения с целью рационального использования отходов сахарной промышленности, а также снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду
Ключевые слова: отходы, сахарная промышленность, свекольный жом, биогаз, биоудобрения, анаэробная ферментация, бактерии.
В настоящее время переработка (обработка, очистка и утилизация) органических отходов представляет собой сложную задачу для современной пищевой промышленности. В значительной степени рост образования отходов в пищевой промышленности связан с сахарной промышленностью, отходы этого сектора в Республике Татарстан ежегодно составляют более 800 тыс. тонн. Основными отходами сахарной промышленности являются свекловичный жом, меласса, рафинадная патока, фильтрационный осадок, свекловичный бой, хвостики свеклы. Вопрос утилизации этих отходов в настоящее время стоит особо остро, так как хранилища для этих отходов занимают большие территории и в процессе хранения и дальнейшего разложения они загрязняют окружающую среду [1].
Одним из способов утилизации является анаэробная ферментация отходов с дальнейшей возможностью получения биогаза и биоудобрения.
Биогаз - это газ, состоящий примерно из 50-70% метана (CH4) 50-30% углекислого газа (CO2) и смесь других газов представленных в таблице 1 [2].
Таблица 1
Состав биогаза
Газ Химическая формула Объемная доля
Метан CH4 40-70%
Углекислый газ CO2 30-60%
Другие газы: 1-5%
Водород H2 0-1%
Сероводород H2S 0-3%
Таким образом, получение биогаза и биоудобрений из органических отходов основано на процессе брожения, из которого выделяется биогаз при разложении в анаэробных, т.е. безкислородных условиях. Этот процесс называется метановым сбраживанием (анаэробным) и происходит в три этапа:
1) гидролиз;
2) окисление;
3) образование метана.
На первом этапе (гидролиз) органическое вещество ферментируется внеклеточными ферментами (клетчатка, амилаза, протеаза и липаза) микроорганизмов. Бактерии разлагают длинные цепочки сложных углеводородов - протеины и липиды - в более короткие цепочки.
Кислотопродуцирующие бактерии, которые принимают участие во втором этапе образования биогаза, расщепляют сложные органические соединения (белки, жиры и углеводы) в более простые соединения. При этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения - летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окись углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти органические вещества являются источником питания для метанобразующих бактерий, которые превращают органические кислоты в биогаз.
Метанопроизводящие бактерии, вовлеченные на третьем этапе, разлагают соединения с низшим молекулярным весом. Они утилизируют водород, углекислоту и уксусную кислоту. В естественных условиях метанобразующие бактерии существуют при наличии анаэробных условий, например, под водой, в болотах. Они очень чувствительны к изменениям окружающей среды, поэтому от условий, которые
© Кусина Е.А., Басыров И.Р., Ситдикова Р.Р., 2016.
ISSN 2223-4047
Вестник магистратуры. 2016. № 2 (53). Т. I
создаются для жизнедеятельности метанобразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения
[3].
Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:
1) при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;
2) газ может использоваться как обычный природный газ для технологических целей, обогрева, выработки электроэнергии.
Кроме, биогаза наиболее важное значение имеет получение в процессе ферментации биоудобрений, которые обладают обладают высокой эффективностью и обеспечивают дополнительный прирост урожайности в среднем на 20% (по сравнению с использованием отходов сахарной поомышленности)
[4].
При переработке органических отходов получаются экологически чистые жидкие органические удобрения, которые используются для получения экологически чистой продукции. В полученных органических удобрениях все вещества переходят в форму, легко усваиваемую растениями, что делает их эффективными сразу после внесения в почву. Также это создает возможность ухода от применения минеральных удобрений.
Производство сухого гранулированного удобрения практически исключает потери питательных веществ при длительном хранении, позволяет вносить эти удобрения в наиболее благоприятные календарные сроки с применением стандартных механизмов, (например, обычные сеялки). Жидкая фракция первой фазы может использоваться для полива полей или как питательная среда в гидропонных теплицах
[5].
Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, снизить применение химических удобрений, сократить нагрузку на грунтовые воды.
Получение биогаза и биоудобрения позволит решить ряд экологических и экономических проблем, связанных с утилизацией отходов сахарной промышленности:
- снижение загрязнения в результате хранения отходов;
- сокращение выбросов парниковых газов;
- уменьшение использования минеральных удобрений;
- возвращение полезных биогенных элементов обратно в почву;
- экономия затрат на очистные сооружения и хранилища для отходов;
- выработка электроэнергии и тепла с возможностью их использования на нужды предприятия [6].
Библиографический список
1.Материалы докладов XVII аспирантско - магистерского семинара, посвященного «Дню энергетика» / Под общ. ред. Ректора КГЭУ Э.Ю. Абдуллазянова. В 2 т.; Т. I. - Казань: Казан. гос. энерг. ун-т, 2014. - 256 с.
2.Новые химические технологии. Биогаз основы производства. // Интернет ресурс: http: // www.newchemistry.ru
3.Бобович Б.Б., Рывкин М.Д. Биогазовая технология переработки отходов животноводства / Вестник Московского государственного индустриального университета. № 1, 1999.
4.Толстых С.В., Васливанов А.А. Применение биогазовых технологий при утилизации органических отходов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып.74.- К.: Техника, 2007. - С.300-309.
5.ekotenk.com.ua/info/fertilizers/
6.http: // www.agro-t.de/Bio/biogas.html
КУСИНА ЕКАТЕРИНА АНАТОЛЬЕВНА - студент, Казанский государственный энергетический университет, Россия.
БАСЫРОВ ИЛЬМИР РАМИЛЕВИЧ - студент, Казанский государственный энергетический университет, Россия.
СИТДИКОВА РАМИЛЯРАФАИЛОВНА - ассистент, Казанский государственный энергетический университет, Россия.
