Перевод: английский - русский - www.onlinedoctranslator.com
См. обсуждения, статистику и профили авторов для этой публикации по адресу:https://www.researchgate.net/publication/305570503
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ ОТХОДОВ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
Статья· Январь 2016 г.
ЦИТАТЫ
ЧИТАЕТ
3
7014
3 автора, включая:
Викас Шарма
Астонский университет
17ПУБЛИКАЦИИ75ЦИТАТЫ
СМОТРЕТЬ ПРОФИЛЬ
Некоторые авторы этой публикации также работают над следующими родственными проектами:
БиодизельПосмотреть проект
УКИЕРИПосмотреть проект
Весь контент, следующий за этой страницей, был загруженВикас Шарма23 июля 2016 г.
Пользователь запросил улучшение загруженного файла.
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА БИОГАЗА ИЗ ОТХОДОВ ПТИЧЬЕГО ПОМЕТА
*
RajeniEkkaand**Викас Шарма и***Аджит Кумар
* JRF, Отдел улучшения и защиты полевых культур, Институт сельскохозяйственных исследований Центрального
острова, Порт-Блэр, Андаманские и Никобарские острова,ИНДИЯ
* * Кандидат наук. Научный сотрудник отдела внутреннего сгорания, факультет
машиностроения, Университет Анны в Ченнаи,ИНДИЯ
* * * У.Г., научный сотрудник кафедры машиностроения Института науки и технологии малва,
Индаур, член парламента,ИНДИЯ
Абстрактный
Рост стоимости обычного топлива в городских районах требует изучения других дешевых, возобновляемых и
устойчивых альтернативных источников энергии. Неизбежно, что при больших объемах и высокой плотности
производства птицы в Индии будет производиться большое количество отходов птицеводства. Отходы
птицеводства, образующиеся в качестве ежедневного кормления цыплят как от бройлеров, так и от несушек, в
стране в значительной степени используются в качестве органических удобрений в сельскохозяйственных
целях. Птицеводство растет день ото дня, сконцентрировано как в городских, так и в сельских районах. Цель
этой статьи — показать, что отходы птицеводства, используемые в качестве кормового материала для
производства биогаза, могут извлекать дополнительную энергию из энергии, которая в противном случае
тратится впустую, и позволяют птицеводству сосуществовать с окружающей средой соседей. Это исследование
определит и оценит экономическую целесообразность производства биогаза из отходов птицеводства.
Исследование представляет особый интерес для птицеводов и сообщества в Индии, поскольку люди все больше
осознают воздействие загрязнения на окружающую среду. Исследование было сосредоточено на различных
параметрах, связанных с физико-химическими характеристиками субстратов, удобрительной ценностью
переваренных отходов птицеводства, оценкой уровня запаха на птицефабрике и вокруг нее и аспектами затрат
и выгод производства биогаза из отходов птицеводства.
Ключевые слова: биогаз, отходы птицеводства, возобновляемые источники энергии, навозная жижа.
Введение
Энергия является одним из важнейших факторов глобального процветания. В сегодняшнем образе жизни,
требовательном к энергии, необходимость изучения и использования новых источников энергии, которые являются
возобновляемыми, устойчивыми, а также экологически чистыми, неизбежна [3]. Чрезмерная зависимость от
ископаемого топлива как основного источника энергии привела к глобальному изменению климата, загрязнению и
деградации окружающей среды, что привело к проблемам со здоровьем человека. В 2040 году в мире, по прогнозам,
будет 9-10 миллиардов человек, и они должны быть обеспечены энергией и материалами [1]. Большинство людей в
развивающихся странах не имеют легкого и стабильного доступа к передовым видам энергии, таким как электричество;
поэтому они полностью зависят от твердых видов топлива, таких как дрова, для удовлетворения своих основных
энергетических потребностей, таких как приготовление пищи и освещение. По данным приготовления пищи
приходится около 90% всего бытового потребления энергии в развивающихся странах. В то же время более 60% всей
древесины в развивающихся странах используется в качестве
Все права защищены
90
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
древесное топливо в виде древесного угля, особенно в городских районах, или в виде дров, в основном в
сельской местности. Это привело к истощению лесов быстрее, чем их можно восстановить [4].
Биогаз является хорошо зарекомендовавшим себя топливом, которое может дополнить или даже заменить
древесину в качестве источника энергии для приготовления пищи и освещения в развивающихся странах. В
настоящее время, когда ископаемое топливо становится дефицитным и более дорогим, экономика производства
биогаза оказывается более благоприятной [2]. Биогаз является легкодоступным энергоресурсом, который
значительно снижает выбросы парниковых газов по сравнению с выбросами свалочного газа в атмосферу [4].
Более того, с увеличением размера и региональной концентрации предприятий по откорму животных в стойлах
(CAFO) растет общественное беспокойство по поводу потенциального воздействия на качество окружающей
среды отходов, образующихся в результате CAFO. В ответ на это регулирующие органы тщательно изучают
методы обращения с отходами животноводства и пересматривают правила, чтобы уменьшить его воздействие
на окружающую среду [6]. Обращение с этими отходами в соответствии с более строгими экологическими
нормами может оказать значительное экономическое влияние на CAFO. В результате операторы CAFO
оценивают методы обращения с отходами, которые превращают отходы в более ценные продукты. Одним из
подходов к повышению ценности отходов является их использование в качестве энергетического ресурса. Более
того, [Фунти другие., 1981] заметил, что установки по производству биогаза обеспечивают децентрализованную
систему подачи топлива и управления отходами, обе из которых очень привлекательны, особенно в сельских
районах развивающихся стран.
По расчетам, при поголовье птицы в стране 28,6 млн и наличии отходов птицеводства
1575,5 млн кг в год выход биогаза составит 116,6 млн м3/год [2]. Это может
производить 648 ГВтч тепловой энергии в год. Если тепловую энергию
преобразовывать в электрическую, то при допущении 15-процентных потерь при
преобразовании тепловой энергии в электрическую можно ежегодно получать около
550 ГВтч электроэнергии.
Поскольку исследования в области производства биогаза из отходов птицеводства были новой областью для биогазовой технологии, а
также для индийской птицеводческой промышленности.
Тем не менее, конкретные цели исследования заключались в следующем:
-
Установить стационарный купольный биореактор модели GGC-2047 объемом 10 м3 для проведения экспериментов по
получению биогаза из отходов птицеводства.
Запишите различные параметры, такие как pH, температура, время удерживания и консистенция суспензии, общее
содержание твердых веществ, соотношение углерод: азот (отношение C/N) и содержание летучих твердых веществ.
-
Оцените производство биогаза в нормальных условиях.
Оценить уровень запаха птичьих отходов по соседству до и после
биоразложения.
Получите доступ и проанализируйте удобряющую ценность навозной жижи из отходов
птицеводства. Анализ финансовой целесообразности производства биогаза в птицеводстве
Все права защищены
91
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
Птичий помет
Птичья подстилка, используемая в этой работе, распределяется по полу сараев, которые служат для птиц. Для этого
применения могут быть использованы различные материалы, такие как: древесная стружка, шелуха арахиса, рисовая
шелуха, кофейная шелуха, сухая трава и измельченные кукурузные початки [6]. На рис. 1 показан типичный пол,
используемый в сараях.
Рисунок 1
Увеличение количества домашних цыплят приводит к образованию большого количества отходов,
поэтому необходимо подумать об альтернативах обработки и/или конечном пункте назначения, чтобы
свести к минимуму вызванное этим воздействие. Согласно [4], 20 % глобальных выбросов парниковых
газов приходится на сельскохозяйственную деятельность, где основными вовлеченными газами являются
метан и закись азота. Средний выход постельного белья составляет 2,19 кг на цыпленка в натуральном
виде, т. е. без отделения сухих веществ и с учетом процента влажности [6]. Объемы производства и
характеристики птичьего помета зависят от используемого основного материала, времени года, времени
создания и плотности популяции птиц [7]. Однако помет уже давно используется в качестве источника
пищи для жвачных животных из-за проблем со здоровьем, возникших в Европе в 2001 году.
Материалы и методы
Сконструированный реактор биомассы (рис. 1) оценивали с использованием птичьего помета и
смеси птичьего помета и перьев (далее — птичьего помета). Птичий помет был тщательно собран с
крупных птицеводческих предприятий, тогда как птичий помет был собран с той же фермы, что и
все дневные отходы, которые обычно сгребаются с фермы каждое утро. Два отдельных образца
отходов представляли собой смешанную воду в соотношении 3:1 (т.е. вода к отходам). Отходы
использовались для загрузки биореактора в периодическом режиме; начиная с птичьего помета.
После загрузки метантенка сточными водами и водой его подвергали анаэробному сбраживанию
после герметизации всей системы. Расщепление проводили периодически; каждый при
среднесуточной температуре окружающего воздуха 32оС.
Все права защищены
92
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
Методы анализа
Дизайн биореактора:
Сосуды биореактора были изготовлены из трех 25-литровых прозрачных пластиковых контейнеров
диаметром 40 см и длиной 30 см, каждый из которых был промаркирован А, В и С. Крышка сосудов
была просверлена в двух местах горячим паяльником, одно посередине для Резиновый шланг
диаметром 0,9 см и еще один сбоку для резинового шланга диаметром 2 см, который служит
входным отверстием для подложек. Шланг диаметром 0,9 см и длиной 70 см вводится в
пятилитровую бутылку из-под майонеза через отверстие, просверленное в крышке бутылки, а
другой шланг такого же диаметра, но длиной 20 см выходит из бутылки через ту же крышку в другую
бутылку. того же размера. Сбоку емкости на расстоянии 2 см от дна сосуда сделана перфорация для
резинового шланга диаметром 0,5 см и длиной 10 см. Этот шланг был закреплен с помощью зажима
снаружи, чтобы предотвратить потерю среды. Все отверстия были должным образом заклеены
резиновыми трубками и клеем, чтобы сделать всю систему биореактора герметичной. Биодигестер
показан на рисунке 2 ниже.
Рис.2: Недавно построенные пластиковые биореакторы
Материалы:
Для целей данной исследовательской работы использовались следующие материалы: пластиковый
биореактор, стеклянный ртутный термометр, весы, pH-метр, соединительные трубки, ступка и пестик,
нагреватель, горелка Бунзена, мерные цилиндры, стаканы, воронка, полиэтилен. Мешок, птичий помет,
кукурузный початок, макулатура и вода.
Предварительная обработка субстратов:
Все собранные субстраты, за исключением птичьего помета, нуждались в предварительной обработке, поскольку они
представляют собой лигноцеллюлозные материалы. Использовались методы физической предварительной обработки
путем измельчения для уменьшения размера частиц и термического гидролиза. Кукурузные початки измельчали на
мельнице и смешивали с водой до получения кашицы. Смесь кипятили при 100°С в течение одного часа, охлаждали,
фильтровали и сушили для удаления содержащейся в ней воды. Бумагу разрывали на куски и замачивали в воде на 3
дня, после чего растирали в ступке пестиком, кипятили при 100°С в течение часа, давали остыть, фильтровали и сушили
для удаления воды. Два предварительно обработанных ко-субстрата просеивали и откладывали в сторону.
Все права защищены
93
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
Необработанные субстраты:
Необработанный ко-субстрат (кукурузные початки и макулатура) также измельчали и откладывали в сторону.
Дизайн ферментации:
Состав шламовых комбинаций был составлен таким образом, чтобы содержание твердых веществ составляло 8%, и каждый биореактор был
заполнен суспензией на 70% объема варочного котла. 1,08 кг высушенного птичьего помета отвешивали в биореактор А и тщательно смешивали с
водой до отметки 17 литров. По 0,36 кг измельченных необработанных початков кукурузы и измельченных необработанных макулатуры и птичьего
помета взвешивали в биореакторе В и тщательно смешивали с водой до отметки 17 литров. По 0,36 кг предварительно обработанных початков
кукурузы, предварительно обработанных макулатуры и птичьего помета взвешивали в биореакторе С и тщательно смешивали с водой до отметки 17
литров. 0,32 кг свежего содержимого рубца свежезабитого крупного рогатого скота использовали в качестве инокулянта для инокуляции каждого
приготовленного субстрата, чтобы запустить различные процессы ферментации в каждом из биореакторов. Ферментация проводилась в течение 30
дней в мезофильных условиях (температура от 27 до 35°C). Было измерено значение pH среды, и было обнаружено, что оно находится в диапазоне от
4,8 до 8,0, что находится в пределах диапазона pH, необходимого для производства биогаза. В течение этого периода дигесторы встряхивали дважды
в день (утром и вечером), чтобы пищеварение происходило во всей среде. Биодигесторы были покрыты черными полиэтиленовыми листами, чтобы
предотвратить проникновение света, который может стимулировать рост водорослей, а также удерживать тепло, поглощенное в течение дня. В
течение этого периода дигесторы встряхивали два раза в день (утром и вечером), чтобы пищеварение происходило во всей среде. Биодигесторы были
покрыты черными полиэтиленовыми листами, чтобы предотвратить проникновение света, который может стимулировать рост водорослей, а также
удерживать тепло, поглощенное в течение дня. В течение этого периода дигесторы встряхивали два раза в день (утром и вечером), чтобы
пищеварение происходило во всей среде. Биодигесторы были покрыты черными полиэтиленовыми листами, чтобы предотвратить проникновение
света, который может стимулировать рост водорослей, а также удерживать тепло, поглощенное в течение дня.
Сбор информации:
Для количественной оценки количества произведенного биогаза использовали метод вытеснения
воды. Объем образовавшегося газа измеряли объемом воды, вытесненной из первого баллона во
второй в результате создания давления газа внутри сосудов. Температуру, рН и объем
образовавшегося газа измеряли и регистрировали с интервалами в 2 дня на протяжении всего
периода ферментации.
Обсуждение результата
Количество биогаза, образующегося в результате анаэробного брожения субстрата, измеренное объемом
воды, вытесненной из каждого биореактора, показано в таблице 1. Также регистрировались температура
и рН среды. Производство биогаза заняло несколько дней, прежде чем его начали производить. Это
может быть результатом лаг-фазы инокулята, которая часто возникает в результате изменений в
окружающей среде или обогащении среды. В течение этого периода инокулят пытается адаптироваться к
своей новой среде или, вероятно, из-за того, что метаногены подвергаются процессу метаморфического
роста, потребляя предшественники метана, полученные в результате первоначальной активности, как это
было предложено [Lalitha et al., 1994; Bal and Dhagat, 2001]. ]. показания температуры и рН в зависимости
от времени удерживания для варочных котлов А, В и С соответственно. Показания показывают, что
показания температуры колебались в пределах 28-35 oC, а показания pH постоянно снижались на
протяжении всего экспериментального периода. Это согласуется с выводами предыдущих исследователей
производства биогаза, в которых общепризнано, что на начальных стадиях общего процесса
производства биогаза кислота
Все права защищены
94
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
формирующиеся бактерии производят летучие жирные кислоты (ЛЖК), что приводит к снижению pH и
уменьшению роста метаногенных бактерий.
[Висентаи другие., 1984; Кузини другие., 1992].
Испытание пламенем:Пламенное испытание было проведено для биогаза, полученного в каждом из
биореакторов, путем подсоединения небольшого шланга диаметром 0,9 см к горелке Бунзена. Шланг был
отрезан от первой бутылки из-под майонеза и присоединен к горелке Бунзена. Горелка Бунзена, соединенная с
варочным котлом, была помещена в темное и безвоздушное помещение, чтобы иметь непрерывное чистое
пламя. Было обнаружено, что биогаз в каждой из бутылок зажигает горелку и производит пламя. Диаграмма для
этого теста была показана на рисунке 3 ниже,
Рис: 3
Заключение
Результаты этого исследования ясно показали, что птичий помет может служить подходящим субстратом для
производства биогаза. Использование этого субстрата для производства биогаза может решить проблемы с его
утилизацией и создать еще один обильный источник устойчивой энергии. Результат также показывает
применимость биореакторов местного производства в качестве модели производства биогаза. Оставшаяся
суспензия в биореакторе после производства биогаза также оказалась обогащенным компостом, который можно
использовать для улучшения питательных веществ и продуктивности сельскохозяйственных почв. Отходы
животноводства и растительности особенно распространены в сельской местности. Биогаз, получаемый из
птичьего помета, производит энергетический ресурс, который можно очищать и хранить в газовых баллонах, а
затем эффективно использовать для прямого преобразования тепла. Процесс также создает превосходный
остаток, который сохраняет удобрительную ценность исходных отходов. Кроме того, следует активизировать
поиск альтернативных источников энергии, таких как биогаз, чтобы предотвратить такие экологические
бедствия, как вырубка лесов, опустынивание и эрозия почвы в наших сельских районах. Наконец,
производительность пластикового синтетического биореактора, используемого в этом исследовании, оказалась
очень удовлетворительной в плане обеспечения чистым топливом и удобрениями хорошего качества.
Все права защищены
95
Международный журнал междисциплинарного исследовательского центра (IJIRC) ISSN: 2455-2275 (E)
Том II, выпуск 2, февраль 2016 г.
использованная литература
[1] Альварес, М. (2000). Анаэробное сбраживание твердых органических отходов. Обзор
научных достижений и перспектив. Технология биоресурсов, 74(1):3-16.
[2] Аттар, Ю.; Метре, С.Т. и Шавале, доктор медицины (1998). Повышение продукции биогаза
целлюлитическими штаммами актиномицетов. Биогазовый форум, 1(72):11-15.
[3] Бал, А.С. и Дхагат Н.Н. (2001). Обзор анаэробного реактора с восходящим потоком воздуха.
Индия Дж. Энвайрон. Здоровье, 43:1-82.
[4] Чоудри,и другие.,(1994). Оценка потенциала листьев деревьев для производства
биогаза. India Forester, 120(8): 720-728.
[5] Кузин Н. и др. (1992). Метаногенная ферментация кожуры маниоки с использованием пилотного автоклава с
поршневым потоком, Bioresource Technology. 41: 259-264.
[6] Фулфорд, Д. (1998). Запуск биогазовой программы: справочник. Биогазовая технология в Китае.
Публикации по информационным технологиям № 52.
[7] Гарба, Б. и Самбо, А.С. (1995). Влияние некоторых рабочих параметров на скорость производства
биогаза. Нигерийский журнал возобновляемых источников энергии, 3: 36-44.
[8] ГТЦ, (2007). Взгляд на эффективность использования топлива и распространение глиняных и керамических
печей в Южной Африке.
[9] Итодо, Индиана; Лукас, Э.Б. и Куча, Э.И. (1992) Влияние материалов среды и ее качества на
выход биогаза. Ниг. J. Возобновляемая энергия, 3:1-2.
[10] Лалита, К.; Сваминатан, К.Р. и Бай, Р.П. (1994) Кинетика биометанирования твердых отходов
кожевенного производства и концепция интерактивного метаболического контроля. Прикладная
биохимическая биотехнология. 47: 73-87. Марамба, FD (1978)
[11] Производство компостных удобрений и биогаза из человеческих и сельскохозяйственных отходов в
Китайской Народной Республике, Maya Farms Division, Liberty Flour Mills, 230 страниц.
Все права защищены
Посмотреть статистику публикаций
96