Глоссарий

Anaerobic digestion is typically carried out either in the mesophilic (28–40 C) or thermophilic (50–57 C) temperature range. At thermophilic temperature the rates of degradation and biogasification are faster, and have greater potential to destroy weed seeds and plant pathogens, which is especially beneficial for reapplying the undigested residue with little post treatment back on to the fields to recycle nutrients. Even though the latter benefit may not be applicable to spent beet pulp; it should be taken into consideration if the pulp were to be digested together with other organic residues like sugar beet trimmings or tailings.

Sugar beet pulp and similar feedstocks have been biogasified at thermophilic temperature using both slurry and leach-bed reactors. For example, shredded (<7 mm size) orange peel waste was digested in a continuously fed stirred tank reactor, shredded and ensiled sorghum crop was digested in a solids concentrating reactor and vegetable waste as received was digested in a single-stage leach-bed digester.

The aim of this work was to investigate the effectiveness of employing a single-stage leach-bed process to biogasify spent sugar beet pulp and evaluate the performance of the process in terms of its kinetics, methane yield and extent of degradation. The performance of this process was then compared to other processes that have been developed for spent sugar beet pulp.

Methods

Anaerobic digester

Three digesters (Digesters 1, 2 and 3), each 5 L (0.005 m3), (working volume of 4 L, (0.004 m3), were constructed by modifying glass jars. The height and inner diameter of the digesters were 0.406 m (16 in.) and 0.0610 m (2.4 in.), respectively. The digesters were sealed with a top lid, outer diameter of 0.0965 m (3.8 in.), using an O-ring fitted for gas and liquid tightness and clamped with a stainless steel clamp. Three ports were provided at the top of the lid, one for gas outlet, and others for sample withdrawal. At the bottom of the digesters an outlet port was provided for draining. No additional external/internal mixing device was employed. Gas production from the digesters was measured using a positive displacement gas meter. The device consisted of a clear PVC U-tube filled with anti-freeze solution, solid state time delay relay (Dayton OFF Delay Model 6X153E), a float switch (Grainger), a counter (Redington Inc.) and a solenoid valve (Fabco Air). The U-tube gas meter was calibrated in-line to determine volume of biogas per count. A count was considered as that amount of gas read on syringe (in milliliters) for which the gas meter completes one whole number count (e.g. one count = 0.045 L, then two counts = 0.09 L and continued on). The pH in the digester was measured daily using pH meter.

Анаэробное сбраживание обычно проводится либо в мезофильном (28-40 C), либо в термофильном (50-57 C) диапазоне температур. При термофильной температуре скорость разложения и биогазификации выше, равно как и больше вероятность для уничтожения семян сорняков и патогенов растений, что особенно полезно для повторного использования непереваренных остатков с минимальной последующей обработкой на полях для рециркуляции питательных веществ. Хотя последнее преимущество может быть неприменимо к отработанному свекловичному жому, его следует принимать во внимание, если жом будет сбраживаться вместе с другими органическими остатками, такими как обрезки сахарной свеклы или хвосты.

Жом сахарной свеклы и аналогичное сырье переводили в биогаз при термофильной температуре с использованием реакторов с суспензией и выщелачиванием. Например, измельченные (размер <7 мм) отходы апельсиновой кожуры сбраживались в реакторе с непрерывной загрузкой с перемешиванием, измельченная и силосованная культура сорго сбраживалась в реакторе с концентрированными твердыми веществами, а полученные овощные отходы сбраживались в одноступенчатом реакторе с выщелачивающим слоем.

Цель данной работы заключалась в исследовании эффективности использования одноступенчатого процесса в слое выщелачивания для биогазификации отработанного жома сахарной свеклы и оценке эффективности процесса с точки зрения его кинетики, выхода метана и степени разложения. Затем эффективность этого процесса была сравнена с другими процессами, разработанными для отработанного свекловичного жома.

Методы

Анаэробный реактор

Три метантенка (метантенки 1, 2 и 3), каждый объемом 5 л (0,005 м3) (рабочий объем 4 л (0,004 м3)), были построены путем модификации стеклянных банок. Высота и внутренний диаметр метантенков составляли 0,406 м (16 дюймов) и 0,0610 м (2,4 дюйма), соответственно. Скважины были закрыты верхней крышкой с внешним диаметром 0,0965 м (3,8 дюйма) с помощью уплотнительного кольца, установленного для обеспечения газо- и жидкостной герметичности, и зажаты хомутом из нержавеющей стали. В верхней части крышки были предусмотрены три отверстия, одно для выхода газа, а другие для отбора проб. В нижней части метантенков было предусмотрено выходное отверстие для слива. Никаких дополнительных внешних/внутренних перемешивающих устройств не использовалось. Количество произведенного газа из метантенков измерялось с помощью газового счетчика с принудительным вытеснением. Устройство состояло из прозрачной U-образной трубки из ПВХ, заполненной раствором антифриза, твердотельного реле задержки времени (Dayton OFF Delay Model 6X153E), поплавкового выключателя (Grainger), счетчика (Redington Inc.) и электромагнитного клапана (Fabco Air). Газоанализатор U-образной трубки был откалиброван в линии для определения объема биогаза на его количество. Количеством газа считалось такое количество газа, считанное на шприце (в миллилитрах), для которого газовый счетчик выполнил один счет целого числа (например, один счет = 0,045 л, затем два счета = 0,09 л и далее). pH в метантенке измерялся ежедневно с помощью pH-метра.

Глоссарий

Recycle nutrients – рециркуляция питательных веществ

Reapplying the undigested residue– повторное использование непереваренных остатков

Little post treatment – минимальная последующая обработка

Extent of degradation – степень разложения

Methane yield – выход метана

Positive displacement – принудительное вытеснение

Digester - метантенк