Сочетание щелочной предобработки и аэрации повышает выход метана при анаэробном сбраживании

Проблема утилизации избыточного птичьего помета (PL) в Арканзасе, занимающем третье место в США по производству бройлеров, требует устойчивых решений. Анаэробное содружественное сбраживание (Co-AD) птичьего помета с соломой, например пшеничной (WS), помогает сбалансировать соотношение углерода к азоту и преодолеть ингибирование аммиаком. Однако лигнин в соломе снижает эффективность процесса.

Решение: комбинированная стратегия

Исследовательская группа доктора Жана из Университета Арканзаса изучила комбинацию двух методов:

  1. Щелочная предобработка (AL): повышает степень распада биомассы за счёт разрушения лигнина.
  2. Аэрация (AM): улучшает микробные сообщества и эффективность процесса.

Гипотеза состояла в том, что их сочетание может значительно повысить выход метана.

Методология эксперимента

Исследование, опубликованное в Frontiers of Agricultural Science and Engineering, включало три группы реакторов объёмом 500 мл:

  • Контроль: стандартное Co-AD.
  • AL: предобработка субстрата щёлочью до pH 12 при 25°C в течение 12 ч.
  • AL+AM: щелочная предобработка с последующей ежедневной инжекцией 12 мл воздуха в реактор.

Эксперимент проводился в периодическом режиме при 37°C в течение 35 дней.

Ключевые результаты

  • AL значительно увеличила растворимую потребность в химическом кислороде (sCOD) и концентрацию летучих жирных кислот (VFA).
  • Комбинация AL и AM привела к наивысшему кумулятивному выходу метана, который оказался на 46.7% выше, чем в контроле.
  • Кинетическое моделирование показало ускорение гидролиза и более быструю кинетику в группе AL+AM.
  • В конечном дигестате значительно улучшилось удаление общих (TS) и общих летучих (TVS) твердых веществ при использовании AL+AM.

Выводы и перспективы

Сочетание щелочной предобработки и аэрации демонстрирует синергетический эффект, существенно повышая производство метана, улучшая кинетику процесса и удаление твердых веществ при Co-AD сельскохозяйственных отходов.

Это открытие представляет значительный шаг в сторону устойчивого управления отходами и имеет потенциал для революции в области производства возобновляемой энергии в глобальном масштабе.