The use of straw pellets with the addition of crude glycerin for the intensification of biogas production during the anaerobic fermentation of cow manure

Abstract

Cow manure is a good substrate for producing biogas, since it already contains methanogens. Almost its only drawback is the low productivity of biogas output. The disadvantage of cattle manure is its low biogas yield, to increase which it is proposed to add granulated straw with the addition of crude glycerin. The aim of the work is to increase the biogas yield by adding straw granules containing crude glycerin to the main substrate based on cattle manure. To achieve this goal, the following tasks need to be solved: to determine the biogas and methane yield during methane mono-fermentation of cattle manure and combined methane fermentation of cattle manure with straw granules containing crude glycerin; using a mathematical model, to predict the cumulative biogas and methane yield during methane mono-fermentation of cattle manure and combined methane fermentation of cattle manure with straw granules containing crude glycerin. The novelty of the chosen topic is that for the combined methane fermentation of cattle manure and straw pellets with crude glycerin, the cumulative yield of biogas and methane was determined, which for 30 days is 293.7 l/kg of dry organic matter (DOM) and 143.5 l/kg of DOM, respectively. The significance of the results is that the results of the research can be used in industrial biogas plants in a quasi-continuous loading mode. In this case, the predicted methane yield will be 0.449 l/h⋅kg of DOM, which is higher than with mono-fermentation of cow manure, which is 0.365 l/h⋅kg of DOM.

Gunoiul de grajd de vacă este un substrat bun pentru producerea de biogaz, deoarece conține deja metanogene. Aproape singurul său dezavantaj este productivitatea scăzută a producției de biogaz. Dezavantajul gunoiului de grajd de bovine este randamentul scăzut de biogaz, pentru care se propune adăugarea de paie granulate cu adaos de glicerina bruta. Scopul lucrării este de a crește randamentul de biogaz prin adăugarea de granule de paie care conțin glicerină brută la substratul principal pe bază de gunoi de grajd de bovine. Pentru a atinge acest obiectiv, trebuie rezolvate următoarele sarcini: determinarea randamentului de biogaz și metan în timpul monofermentării metanului a gunoiului de grajd de bovine și a fermentației metanice combinate a gunoiului de grajd de bovine cu granule de paie care conțin glicerină brută; folosind un model matematic, pentru a prezice randamentul cumulat de biogaz și metan în timpul monofermentării cu metan a gunoiului de grajd de bovine și a fermentației combinate cu metan a gunoiului de grajd de bovine cu granule de paie care conțin glicerină brută. Noutatea temei alese este că pentru fermentația combinată metanică a gunoiului de grajd de bovine și a peletelor de paie cu glicerină brută s-a determinat randamentul cumulat de biogaz și metan, care pentru 30 de zile este de 293,7 l/kg substanță organică uscată (DOM) și, respectiv, 143,5 l/kg DOM. Semnificația rezultatelor este că rezultatele cercetării pot fi utilizate în instalațiile industriale de biogaz într-un mod de încărcare cvasi-continuu. În acest caz, randamentul estimat de metan va fi de 0,449 l/h⋅kg DOM, ceea ce este mai mare decât în cazul monofermentării gunoiului de grajd de vacă, care este de 0,365 l/h⋅kg DOM.

Коровий навоз является хорошим субстратом для получения биогаза, поскольку он уже содержит в своем составе метаногены, имеет слаболужную активную кислотность, а соотношение С/N входит в рациональный диапазон 10-30. Едва ли не единственным его недостатком является низкая производительность по выходу биогаза. Еще одним распространенным субстратом в аграрном производстве является солома, которая имеет соотношение С/N в пределах 60-100, из-за чего углерод полностью не перерабатывается метаногенами, поэтому выход биогаза при метановом моносбраживании такого сырья уменьшается. Для увеличения выхода биогаза солому можно добавлять к навозу крупного рогатого скота в гранулированном виде с добавками сырого глицерина. Целью работы является увеличение выхода биогаза за счет добавления к основному субстрату на основе коровьего навоза соломенных гранул, содержащих сырой глицерин. Для достижения поставленной цели нужно решить следующие задачи: определить выход биогаза и метана при метановом моносбраживании коровьего навоза и совместном метановом сбраживании коровьего навоза с соломенными гранулами, содержащими сырой глицерин; с помощью математической модели спрогнозировать кумулятивный выход биогаза и метана при метановом моносбраживании коровьего навоза и совместном метановом сбраживании коровьего навоза с соломенными гранулами, содержащими сырой глицерин. Новизна выбранной темы состоит в том, что для совместного метанового сбраживания коровьего навоза и гранул соломы с сырым глицерином определен кумулятивный выход биогаза и метана, который на 30 сутки составляет 293.7 л/кг сухого органического вещества (СОВ) и 143.5 л/кг СОВ соответственно. Значимость результатов состоит в том, что их можно использовать в промышленных биогазовых установках, которые работают при квазинепрерывном режиме загрузки. При этом прогнозируемый выход метана составит 0.449 л/час⋅кг СОВ, что выше, чем при моносбраживании коровьего навоза, который составляет 0.365 л/час⋅кг СОВ.