Дигестат
Дигестат — это материал, остающийся после анаэробного сбраживания (разложения в условиях низкого содержания кислорода) биоразлагаемого сырья . Анаэробное сбраживание дает два основных продукта: дигестат и биогаз . Дигестат вырабатывается как путем ацидогенеза , так и метаногенеза , и каждый из них имеет разные характеристики. Эти характеристики обусловлены исходным источником сырья, а также самими процессами.
Источники сырья для дигестата
[ редактировать ]Анаэробное сбраживание — это универсальный процесс, в котором можно использовать множество различных типов сырья. Примером сырья может быть:
- Осадки сточных вод : жидкий осадок, необработанный осадок сточных вод, компостированный осадок и осадок, обработанный известью.
- Отходы животного происхождения: животные жиры, кровь животных, остатки пищи, содержимое желудка, содержимое рубца, туши животных, а также навоз домашней птицы, рыбы и скота .
- Энергетические культуры : обычно кукуруза, кукуруза, просо и клевер. Это могут быть цельные культуры, используемые для совместного переваривания, или отходы (стебли и стебли) от сбора этих культур.
- Муниципальные отходы : Пищевые отходы, фильтры для кофе/чая, органические остатки, отходы хлебобулочных изделий и кухонные отходы.
- Сельскохозяйственные отходы : фрукты, патока, стебли, солома растений и жом (остатки после измельчения стеблей сахарного тростника или сорго).
- Промышленные отходы : отходы переработки пищевых продуктов/напитков, отходы молочных продуктов, крахмальной/сахарной промышленности, отходы скотобоен и пивоваренных заводов. [1]
Это лишь некоторые из различных источников, из которых может поступать анаэробный дигестат. Химический состав получаемого дигестата может варьироваться в зависимости от используемого сырья. Осадки сточных вод и навоз животных обычно потребляют большую часть своего энергетического содержания, поскольку исходный источник энергии (пища) сначала переваривается внутри человека или животного. Это позволяет осадкам сточных вод и навозу быть хорошими кандидатами для совместного сбраживания вместе с другим сырьем для получения лучшего дигестата для сельскохозяйственных целей, а также для увеличения производства биогаза. [2]
Ацидогенный дигестат
[ редактировать ]На этом этапе подкисляющие бактерии превращают водорастворимые химические вещества, в том числе продукты гидролиза, в короткоцепочечные органические кислоты, такие как муравьиная, уксусная, пропионовая, масляная и пентановая, спирты, такие как метанол и этанол, альдегиды, углерод диоксид и водород. Другими продуктами ацидогенеза являются аммиак и сероводород. Эти бактерии действуют в диапазоне pH от 4,0 до 8,5. Этот процесс также может со временем снизить pH внутри биореактора, в результате чего микробы перестанут функционировать. По этой причине pH необходимо тщательно контролировать. [2]
Поскольку ацидогенез находится на ранней стадии процесса анаэробного сбраживания, большая часть органических веществ не полностью разложилась, оставив дигестат, который является волокнистым и состоит из структурных растительных веществ, включая лигнин и целлюлозу . Поэтому его часто называют твердым дигестатом. Ацидогенный дигестат обладает высокими влагоудерживающими свойствами. Дигестат может также содержать минеральные вещества (в первую очередь фосфор) и остатки бактерий .
Метаногенный дигестат
[ редактировать ]Метаногенез — последняя стадия анаэробного пищеварения. На этой фазе метаногенные археи производят метан из субстратов, образующихся во время ацетогенеза. Эти субстраты в основном представляют собой ацетат и водород. Метаногенез также может происходить с использованием другого метаболизма, основанного на сотрудничестве ферментирующих бактерий и архей-метаногенов, - синтрофного метаногенного пути. В ходе синтрофных метаногенов бактерии, принадлежащие главным образом к классу Clostridia, окисляют ацетат до водорода и CO 2 , которые последовательно используются гидрогенотрофными архей в качестве метаногенов. Метаногенные микробы довольно чувствительны к изменению pH и предпочитают диапазон от 5,0 до 8,5 в зависимости от вида. [2] Вот почему в некоторых биореакторах камеры для разных стадий анаэробного сбраживания разделены для оптимального производства биогаза.
К этому моменту большая часть органического вещества разложилась, оставив после себя метаногенный дигестат, известный как осадок (иногда называемый раствором или жидким дигестатом). Ил богат питательными веществами, такими как аммоний и калий . Другим побочным продуктом этого этапа является метан , который часто собирают и используют в качестве источника топлива.
Цельный дигестат
[ редактировать ]Это когда волокнистый дигестат (твердая фракция) ацидогенного дигестата объединяется с жидким дигестатом (жидкой фракцией) метаногенного дигестата для создания целого дигестата. Эта комбинация двух дигестатов представляет собой осадок. Жидкая фракция составляет до 90% объема дигестата, содержит 2–6% сухого вещества, частицы размером <1,2 мм, большую часть растворимых азота и калия, а твердая фракция сохраняет большую часть фосфора дигестата, содержит содержание сухого вещества ˃ 15%. [3]
Объединение этих двух веществ в единый дигестат позволяет повысить доступность широкого спектра питательных веществ, которые могут быть полезны для сельскохозяйственной деятельности. Некоторые анаэробные биодигестеры будут иметь только одну камеру пищеварения, позволяющую этим двум пальцам смешиваться самостоятельно без дальнейшего вмешательства.
Характеристики дигестата
[ редактировать ]Основные параметры для оценки качества дигестата при его использовании в сельском хозяйстве включают pH, питательные вещества, общее количество твердых веществ (TS), летучие твердые вещества (VS) и общее количество углерода (TC). Это качество зависит от сырья и типа анаэробной варочной системы. [3] Обычно содержание аммиака в дигестате составляет примерно 60-80% от общего содержания азота, но в таком сырье, как кухонные пищевые отходы, оно может достигать 99%. Также сообщается, что дигестат имеет более высокую концентрацию фосфора и калия, чем компост. Среднее соотношение P и K составляет около 1:3. Все это вместе делает дигестат потенциально жизнеспособным источником сельскохозяйственных удобрений для некоторых культур. [4]
Использование
[ редактировать ]Основное использование дигестата – в качестве кондиционера почвы . [5] Ацидогенный дигестат обеспечивает удержание влаги и содержание органических веществ в почвах. Этот органический материал может далее разрушаться аэробно в почве . Метаногенный дигестат обеспечивает питательные вещества для роста растений . Его также можно использовать для защиты почвы от эрозии.
Ацидогенный дигестат также может использоваться в качестве экологически чистого наполнителя для придания структуры композитным пластикам .
Эксперименты по выращиванию дигестата, полученного из смешанных отходов, показали здоровые результаты роста сельскохозяйственных культур. [6] Дигестат также можно использовать при интенсивном выращивании растений в теплицах, например, в дигепонике .
Кроме того, было показано, что как твердые, так и жидкие дигестаты можно использовать в гидропонном производстве сельскохозяйственных культур. Многочисленные исследования показали, что дигестат может давать одинаковые или более высокие урожаи для нескольких культур по сравнению со стандартными методами выращивания, используемыми в гидропонике и выращивании на беспочвенном субстрате. [7] [8] [9]
Было показано, что применение дигестата подавляет заболевания растений и вызывает устойчивость. Внесение дигестата оказывает прямое влияние на заболевания, передающиеся через почву, и косвенное воздействие за счет стимуляции биологической активности.
Дигестат и компост
[ редактировать ]Дигестат технически не является компостом , хотя он похож на него по физическим и химическим характеристикам. Компост производится путем аэробного сбраживания – разложения аэробами . Сюда входят грибы и бактерии , которые способны в большей степени расщеплять лигнин и целлюлозу.
Было показано, что обработка, например, ультразвуком , усиливает солюбилизацию дигестата, что измеряется повышенными уровнями растворимой химической потребности в кислороде (sCOD), общего растворимого органического углерода (sTOC) и общего растворимого азота (sTN), высвобождаемых в раствор. [10]
Стандарты дигестата
[ редактировать ]Стандарт дигестата, полученного путем анаэробного сбраживания, можно оценить по трем критериям: химическому, биологическому и физическому аспектам. Химическое качество необходимо учитывать с точки зрения тяжелых металлов и других неорганических загрязнителей, стойких органических соединений и содержания макроэлементов, таких как азот, фосфор и калий. В зависимости от источника биологические отходы могут содержать патогены, которые, если не принять соответствующие меры, могут привести к распространению болезней человека, животных или растений.
Физические стандарты компостов включают главным образом факторы внешнего вида и запаха. Хотя физическое загрязнение не представляет проблемы для здоровья людей, растений или животных, загрязнение (в виде пластика, металлов и керамики) может вызвать негативное общественное мнение. Даже если компост высокого качества и соответствует всем стандартам, негативное восприятие обществом компостов на основе отходов все равно существует. Об этом пользователям напоминает наличие видимых загрязнений.
Контроль качества сырья является наиболее важным способом обеспечения качества конечного продукта. Содержание и качество отходов, поступающих на объект, должны быть как можно более тщательно охарактеризованы перед их доставкой.
В Великобритании общедоступная спецификация (называемая PAS110) регулирует определение дигестата, полученного в результате анаэробного сбраживания биоразлагаемых материалов, разделенных по источникам. [11] Спецификация гарантирует, что все переваренные материалы имеют постоянное качество и подходят для использования. Если биогазовая установка соответствует стандарту, ее дигестат будет считаться полностью восстановленным и перестанет быть отходом, и его можно будет продавать под названием «биоудобрение». [12]
См. также
[ редактировать ]- Анаэробное разложение
- Типы анаэробных варочных котлов
- Анаэробное пищеварение
- Биогазовая электростанция
- Биотвердые вещества
- Механико-биологическая очистка
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чонг, Чи Ченг; Ченг, Йок Ван; Исхак, Сюкрия; Лам, Ман Ки; Лим, Цзюнь Вэй; Тан, Инн Ши; Шоу, Пау Локе; Ли, Кит Теонг (10 января 2022 г.). «Анаэробный дигестат как недорогой источник питательных веществ для устойчивого выращивания микроводорослей: путь вперед через подход к повышению ценности отходов» . Наука об общей окружающей среде . 803 : 150070. Бибкод : 2022ScTEn.803o0070C . doi : 10.1016/j.scitotenv.2021.150070 . ISSN 0048-9697 . ПМИД 34525689 . S2CID 237534329 .
- ^ Перейти обратно: а б с Ди Мария, Франческо (01 января 2017 г.), Грумесеску, Александру Михай; Холбан, Алина Мария (ред.), «Глава 3 - Восстановление энергии и материалов из пищевых отходов путем совместного разложения с илом: внутренняя среда варочного котла и метаногенный путь» , Пищевая биоконверсия , Справочник по пищевой биоинженерии, Academic Press, стр. 95 –125, ISBN 978-0-12-811413-1 , получено 22 ноября 2021 г.
- ^ Перейти обратно: а б Асо, Сэмми Н. (11 мая 2020 г.). Дигестат: побочный продукт производства биотоплива в экономике замкнутого цикла и новые результаты для дигестата остатков пилинга маниоки . ИнтехОпен. ISBN 978-1-83881-001-6 .
- ^ Макади, Марианна; Томочик, Аттила; Россиянка, Виктория (14 марта 2012 г.). Дигестат: новый источник питательных веществ — обзор . ИнтехОпен. ISBN 978-953-51-0204-5 .
- ^ Оценка возможностей преобразования отходов коренных народов Великобритании в топливо и энергию (отчет), NNFCC 09-012. Архивировано 20 июля 2011 г. в Wayback Machine.
- ↑ Ответ на требование разделения источников. Архивировано 29 сентября 2007 г. на Wayback Machine , www.alexmarshall.me.uk, дата обращения 22 февраля 2007 г.
- ^ Ронга, Доменико; Пеллати, Федерика; Бригенти, Вирджиния; Лаудичелла, Катя; Лавиано, Лука; Федален, Маамар; Бенвенути, Стефания; Печчиони, Никола; Франсия, Энрико (01 декабря 2018 г.). «Испытание влияния дигестата биогаза на рост и летучие соединения базилика (Ocimum basilicum L.) и мяты перечной (Mentha xpiperita L.) в гидропонике» . Журнал прикладных исследований лекарственных и ароматических растений . 11 :18–26. дои : 10.1016/j.jarmap.2018.08.001 . ISSN 2214-7861 . S2CID 105386414 .
- ^ Magpiecomms. «Новое использование дигестата: защищенное садоводство» . Конференции . Проверено 22 ноября 2021 г.
- ^ Стокнес, К.; Шолвин, Ф.; Кшесинский, В.; Войцеховска, Э.; Ясиньска, А. (01 октября 2016 г.). «Эффективность новой системы «Еда из отходов в еду», включающей анаэробное переваривание пищевых отходов и выращивание овощей на дигестате в теплице с пузырьковой изоляцией» . Управление отходами . 56 : 466–476. Бибкод : 2016WaMan..56..466S . дои : 10.1016/j.wasman.2016.06.027 . hdl : 10852/77673 . ISSN 0956-053X . ПМИД 27425859 .
- ^ Гарома, Темесген; Паппатерра, Паппатерра (2018). «Исследование влияния ультразвука на солюбилизацию дигестата и выход метана». Управление отходами . 71 : 728–733. Бибкод : 2018WaMan..71..728G дои : 10.1016/j.wasman.2017.03.021 . ПМИД 28318963 .
- ^ Страница анаэробного пищеварения WRAP
- ^ «Официальный информационный портал Великобритании по анаэробному сбраживанию и биогазу, страница стандартов дигестата» . Архивировано из оригинала 12 февраля 2011 г. Проверено 16 февраля 2011 г.
- Пэн, Вэй и Пивато, Альберто. (2019). Устойчивое управление дигестатом из органической фракции твердых бытовых отходов и пищевых отходов в соответствии с концепциями альтернатив «возвращение на Землю» и циркулярной экономики. Валоризация отходов и биомассы. 10. 10.1007/с12649-017-0071-2.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
СМИ, связанные с дайджестатом, на Викискладе?
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
