生化沼气农业废物的潜力

文摘

我们的工作的重点是在本地可用的农业废物的厌氧消化像椰子油蛋糕,腰果苹果浪费,从草坪岩屑和草。最具生产力的农业废弃物,甲烷产量、椰子油蛋糕和草。结果表明,初始挥发性固体浓度显著影响沼气生产。甲烷产量从椰子油蛋糕被发现383毫升CH₄/ g VS和277毫升CH₄4和4.5 g / g和增加VS / l。草沼气生产的浓度增加而增加对甲烷产量为199,250,256,284,332毫升CH₄/ g和3、3.5、4、4.5和5.0 g VS / l。腰果苹果浪费单级发酵抑制沼气生产。然而,相位分离显示甲烷产量的60.7毫升CH₄/ g VS和64.6毫升CH₄/ g和3.5和4.0 g VS / l,分别。椰子油蛋糕的厌氧生物降解性是评估在美联储的批处理模式5 L厌氧反应器每批4 g VS / L,最大甲烷产量是320毫升CH₄/ g VS。

1。介绍

根据相关的能源供应成本的快速上升,废物处理,并增加对环境质量恶化的担忧,废物转换成能源正成为一个经济可行的解决方案1]。厌氧消化(广告)是一种生物过程中,细菌分解有机物产生沼气作为最终产品。广告是一系列化学反应中有机质分解通过天然微生物的代谢途径在氧气耗尽的环境。广告是一种很有前途的技术,可以有效地解决垃圾处理问题的产生有价值的输出如沼气和肥料。广告没有任何预处理,但能量回收是最具吸引力的方法治疗固体废物(2]。广告的有机废物和能源作物生产甲烷会造福社会通过提供一个清洁燃料来自可再生饲料股票。这可能替代化石能源的能源和减少环境影响包括全球变暖、酸雨(3]。农业废弃物和能源作物作为一种重要的生物质来源在厌氧消化可以作为底物,导致可再生能源的生产。的废物选择研究椰子油蛋糕(残渣油萃取后得到),腰果苹果浪费(碎苹果浪费提取后获得“芬尼酒”——“芬尼酒”是一种酒。纯汁发酵,蒸馏的腰果苹果没有的精神),从草坪岩屑和草。

甲烷生产的直接比较从不同原料很难作为特定类型的性能数据往往产生在各种实验条件下,例如,混合政体,温度、总固体,挥发性固体和水力停留时间。出于这个原因,最好是比较原料的终极甲烷产量由生化甲烷潜力(BMP)试验(4- - - - - -6]。Chynoweth et al。7]研究了各种原料的生物甲烷潜力。Gunaseelan [8]报道的终极甲烷产量的几个分数果蔬固体废物、高粱和纳皮尔草,使用BMP化验。Cavinato et al。9]研究了牛的codigestion肥料和农业废弃物能源作物。能源作物被报道的类似研究biomethanization德米雷尔和谢勒10]。这项工作的目的是研究三种不同基质的厌氧消化,也就是说,椰子油蛋糕,腰果苹果浪费,和草岩屑,以评估潜在的厌氧消化代替传统的溶液堆肥和焚烧,同时减少能源消耗的化石燃料。

2。材料和方法

2.1。原料

椰子油蛋糕和腰果苹果从当地工业废物收集和在果阿。杂草是草坪的修剪我们的学院校园(位、Pilani、k·k·贝拉果阿校区)。腰果苹果垃圾收集从一个腰果种植园位于Sancoale,果阿。椰子油蛋糕从工厂收集提取椰子油位于Cansaulim,果阿。和剪草从我们学院校园的草坪。

在使用之前,基板在搅拌机给地面与粒径小于2毫米和一小部分储存在4°C到使用。

2.2。培养液

牛粪作为接种体的总固体含量20 g / L。培养液是preincubated为了耗尽剩余可降解有机物质存在。

2.3。分析方法

2.3.1。总固体(TS)的评估

总固体量,一个已知数量的样品转移到先前重坩埚和干24小时的105°C。体重的增加,空坩埚代表总固体量(11]。

2.3.2。挥发性固体(VS)估计

对于挥发性固体估计,干样品获得TS估计被点燃后在550°C的马弗炉2 h。体重的下降在点火代表挥发性固体(11]。

2.3.3。化学需氧量

化学需氧量测量上执行新的浪费。在使用之前,基板在搅拌机给一小部分有粒度小于2毫米。衬底(1 g)是悬浮在1毫升蒸馏水,搅拌磁搅拌器一小时,和暂停的鳕鱼是测量被Raposo et al。12]。短暂的10毫升的悬架与重铬酸钾和浓硫酸消化150°C 2 h在鳕鱼块消化单元。冷却后,digestate对硫酸亚铁铵滴定(0.5 N)使用1,10-phenantrholine作为指标。

2.3.4。生化甲烷潜力分析

生化甲烷潜力(BMP)的基质进行根据(5,6]。基质的甲烷可能决定在接下来的大战,也就是说,3.0,3.5,4.0,4.5,和5.0 g VS / L。反应堆与营养,补充微量元素和重碳酸盐。最后,反应堆是由工作容积0.1升蒸馏水,并覆氮得脸都红了。没有底物的控制也设置占内生培养液的沼气生产。所有的实验进行了一式三份。一天一次手动瓶子都摇动了。沼气生产用水位移测量技术。气体采集标本定期成分分析的气相色谱使用氦气作为载气。计算出的沼气生产也纠正了空白的沼气生产。

一毫升营养素,0.8毫升微量营养素,5毫升的缓冲区(表加入了从上述股票的解决方案1)。

2.3.5。沼气测量

沼气生产被排水量测量设置(13]。管是用来连接的反应堆倒250毫升的量筒沉浸在毕业1000毫升烧杯装满水。产生的沼气收集在量筒与水库使体积沼气在大气压力测量。

2.3.6。气体成分

气体采集标本定期成分分析的气相色谱法。样本分析气相色谱仪(gc - 7610, Chemito)配备热导检测器。载气是氢。烤箱、注射器和检测器温度80,150,和250°C。

2.3.7。批处理反应堆

被称作反应堆3 L有效容积是用于这项工作。温度保持在35°C的水再循环。混合是由磁搅拌。

同时进行了一系列的实验。反应堆被播种在挥发性固体(VS)的浓度与厌氧污泥3.0 g / L,从出口的飞行员厌氧反应器处理食物垃圾。

3所示。结果与讨论

3.1。原料的选择

3.1.1。椰子油蛋糕

印度是世界上第三大椰子生产国种植面积约178万公顷(14]。在传统食用油制造机,油提取干干椰子肉(成熟椰子内核)留下一个蛋白质和木质纤维素的丰富石油蛋糕。

使用石油的优势蛋糕作为沼气生产的底物是他们廉价的可用性。此外,随着越来越强调降低成本的工业过程和价值农工业的残留物,利用石油蛋糕作为能源似乎是有前途的,因为他们的精力充沛的价值更高。通常椰子油蛋糕被用作牲畜饲料,但受影响的主导因素,椰子油蛋糕市场形势的其他石油蛋糕(饭),特别是大豆和向日葵的一餐。也寻找替代性的原因使用椰子油蛋糕而不是作为牛饲料是有吸引力的激励机制的引入绿色饲料种植果阿邦政府的印度。高激励都是由当地政府,也就是说,激励下常年饲料种植在370美元每公顷土地面积第一年185美元每公顷面积第二和第三年。这导致了需求下滑椰子油蛋糕作为牛饲料在果阿,印度。

3.1.2。腰果苹果浪费

腰果在印度是一种重要的经济作物种植,面积820000公顷,2004 - 2005年生产了539000吨生坚果(15]。包含一个胚胎的水果主要包括坚果(内核)和一个错误的水果通常称为腰果苹果。坚果仅占总数的10%的水果重量,和大量的腰果苹果丢失螺母切除后的字段(15]。虽然腰果苹果可以吃果汁,果酱,和其他食品,腰果树种植是一种农业活动针对腰果的生产。由于其庞大的可用性和低成本,腰果苹果研究作为发酵底物和酶促过程几个应用程序(16- - - - - -20.]。因此,腰果苹果被认为是一个农业残留物丰富的还原糖(果糖和葡萄糖),维生素、矿物质、氨基酸和一些(21),可以适当的低成本底物厌氧消化研究。

3.1.3。草

从木质生物质能源生产将是一个主要的替代传统能源。植物生物质沼气的有效转换仍然是一个挑战,因为顽固的和不溶性原料(22]。

不同基质的特点选定表如下所示2。

TCOD / VS比率接近统一显示更好的沼气潜力,因此甲烷生成可以阐明从鳕鱼/ VS比率23]。

3.2。消化的椰子油蛋糕

每日沼气产量显示多个高峰值随着时间的推移(图1)。多个峰值表明存在多个基板在椰子油椰子油蛋糕的蛋糕或固体基质,因此,额外的纤维素成为生物利用率(24]。椰子油蛋糕富含木质纤维素的含量和蛋白质(14]。沼气生产增加到30天,然后有轻微增加直到60天。有一个初始迟滞期5天。平均沼气生产被发现451和662 mL / g和4和4.5 g VS / L,分别(图2)。沼气中甲烷的比例由椰子油蛋糕被发现55%对应于383毫升CH₄/ g VS和277毫升CH₄分别/ g和添加。较低的3.0和3.5 g VS / L以及更高浓度的挥发性固体(5 g VS / L)核反应堆没有恢复最初的停滞阶段,并没有大量的沼气生产。增加挥发性固体加载速率降低沼气生产;这可能是由于积累的中间体据汉森et al。5富含脂肪和脂质)浪费。椰子油蛋糕含有约5 - 6%的石油即使提取油的提取是只有通过机械开采。

3.3。消化腰果苹果

沼气生产从第一天开始迅速但拒绝无沼气生产14天的消化(年底的数字3和4)。消化器的pH值的消化时间低于6.0。水果和蔬菜废物往往有较低的总固体量和高挥发性固体。腰果苹果VS / TS率非常高的0.97 g VS / g TS。的快速水解原料可能导致酸化和顺向抑制甲烷生成,这是一个主要的限制(单程厌氧消化系统的25]。

3.4。两阶段研究腰果苹果浪费

底物,腰果苹果浪费,一直在水解阶段反应器在不同加载率按照这表明酸化反应器的pH值。水解稳定在pH值为5.5 OLR 3.5 - -4.0 g VS / L后15天。15天后,pH值调整到7.2,启动甲烷生成。

最大沼气132和140 mL / g和3.5和4 g的OLR VS / L(图5)。沼气中的甲烷含量为46%和46.2%,相当于60.7毫升和64.6毫升在3.5和4.0 g VS / L,分别在25天的消化。

3.5。消化的草

每日生产速度和平均沼气产量消化草浪费数据所示6和7。每日沼气产量显示多个峰值加班。多个峰值是由于存在多个基板在单个组件如前所述。每日沼气产量高度变量在25天的消化,然后稳定下来到实验的最后。如图7沼气产量挥发性固体率的增加而增加。挥发性固体分析决定了基质的有机物质总量。与数量的增加和有机物质被添加到蒸煮器或反应堆增加,因此导致增加每对甲烷产量增加和加载。沼气产量平均是391,490,501,557,和651 mL / g VS。沼气中甲烷的比例是51%,对应于199年,250年,256年,284和332毫升CH₄/ g VS。结果给出了沼气产量高于批量实验中发现草由刘et al。26),他获得的收益率372 mL / g VS。草和树叶含有蜡和脂质,没有量化。然而,这些化合物不会像碳水化合物降解[22]。甲烷的沼气生产的比例从草是51%。

3.6。美联储批研究椰子油蛋糕

3.6.1。沼气生产

基于前面的结果,椰子油蛋糕的厌氧生物降解性的评价美联储5 L厌氧反应器的批处理模式。添加底物是在4 g VS / L /所有批次的批处理。沼气产生决心使用水的体积位移方法,和结果呈现在图8代表的比例随时间产生的沼气中甲烷一个典型的批处理。所有批次明显滞后阶段被认为在每一批的开始。最大的沼气生产5至13天的消化。美联储批量操作的第一周期15天之后没有生产沼气。后,第二批底物添加。反应堆操作三个批次喂养后内源呼吸的迹象。在所有三个账户的衬底,最大甲烷产量是320 mL / g VS。结果表明,没有积累的抑制化学物质(27当美联储在批处理模式)。这方面可以考虑设计中试规模的厌氧消化池椰子油蛋糕。

操作。甲烷生产潜力

最大的生物降解性(Bo)给出了m³CH₄生产每公斤VS。理论最大甲烷生产0.35米³CH₄/公斤鳕鱼,一克的“生物”与污泥通常被认为是等于1.4克鳕鱼(28]。因此,理论最大甲烷生产将是0.49米³CH₄/公斤VS。因此,薄熙来的基板测试,椰子油蛋糕,和草岩屑除了腰果苹果是0.36,和0.33米³CH₄分别/公斤VS。甲烷生产潜力,因此最大的生物降解性的椰子油蛋糕相比高草岩屑被美联储批研究。

当地榨油机处理椰子处理每天约500公斤干椰子干椰子肉,石油开采之后,大约200公斤的椰子油蛋糕可以废渣的市场作为牛饲料在下降。基于美联储批研究我们将能够生产320 mL / g和甲烷或换句话说64000 dl / 200公斤和6400 L / 200公斤的原始椰子油蛋糕(TS @ 10%)。因此这个工厂每天可以生产6.43的沼气可以替代木柴用于烹饪6家庭考虑每个家庭都有5 - 6人,烹饪一天三次。还将产生的沼气量从而取代355公斤沼气。

4所示。结论

三个不同的残留的潜力作为基质对厌氧消化在这项研究调查。椰子油蛋糕沼气生产只在4和4.5 g VS / L。椰子油蛋糕沼气产量潜力高。然而,慢慢地它们包含可生物降解有机物,加载率应该是比较低的,以避免任何的积累慢慢消化器的可生物降解的固体。腰果苹果对厌氧消化的潜力很低。腰果苹果作为基体相分离导致过程稳定和显著的沼气产量高而单级反应器。从这项研究中获得的数据可用于设计大规模农业废物的厌氧消化器治疗。我们未来的工作重点是中试规模厌氧消化的椰子油蛋糕重达0.5吨的水平平推流反应器(已经构造)。

缩写

广告:	厌氧消化
骨形态发生蛋白:	生化甲烷潜力
TS:	总固体量
与:	挥发性固体
鳕鱼:	化学需氧量
TCOD:	总化学需氧量
荷尔蒙替代疗法:	水力停留时间
OLR:	有机加载速率。

承认

作者感谢大学拨款委员会,印度政府为资助这个项目(引用。SR / 33-139/2007)。

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