Use of apple pomace for intensification of biogas production in the anaerobic digestion of cattle manure

Abstract

The goal of the work is to increase the yield of methane in biogas plants due to the joint methane fermentation of cattle manure with apple pomace. To achieve this goal, the following tasks were solved: the yield of biogas from cattle manure was determined with the addition of apple pomace to the substrate and fermentation in psychrophilic and mesophilic temperature conditions of the biogas plant. Based on the obtained experimental data of fermentation at temperatures of 22±1°C and 36±1°C of the fermenter, the biogas yield was assessed and the rational temperature regime for the operation of the biogas plant was determined. The studies were carried out on a laboratory biogas plant, consisting of a fermenter and a wet-type gasholder. A glass container with a total volume of 3 dm3 was used as a fermenter. The novelty of the chosen topic lies in the fact that the maximum methane output rate was determined under periodic loading of the fermenter, which for the psychrophilic temperature regime is 0.0033 m3/(kg DOM∙day), and in the mesophilic temperature regime mode 4 times more - 0.012 m3/(kg DOM∙day). The significance of the results lies in the fact that based on the results of the dynamics of methane output during periodic loading of the fermenter, it is possible to predict a constant methane output in industrial biogas plants that operate in a quasi-continuous mode, which will be equal to the maximum methane output during periodic loading of the fermenter.

Scopul lucrării este de a crește randamentul de metan în instalațiile de biogaz datorită fermentării metanice comune a gunoiului de grajd cu borhot de mere. Pentru a atinge acest obiectiv, au fost rezolvate următoarele sarcini: s-a determinat randamentul de biogaz din gunoiul de grajd al bovinelor cu adăugarea de marc de mere la substrat și fermentarea în condiții de temperatură psihofilă și mezofilă a instalației de biogaz. Pe baza datelor experimentale obținute privind fermentarea la temperaturi de 22±1°C și 36±1°C ale fermentatorului, a fost evaluată producția de biogaz și a fost determinat regimul rațional de temperatură pentru funcționarea instalației de biogaz. Studiile au fost efectuate pe o instalație de biogaz de laborator, compusă dintr-un fermentator și un gasgolder de tip umed. Ca fermentator a fost utilizat un recipient din sticlă cu un volum total de 3 dm3. Noutatea subiectului ales constă în faptul că rata maximă de ieșire a metanului a fost determinată la încărcarea periodică a fermentatorului, care pentru regimul de temperatură psihofilă este de 0,0033m3/(kg MOU∙zi), (MOU – materie organică uscată) iar în regimul de temperatură mezofilă de 4 ori mai mult - 0,012m3/(kg MOU∙zi). Semnificația rezultatelor constă în faptul că, pe baza rezultatelor dinamicii producției de metan în timpul încărcării periodice a fermentatorului, este posibil să se prevadă o producție constantă de metan în instalațiile industriale de biogaz care funcționează într-un mod cvasi-continuu, care va fi egală cu producția maximă de metan în timpul încărcării periodice a fermentatorului.

При переработке яблок образуется большое количество побочных продуктов, к которым относятся выжимки, вытерки, очистки, богатые питательными и биологически активными веществами, но из-за высокой влажности они не устойчивы при хранении и быстро портятся, поэтому возникает необходимость их утилизации с помощью биогазовых установок. Целью работы является повышение выхода метана на биогазовых установках за счет совместного метанового сбраживания навоза крупного рогатого скота с выжимками яблок. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: определялся выход биогаза из навоза крупного рогатого скота с добавлением к субстрату выжимок яблок и метановом сбраживании в психрофильном и мезофильном температурных режимах работы биогазовой установки. На основе полученных экспериментальных данных сбраживания при температуре 22±1°С и 36±1°С ферментера осуществлялось оценивание выхода биогаза и определялся рациональный температурный режим работы биогазовой установки. Исследования проводились на лабораторной биогазовой установке, состоящей из ферментера и газгольдера мокрого типа. В качестве ферментера использовано стеклянную емкость общим объемом 3 дм3. Выход биогаза фиксировался за поднятием цилиндра мокрого газгольдера с помощью закрепленной на нем шкалы, отградуированной в сантиметрах. Содержание метана в биогазе устанавливалось с помощью газоанализатора. Измерение объема вырабатываемого биогаза проводилось каждые сутки. Новизна выбранной темы заключаются в том, что определена максимальная скорость выхода метана при периодическом режиме загрузки ферментера, который для психрофильного температурного режима составляет 0.0033 м3/(кг СОВ∙сутки), а в мезофильном режиме – 0.012 м3/(кг СОВ∙сутки). Значимость результатов заключается в том, что на основании результатов динамики выхода метана при периодическом режиме загрузки ферментера можно спрогнозировать постоянный выход метана в промышленных биогазовых установках, работающих в квазинепрерывном режиме, который будет равен максимальному выходу метана при периодической загрузке ферментера.