ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЛЮЕНТА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

УДК 631.861; 62-665

DOI 10.18286/1816-4501-2020-2-68-74

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЛЮЕНТА БИОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ

Караева Юлия Викторовна1, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории энергетических систем и технологий

Тимофеева Светлана Сергеевна1, кандидат технических наук, младший научный сотрудник лаборатории энергетических систем и технологий

Гильфанов Марат Фанильевич2, инженер лаборатории комплексной переработки биомассы в топливо, материалы и химические продукты

1Институт энергетики и перспективных технологий - структурное подразделение Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук» 2ФГБОУ ВО Казанский национальный исследовательский технологический университет 1420111, Республика Татарстан, г. Казань, ул. Лобачевского, д.2/31, тел. 8(843)231-90-79; e-mail: julieenergy@list.ru 2420015, Республика Татарстан, г. Казань, ул. К. Маркса, д. 68, тел. 8(843)231-89-37; e-mail: zaex@mail.ru

Ключевые слова: эффлюент, биомасса, Amaranthus retroflexus L., органические удобрения, композиционное топливо.

В результате работы биогазовой установки образуется много шлама (эффлюента), который можно использовать в различных целях. В данной статье рассматривается возможность применения твердой фракции эффлюента в качестве органического удобрения, а также топлива для получения тепловой энергии. Исследованный эффлюент был получен после анаэробного сбраживания коровьего навоза и биомассы растения Атагап^^ L. Кроме того рассматривались смеси эффлюента с остатками растительной биомас-

сы. Они представляют собой смесь из семян, стеблей и листьев в соотношении 1:1,1:1,6. Исследовалось пять образцов: 100% эффлюент; 75% эффлюента и 25% биомассы; 50% эффлюента и 50% биомассы; 25% эффлюента и 75% биомассы; 100% растительная биомасса. Содержание питательных веществ (общего азота, фосфора, калия) в образцах значительно превышает показатели, рекомендованные ГОСТ33380-2015. Установлено, что исследуемые образцы имеют высокие концентрации меди и цинка. Исследованный эффлюент не может применяться в чистом виде в качестве удобрения, но его целесообразно смешивать с другими компонентами, характеризующимися «бедным» минеральным составом, например, торфом. Для производства добавки к почве целесообразно весовое соотношение сухого сырья эффлюента к низинному торфу, составляющее 1:5. Низшая теплота сгорания эффлюента в смеси с растительной биомассой составила от 12,4 МДж/кг до 14,1 МДж/кг. Для сжигания наиболее эффективно использовать эффлюент в чистом виде и композиционное топливо, состоящее из 75% эффлюента и 25% биомассы растения Amaranthus ^ю^ехм L. Высокие показатели зольности исследованных образцов обусловлены повышенным содержанием оксидов СаО и SЮ

Введение

Работа биогазовой установки приводит к образованию большого количества эффлюента. Материальный баланс показывает, что только 3% биомассы преобразуется в биогаз, остальные 97% это отработанный шлам. Очень широкое распространение получило его использование в качестве органического удобрения [1]. В работе [2] отмечается, что более полное усвоение питательных веществ растениями из навоза возможно только после процесса метанового сбраживания.

Использование эффлюента может заменить или, по крайней мере, сократить использование минеральных удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур [3]. Органический материал в почве важен не только как источник питательных веществ для растений, но и для улучшения пористости и структуры почвы,

а также ее способности удерживать воду и питательные вещества.

Хотя использование шлама биогазовой установки в качестве органического удобрения представляется эффективным способом сохранения круговорота питательных веществ в сельском хозяйстве и сокращения внешних поступлений минеральных удобрений, необходимо рассмотреть ряд недостатков эффлюента [4]:

- высокая влажность (более 90%), это ограничивает их способность к хранению, транспортировке;

- состав может варьироваться из-за различий в подаче субстрата в биогазовую установку, а также в зависимости от времени года, рациона животных и т.п.;

- высокое содержание растворимого азота NH4-N увеличивает вероятность потери газообразного азота при хранении.

Рис. 1 - Лабораторная биогазовая установка

Эффлюент может использоваться в качестве источника питательных веществ на предприятиях по производству микроводорослей [5, 6], а также полезных химических веществ и продуктов, например: биосурфактантов [7, 8], биопестицидов [6, 9], биопластиков [10, 11] и ферментов [12, 13].

Возможно также использование эффлю-ента в энергетических целях [14]. Например, в работе [15] остаток после анаэробного сбраживания использовался в процессе пиролиза с целью получения фенола. В исследовании [16] твердая фракция эффлюента использовалась как для пиролиза, так и для газификации. Возможность сочетания анаэробного сбраживания свиного навоза и пиролиза полученного эффлюента с биомассой расторопши ^ИуЬит таг!апит) представлена в работе [17].

Целью исследования являлось определение возможностей применения эффлюента биогазовой установки после завершения процесса метаногенеза как органического удобрения и в

энергетических целях для сжигания. Материалы

и методы исследований

В качестве основного субстрата в экспериментах применялся эффлюент лабораторной биогазовой установки (рис. 1). Он был получен после анаэробного сбраживания коровьего навоза и биомассы растения Атагап^ш гetгoflexus L. (AR). В метаногенезе применялись только листья и стебли растения. Установка работала в мезофильном режиме. Полученный эффлюент был высушен при температуре 1050С в течение 1224 часов. Затем он был механически измельчен до порошкообразного состояния.

Растения Amaгanthus ге^о^ех-us L. были собраны на поле в Верхнеуслонском районе Республики Татарстан (Россия) в 2019 году.

Остатки AR (рис. 2), представляющие собой смесь из семян, стеблей и листьев в соотношении 1:1,1:1,6, были добавлены к эффлюенту.

Исследовалось пять образцов: №1 (100% эффлюент); №2 (75% эффлюент и 25% AR); №3 (50% эффлюент и 50% AR); №4 (25% эффлюент и 75% AR); №5 (100% AR). Зольность определялась по ГОСТ Р 56881-2016.

Для проведения элементного анализа использовался анализатор серии ЕА 3000 («EuroVector», Италия). Условия анализа: температура колонки 115°С, температура печи 850°С. Результаты представлены в таблице 1.

Теплотворная способность твердых образцов определялась на калориметре С 200 («IKA», Германия).

Исследование содержания макро- и микроэлементов проводились на энергодиспер-

сионном флуоресцентном рентгеновском спектрометре EDX-800HS2 («Shimadzu», Япония) полуколичественным методом. Условия измерений: трубка: Rh-анод (мощность 50 ватт); напряжение: 50 кВ, 15 кВ; ток: 100 мкА; атмосфера - гелий; измеряемый диаметр: 5 мм; время измерения: 100 сек. Измерения образцов проводились в диапазонах Т^и (0.00-40.00 кэВ), №-Sc (0.00-4.40 кэВ), S-K (2.1-3.4 кэВ). Результаты представлены в таблице 2.

Результаты исследований

В комплексной биогазовой технологии получаемый шлам после анаэробного сбраживания делят на жидкую и твердую фракции. Жидкая составляющая может быть возвращена в реактор и использована в качестве оборотной воды с целью увеличения влажности подаваемого субстрата. Кроме того, жидкая составляющая может быть использована в качестве удобрения для орошения полей. В свою очередь, твердую фракцию можно непосредственно вносить в почву, компостировать или использовать для производства гранулированных удобрений или композиционных топлив [18].

Рассмотрим возможность применения эффлюента (твердая фракция, образец №1) в качестве органического удобрения. В настоящее время на территории России действует межгосударственный стандарт ГОСТ 33380-2015. В нем описаны основные показатели безопасности, которым должен соответствовать эффлюент. В таблице 3 представлены массовые доли общего азота, фосфора и калия, а также указаны значения, соответствующие ГОСТ.

Массовые доли питательных веществ в эффлюенте высоки и превышают значения, рекомендованные ГОСТ. Полученный шлам от биогазовой установки не содержал таких токсичных элементов как: свинец, кадмий, ртуть, мышьяк, никель. Однако он включал в себя цинк и медь в концентрациях, превышающих предельно допустимые (табл. 2).

Следует отметить, что для навоза, применяемого в качестве удобрения, действует ГОСТ Р 53117-2008. Требования к нему менее строгие. Предельная массовая концентрация примесей тяжелых металлов указана только для свинца, кадмия, ртути и мышьяка.

В каждом государстве используется свой стандарт для оценки эффлюента как органического удобрения. В таблице 4 представлены различные технические условия, а также указана возможность применения получаемого нами продукта в качестве удобрений для экспорта.

Таблица 1

Элементный состав исследуемых образцов

№ С, % Н, % N % Влажность, % Зольность, %

1 35,57 4,36 1,80 6,35 25,96

2 37,42 4,35 1,85 6,33 26,40

3 37,44 4,72 1,97 6,42 22,76

4 38,23 4,84 2,17 7,90 18,02

5 39,19 5,18 2,36 7,08 21,3

Таблица 2

Содержание макро- и микроэлементов в образцах, %

Элементы №1 №2 №3 №4 №5

Кальций 43,229 42,940 46,141 48,154 47,495

Кремний 18,194 14,838 12,009 7,763 0,514

Калий 17,302 22,022 24,458 28,610 39,517

Хлор 4,508 4,363 3,385 2,740 2,106

Фосфор 4,398 4,124 3,478 3,121 2,364

Магний 3,660 3,380 3,720 3,826 3,510

Железо 3,568 3,478 2,317 1,529 0,614

Сера 2,766 2,809 2,675 2,898 2,908

Алюминий 1,311 0,986 1,041 0,720 -

Титан 0,427 0,464 0,291 0,230 -

Марганец 0,268 0,315 0,230 0,213 0,235

Цинк 0,143 0,137 0,091 0,064 0,081

Стронций 0,100 0,089 0,057 0,039 0,047

Медь 0,059 - 0,053 0,061 0,084

Цирконий 0,037 - - - -

Бром 0,031 0,028 0,053 0,031 0,075

Таблица 3

Массовая доля питательных веществ в эффлюенте

N % Р2ОУ % К2О, % Zn, мг/кг СВ Си, мг/кг СВ

Фактические значения 1,8 6,9 12,9 1430 592

ГОСТ 33380-2015 0,2 0,1 0,2 220 132

Таким образом, полученный эффлюент не может применяться в чистом виде в качестве удобрения. Следовательно, необходимо уменьшить содержание меди и цинка в получаемом продукте, чтобы в 1 тонне гранулированного удобрения было не более 220 г цинка и 132 г меди.

Целесообразно эффлюент смешивать с другими компонентами, характеризующимися «бедным» минеральным составом, например, торфом. Он используется для улучшения физических и механических характеристик почв, а также для повышения их плодородия. В чистом виде торф, в основном, используется для муль-

Таблица 4

Предельная массовая концентрация примесей тяжелых металлов

Государство Цинк, мг/кг СВ, не более Медь, мг/кг СВ, не более Возможность применения

ЕС, рекомендации, 2015 г. 2000 800 да

ЕС, рекомендации, 2025 г. 1500 600 да

Австрия 3000 700 да

Канада 500 100 нет

Дания 4000 1000 да

Финляндия 1500 600 да

Франция 600 300 нет

Германия 2500 800 да

Ирландия 2500 1000 да

Норвегия 800 650 нет

Швеция 800 600 нет

Швейцария 400/200 100/70 нет

Нидерланды 300 75 нет

Великобритания 400 200 нет

Россия, ГОСТ 33380-2015 220 132 нет

Рис. 3 - Низшая теплота сгорания образцов

чирования почвы, а в смеси с другими компонентами (перегной, почва, песок и др.) становится композиционной добавкой к почве универсального назначения.

Для получения композиционной добавки с эффлюентом в качестве основного компонента может служить низинный торф. Как правило, такой тип торфа имеет нейтральную или слабокислую реакцию. Рассмотрим в качестве примера состав минеральной части торфа Владимирской области (табл. 5).

Как видно из таблицы, низинный торф характеризуются «бедным» составом минеральной части, что делает нецелесообразным его использование в качестве добавки к почве в чистом виде. Следует отметить, что он не содержит в составе цинк и медь. Таким образом, весовое соотношение сухого сырья эффлюента к торфу должно составлять 1:5.

Рассмотрим также возможность применения полученных смесей эффлюента и растительной биомассы в качестве композиционного топлива для сжигания. Для этого необходимо знать его теплотехнические характеристики. В первую очередь, необходимо определение теплоты сгорания. На рис. 3 представлены значения низшей теплоты сгорания исследованных образцов.

В энергетических целях наиболее эффективно применение образцов №1 и №2. Хотя они значительно уступают природному газу и каменному углю, но при этом занимают промежуточное положение между бурым углем, древесной и растительной биомассой. Например, для сухих дров и бурого угля теплота сгорания составляет в среднем 16 МДж/кг, а для стеблей кукурузы и стеблей подсолнечника 14,2 и 12,6 МДж/ кг [20]. Следовательно, полученные образцы могут сжигаться, например, в пылеугольных котлах либо совместно с другими отходами, либо с жидким топливом.

Большое содержание золы (около 26 %, образец №1), являющейся инертным балластом, ограничивает применение композиционного топлива из эффлюента и растительной биомассы. При этом следует отметить, что в России в основном используется уголь средней зольности от 15% до 35% [21]. Высокие показатели зольности исследованных образцов, связанные

Таблица 5

Состав минеральной части низинного торфа [19]

Название Элементный состав, %

Са Fe Si S Al K а P Mg Mn Sr Zn

Низинный торф 35,2 33,3 13,6 5,8 4,7 2,5 1,1 0,9 0,8 1,3 0,6 0,2 - -

22_I_-_I_-_I

л

с повышенным содержанием оксидов СаО и SiO2 (табл. 6), указывают на то, что при прямом сжигании будут образованы золовые отложения, негативно влияющие на поверхности нагрева энергетических установок.

Для устранения этих недостатков целесообразно также применение технологий термохимической конверсии(пиролиз или газификация) с получением жидких, твердых и газообразных продуктов, или процессов производства более сложного по составу композиционного топлива с добавками, позволяющими снизить зольность и увеличить теплотворную способность.

Обсуждение

Эффлюент состоит из твердой фракции и жидкой фракции, содержащей питательные вещества, и является материалом, который остается в конце процесса анаэробного сбраживания. Содержание органических веществ в нем составляет 68-72%, поэтому основным способом его применения является использование в сельском хозяйстве в качестве удобрения. Тем не менее, использование эффлюента связано с рядом проблем. Во-первых, его необходимо хранить на биогазовых установках до дальнейшего использования, а это может привести к утечке газов, включая CH4, CO2, NH3 и N2O, тем самым вызывая загрязнение атмосферы. Во-вторых, использование эффлюента регулируется строгими правилами. Например, в Великобритании, только в том случае эффлюент может быть использован для получения удобрений, если он соответствует стандартам, определенным BSC PAS 110, иначе он считается отходами. В России эффлюент должен соответствовать ГОСТ 333802015, чтобы применяться в качестве удобрения. Результаты исследования показали, что полученный эффлюент содержит большие концентрации меди и цинка. Необходимо проведение дополнительных экспериментов для того, чтобы определить причину таких высоких значений примесей тяжелых металлов.

Следует отметить, что в настоящее время уже генерируется очень большое количество эффлюента, только в Европейском Союзе в результате работы биогазовых предприятий ежегодно образуется около 180 млн. тонн. В связи с невозможностью вносить отработанный шлам в течение всего года в почву, а также с увеличением его количества, обусловленного ростом числа биогазовых установок, появляется необходимость в альтернативных вариантах его применения. Таким образом, становится важным оптимальное использование этого ресурса,

Таблица 6

Химический состав минеральной части

образцов

Состав золы, % Содержание, %

№1 №2 №3 №4 №5

СаО 33,836 34,849 38,525 41,905 45,547

SiO2 28,776 24,130 19,935 13,265 0,928

K2O 12,876 17,017 19,503 23,759 35,459

P2O5 6,943 6,78 5,899 5,531 4,539

MgO 4,758 4,471 4,993 5,234 4,999

SO3 4,636 4,896 4,807 5,428 -

Cl 2,949 2,969 2,375 2,003 1,666

Fe2°3 2,581 2,638 1,816 1,26 0,564

AlA 1,882 1,448 1,554 1,1 -

TiO2 0.365 0,415 0,268 0,223 -

MnO 0,176 0,217 0,163 0,159 0,195

ZnO 0,088 0,089 0,061 0,046 0,064

SrO 0,058 0,054 0,036 0,026 0,035

CuO 0,037 - 0,036 0,044 0,068

ZrO2 0,024 - - - -

Br 0,015 0,028 0,029 0,017 0,048

иначе он будет переходить в категорию нового типа отходов в ближайшем будущем. По этой причине была рассмотрена возможность применения эффлюента, смешанного с растительной биомассой, в качестве композиционного топлива для сжигания. Низшая теплота сгорания наиболее перспективного образца составила 14,1 МДж/кг. Однако высокая зольность полученного топлива также требует проведения дополнительных исследований, направленных на решение этой задачи. В частности, при анализе различных составов композиционного топлива из эффлюента и растительной биомассы следует исключить листья, т.к. они обладают высокой зольностью.

Заключение

1. Для повышения эффективности биогазовых технологий необходимо искать направления применения эффлюента, который образуется в больших количествах в результате анаэробного сбраживания.

2. Рассмотренный эффлюент не может применяться в чистом виде в качестве удобрения, поэтому целесообразно производство из него и торфа композиционной добавки к почве.

3. Низшая теплота сгорания композиционного топлива из эффлюента и растительной биомассы составила 12,4 - 14,1 МДж/кг. Полученные образцы могут быть использованы для прямого сжигания в промышленных котельных установках, при термохимической конверсии (пиролиз, газификация), а также для производ-

ства более сложных по составу твердых композиционных топлив.

4. Для сжигания наиболее эффективно использовать эффлюент в чистом виде (образец №1) и композиционное топливо, состоящее из 75% эффлюента и 25% биомассы растения Amaranthus retroflexus L. (образец №2).

Благодарность

Авторы благодарят ЦКП-САЦ ФИЦ КазНЦ РАН за проведенные исследования состава образцов.

Библиографический список

1. Wentzel, S. Effects of biogas and raw slurries on grass growth and soil microbial indices / S. Wentzel, R. G. Joergensen // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. - 2016. - V. 179(2). - P. 215-222.

2. Impact of sediment formed in biogas production on productivity of crops and ecologic character of production of onion for chives / W. Romaniuk, V. Polish^uk, A. Marczuk, L. Titova, I. Rogovskii, K. Borek // Agricultural Engineering. -

2018. - V. 22 (1). - P. 105-125.

3. Recycling of biogas digestates in plant production: NPK fertilizer value and risk of leaching / T. A. Sogn, I. Dragicevic, R. Linjordet, T. Krogstad, V. Eijsink, S. Eich-Greatorex // International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. - 2018. - V. 7. - P. 49-58.

4. Ehmann, A. Fertilizing Potential of Separated Biogas Digestates in Annual and Perennial Biomass Production Systems / A. Ehmann, U. Thumm, I. Lewandowski // Front. Sustain. Food Syst. - 2018. - V. 2. - P. 1-14.

5. Use of the effluent from biogas production for cultivation of Spirulina / M. Hultberg, O. Lind, G. Birgersson, H. Asp // Bioprocess Biosyst Eng. -2017. - V. 40(4). - P. 625-631.

6. Veronesiv, D. Pre-treated digestate as culture media for producing algal biomass / D. Veronesiv, G. D. Imporzano, S. Salati, F. Adani // Ecological Engineering. - 2017. - V. 105. - P. 335340.

7. Valorisation of digestate from biowaste through solid-state fermentation to obtain value added bioproducts: a first approach / A. Cerda, L. Mejias, P. Rodriguez, A. Rodriguez, A. Artola, X. Font [et al.] // Bioresour Technol. - 2019. - V. 271. - P. 409-416.

8. Efficient sophorolipids production using food waste / G. Kaur, H. Wang, H. T. Ming, S. L. K. W. Roelants, W. Soetaert, C. S. K. Lin // J Clean Prod. -

2019. - V. 232. - P. 1-11.

9. Valorisation of biowaste digestate through solid state fermentation to produce biopesticides from Bacillus thuringiensis / P. Rodríguez, A. Cerda, X. Font, A. Sánchez, A. Artola // Waste Management.

- 2019. - V. 93. - P. 63-71.

10. Biodegradation of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) plastic under anaerobic sludge and aerobic seawater conditions: gas evolution and microbial diversity / S. Wang, K. A. Lydon, E. M. White, J. B. Grubbs, E. K. Lipp, J. Locklin [et al.] // Environ Sci Technol. -2018. - V. 52(10). - P. 5700-5709.

11. Altun, M. Polyhydroxyalkanoate production using waste vegetable oil and filtered digestate liquor of chicken manure / M. Altun // Prep Biochem Biotechnol. - 2019. - V. 49(5). - P. 493-500.

12. Value Addition of Anaerobic Digestate From Biowaste: Thinking Beyond Agriculture / G. Kaur, J. W. C. Wong, R. Kumar [et al.] // Curr Sustainable Renewable Energy Rep. - 2020. - V.7.

- P. 48-55.

13. Use of solid digestate for lignocellulolytic enzymes production through submerged fungal fermentation / A. Musatti, E. Ficara, C. Mapelli, C. Sambusiti, M. Rollini // J Environ Manag. - 2017. -V. 199. - P. 1-6.

14. Kinetic Analysis of Digestate Slow Pyrolysis with the Application of the MasterPlots Method and Independent Parallel Reactions Scheme / P. Bartocci, R. Tschentscher, R. E. Stensr0d, M. Barbanera, F. Fantozzi // Molecules. - 2019. - V. 24(9). - P. 1657.

15. Wei, Y. Thermal characterization and pyrolysis of digestate for phenol production / Y. Wei, J. Hong, W. Ji // Fuel. - 2018. - V. 232. - P. 141146.

16. Wisniewski, D. The pyrolysis and gasifi cation of digestate from agricultural biogas plant / D. Wisniewski, J. Gotaszewski, A. Biatowiec // Archives of Environmental Protection. - 2015. - V. 41 (3). - P. 70-75.

17. Integrating Anaerobic Digestion of Pig Slurry and Thermal Valorisation of Biomass / J. González-Arias, C. Fernández, J. G. Rosas, J. G. Rosas, M. P. Bernal, R. Clemente, M. E. Sanchez, X. Gomez // Waste and Biomass Valorization. - 2019.

- P. 13.

18. Sustainability Biogas Production from Ensiled Plants Consisting of the Transformation of the Digestate into a Valuable Organic-Mineral Granular Fertilizer / H. Prask, J. Szlachta, M. Fugol, L. Kordas, A. Lejman, F. Tuznik, F. Tuznik // Sustainability. - 2018. - V. 10, 585. - P. 13.

19. A comprehensive study of thermotechnical and thermogravimetric properties of peat for power generation / D. V. Ermolaev, S. S. Timofeeva, S. I. Islamova, K. S. Bulygina, M. F. Gilfanov // Biomass Conversion and Biorefinery. -2019. - V. 9. - P. 767-774.

20. Ozyuguran, A. Prediction of calorific value of biomass based on elemental analysis

/ A. Ozyuguran, S. Yaman, S. Kugukbayrak // International Advanced Researches and Engineering Journal. - 2018. - V. 2(3). - P. 254-260.

21. Sokolov, A. Coal resources of the eastern regions of Russia for power plants of the Asian super ring / A. Sokolov, L. Takaishvili // E3S Web of Conferences. - 2018. - V. 27. - P. 1-8.

POSSIBILITIES OF APPLICATION THE EFFLUENT OF BIOGAS UNIT Karaeva Y. V.1, Timofeeva S. S.1, Gilfanov М. F.2 1Energy institute and advanced technologies-a business division of the Federal research center " Kazan scientific center of the Russian Academy of Sciences» 2FSBEI HE Kazan national research technological University 1420111, Republik of Tatarstan, Kazan, Lobachevskogo street, 2/31, tel. 8(843)231-90-79; e-mail: julieenergy@list.ru 2420015, Republik of Tatarstan, Kazan, Karl Marx street, 68, тел. 8(843)231-89-37; e-mail: zaex@mail.ru

Key words: effluent, biomass, Amaranthus retroflexus L., organic fertilizers, composite fuel.

As the result of the biogas plant work, a lot of sludge (effluent) is formed, which can be used for various purposes. This article shows the possibility of appliance solids of effluent as an organic fertilizer, as well as fuel for generating thermal energy. The studied effluent was obtained after anaerobic fermentation of cow dung and biomass of the plant Amaranthus retroflexus L. In addition, mixtures of effluent with residues of plant biomass were examined. They are a mixture of seeds, stems and leaves in a ratio of 1:1,1:1,6. Five samples were examined: 100% effluent; 75% effluent and 25% biomass; 50% effluent and 50% biomass; 25% effluent and 75% biomass; 100% plant biomass. The content of nutrients (total nitrogen, phosphorus, potassium) in the samples significantly exceeds the indicators recommended by GOST 33380-2015. It was established that studied samples have high concentrations of copper and zinc. The studied effluent can not be used in its pure form as a fertilizer, but it is advisable to mix it with other components characterized by a "poor" mineral composition, such as peat. For the production of soil additives, the weight ratio of dry raw materials of effluent to lowland peat is 1:5. The lowest heat value of effluent in a mixture with plant biomass was from 12.4 MJ/kg to 14.1 MJ/kg. For heat value, it is most effective to use pure effluent and composite fuel consisting of 75% effluent and 25% biomass of the plant Amaranthus retroflexus L. The high ash content of the studied samples is due to the increased content of Cao and SiO2 oxides.

Bibliography

1. Wentzel, S. Effects of biogas and raw slurries on grass growth and soil microbial indices / S. Wentzel, R. G. Joergensen // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. - 2016. - V 179(2). - P. 215-222.

2. Impact of sediment formed in biogas production on productivity of crops and ecologic character of production of onion for chives / W. Romaniuk, V. Polishchuk, A. Marczuk, L. Titova, I. Rogovskii, K. Borek//Agricultural Engineering. - 2018. - V. 22 (1). - P. 105-125.

3. Recycling of biogas digestates in plant production: NPK fertilizer value and risk of leaching / T. A. Sogn, I. Dragicevic, R. Linjordet, T. Krogstad, V. Eijsink, S. Eich-Greatorex // International Journal of Recycling of Organic Waste in Agriculture. - 2018. - V. 7. - P. 49-58.

4. Ehmann, A. Fertilizing Potential of Separated Biogas Digestates in Annual and Perennial Biomass Production Systems / A. Ehmann, U. Thumm, I. Lewandowski//Front. Sustain. Food Syst. - 2018. - V. 2. - P. 1-14.

5. Use of the effluent from biogas production for cultivation of Spirulina / M. Hultberg, O. Lind, G. Birgersson, H. Asp // Bioprocess Biosyst Eng. - 2017. - V. 40(4). - P. 625-631.

6. Veronesiv, D. Pre-treated digestate as culture media for producing algal biomass / D. Veronesiv, G. D. Imporzano, S. Salati, F. Adani // Ecological Engineering. - 2017. - 105. - P. 335-340.

7. Valorisation of digestate from biowaste through solid-state fermentation to obtain value added bioproducts: a first approach / A. Cerda, L. Mejias, P. Rodríguez, A. Rodríguez, A. Artola, X. Font [et al.]// Bioresour Technol. - 2019. - V. 271. - P. 409-416.

8. Efficient sophorolipids production using food waste / G. Kaur, H. Wang, H. T. Ming, S. L. K. W. Roelants, W. Soetaert, C. S. K. Lin // J Clean Prod. - 2019.

- 232. - P. 1-11.

9. Valorisation of biowaste digestate through solid state fermentation to produce biopesticides from Bacillus thuringiensis / P. Rodríguez, A. Cerda, X. Font, A. Sánchez, A. Artola// Waste Management. - 2019. - V. 93. - P. 63-71.

10. Biodegradation of poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyhexanoate) plastic under anaerobic sludge and aerobic seawater conditions: gas evolution and microbial diversity/S. Wang, K. A. Lydon, E. M. White, J. B. Grubbs, E. K. Lipp, J. Locklin [et al.]//Environ Sci Technol. - 2018. - V. 52(10). - P. 5700-5709.

11. Altun, M. Polyhydroxyalkanoate production using waste vegetable oil and filtered digestate liquor of chicken manure / M. Altun // Prep Biochem Biotechnol. - 2019. - 49(5). - P. 493-500.

12. Value Addition of Anaerobic Digestate From Biowaste: Thinking Beyond Agriculture / G. Kaur, J. W. C. Wong, R. Kumar [et al.] // Curr Sustainable Renewable Energy Rep. - 2020. - V.7. - P. 48-55.

13. Use of solid digestate for lignocellulolytic enzymes production through submerged fungal fermentation/A. Musatti, E. Ficara, C. Mapelli, C. Sambusiti, M. Rollini//J Environ Manag. - 2017. - V. 199. - P. 1-6.

14. Kinetic Analysis of Digestate Slow Pyrolysis with the Application of the Master-Plots Method and Independent Parallel Reactions Scheme / P. Bartocci, R. Tschentscher, R. E. Stensr0d, M. Barbanera, F. Fantozzi//Molecules. - 2019. - V. 24(9). - P. 1657.

15. Wei, Y. Thermal characterization and pyrolysis of digestate for phenol production / Y. Wei, J. Hong, W. Ji // Fuel. - 2018. - V. 232. - P. 141-146.

16. Wisniewski, D. The pyrolysis and gasifi cation of digestate from agricultural biogas plant / D. Wisniewski, J. Gotaszewski, A. Biatowiec // Archives of Environmental Protection. - 2015. - V. 41 (3). - P. 70-75.

17. Integrating Anaerobic Digestion of Pig Slurry and Thermal Valorisation of Biomass / J. González-Arias, C. Fernández, J. G. Rosas, J. G. Rosas, M. P. Bernal, R. Clemente, M. E. Sanchez, X. Gomez // Waste and Biomass Valorization. - 2019. - P. 13.

18. Sustainability Biogas Production from Ensiled Plants Consisting of the Transformation of the Digestate into a Valuable Organic-Mineral Granular Fertilizer/H. Prask, J. Szlachta, M. Fugol, L. Kordas, A. Lejman, F. Tuznik, F. Tuznik//Sustainability. - 2018. - V. 10, 585. - P. 13.

19. A comprehensive study of thermotechnical and thermogravimetric properties of peat for power generation / D. V. Ermolaev, S. S. Timofeeva, S. I. Islamova, K. S. Bulygina, M. F. Gilfanov// Biomass Conversion and Biorefinery. - 2019. - V. 9. - P. 767-774.

20. Ozyuguran, A. Prediction of calorific value of biomass based on elemental analysis / A. Ozyuguran, S. Yaman, S. Kügükbayrak // International Advanced Researches and Engineering Journal. - 2018. - V. 2(3). - P. 254-260.

21. Sokolov, A. Coal resources of the eastern regions of Russia for power plants of the Asian super ring/A. Sokolov, L. Takaishvili // E3S Web of Conferences.

- 2018. - V. 27. - P. 1-8.