Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
метана и углекислоты, которые образуются в результате разложения сложных
субстратов при участии смешанной популяции микроорганизмов разных видов.
Поскольку искомый продукт - это газ, сбор его не составляет труда: он
просто выделяется в виде пузырьков. Впрочем, иногда при более сложных
способах его использования или распределения по трубам возникает
необходимость в очистке от примесей или в компрессии.
В анаэробном реакторе можно перерабатывать самое разнообразное сырье:
отходы сельского хозяйства (испорченные растительные или пищевые
продукты), стоки перерабатывающих предприятий, содержащие сахар, жидкие
отходы, образующиеся на сахарных заводах или при отжиме пальмового масла,
бытовые отходы, сточные воды городов и спиртовых заводов. Можно
перерабатывать и специально выращиваемые культуры, включая и
экзотические, растущие в пресной или морской воде или на бросовых землях:
водяной гиацинт, гигантские бурые водоросли или слоновью траву.
Весьма важно, что сырье с высоким содержанием целлюлозы (или
лигноцеллюлозы) не так просто использовать для иных целей: оно дешево или
вообще не имеет коммерческой ценности. Обычно масштабы переработки
невелики (в пределах одной фермы или деревни), хотя были разработаны и
проекты более крупных установок для переработки стоков или же
промышленных отходов. В масштабах государства наибольший вклад в
энергетический бюджет страны вносит такая переработка в Китае, где
построено около семи миллионов небольших (на одну семью) реакторов.
Неочищенный биогаз обычно используют для приготовления пищи и освещения.
Его можно применять как топливо в стационарных установках, вырабатывающих
электроэнергию. Сжатый газ в баллонах пригоден как горючее для машин и
тракторов. Его можно подавать в газораспределительную сеть. В последнем
случае требуется некоторая очистка биогаза: осушка, удаление углекислоты
и сероводорода. Очищенный биогаз ничем не отличается от метана из других
источников, т. е. природного газа или же SNG (синтетический газ,
получаемый из угля или водородсодержащего сырья). Хотя в большинстве
случаев конструкция реакторов рассчитана на получение метана, который
используется как топливо, строить такие установки имеет смысл не только
для этой цели. Нередко, особенно в развитых странах умеренного пояса,
реакторы используют главным образом для переработки отходов.
74
Глава 2
Установки для производства биогаза по принципу все возрастающего объема
можно сгруппировать следующим образом: 1) реакторы в сельской местности в
развивающихся странах (обычно имеют объем 1-20 м3); 2) реакторы на фермах
развитых стран (объем 50-500 м3) ; 3) реакторы, перерабатывающие отходы
промышленности (например, сахарных, спиртовых заводов и т. п., объем 500-
10 000 м3); 4) свалки бытовых и промышленных отходов (объем 1-20-106 м3).
Понятно, что детали технического устройства таких систем могут сильно
различаться. Так, существует несколько конструкций небольших реакторов -
от простейшей бродильной ямы в грунте с фиксированным объемом газа до
подземных или полу-подземных баков с металлическим или резиновым
накопителем газа с изменяющимся объемом. Эти установки могут работать в
режиме полного перемешивания, полного вытеснения, в режиме контактных
процессов, как анаэробные фильтры или реакторы с псевдоожиженным слоем.
Конструкция таких устройств определяется типом перерабатываемого сырья.
Задача заключается в том, чтобы не допустить потери микроорганизмов при
работе системы. Это достигается либо путем повторного их использования,
либо помещением в реактор поддерживающего субстрата, на котором и растут
клетки. Последний способ особенно хорош в случае, когда в реактор
поступает раствор с низким содержанием взвешенных частиц.
В развитых странах используется множество разнообразных установок. Это
определяется конкретной задачей - очисткой стоков или же достижением
нужного качества газа. Среди них есть и небольшие реакторы, мало чем
отличающиеся от описанных, и крупные установки с приспособлениями для
очистки газа, электрогенераторами, компрессорами и очистителями воды.
Иногда их строят в составе одного комплекса с другими крупными объектами:
канализационными станциями, сахарными и спиртовыми заводами,
животноводческими фермами и молокозаводами. В некоторых случаях бывает
необходимо провести предварительную обработку или разведение питательного
раствора. Это делается для оптимизации размера частиц во взвесях,
увеличения глубины переработки или уменьшения токсического действия
высоких концентраций азота.
В тех случаях, когда главной задачей является переработка отбросов,
приходится прежде всего механическим способом отделять крупноразмерную
фракцию, например солому и прочее. При применении такого способа, а также
при переработке сточных вод предприятий пищевой промышленности отношение
содержания растворенных углеводов к нерастворимым, содержащим
лигноцеллюлозу веществам существенно увеличивается, и обычно доля твердых
