Дигестат что это такое
Дигестат что это такое
Дигестат все еще остается относительно новым источником альтернативного удобрения, однако, с более частым применением биогазовых установок в Великобритании все большее число фермеров применяют дигестат на своих землях для уменьшения расходов на искусственные удобрения, сообщает Farmers Weekly.
Последние данные NNFCC (National Non-Food Crops Centre) и WRAP свидетельствуют о том, что существует потенциально важный источник получения удобрения для фермеров – растения, поддающиеся ферментации, в результате чего получается дигестат.
Фермеры сейчас все более ценят дигестат как альтернативное удобрение, которое может выступить как драйвер рынка. «Основная возможность для фермеров, которые хотят использовать дигестат, но не имеющих возможность приобрести биогазовую установку, это автономная «кустарная установка» по переработке пищевых растительных отходов», сообщает David Tompkins – эксперт WRAP.
«Производственные мощности биогазовых установок почти наверняка возрастут в ближайшие годы, поскольку имеются миллионы тонн пищевых отходов, которые потенциально могут быть использованы для генерации биогаза. Питательные вещества от брожения могли бы дополнить или заменить питательные вещества из минеральных удобрений, обеспечивая лучшие возможности развития рынка», комментирует эксперт.
Что же такое дигестат? Твердый остаток после процесса гниения с пониженным содержанием биологически разлагаемых веществ называется дигестат. Он содержит такие компоненты, как азот: 2.3-4.2 кг/т, фосфор: 0.2-1.5 кг/т, калий: 1.3-5.2 кг/т. Дигестат может быть использован как удобрение; он близок к компосту, следовательно, может применяться для повышения плодородия почв.
В случае, что этот материал соответствует всем параметрам, предусмотренным постановлением Министерства охраны окружающей среды, его можно использовать в качестве удобрения, добавки к компосту или для поверхностной обработки территории.
Переваривать
Резюме
Процесс производства дигестата
Характеристики
Типология
Агробиологическая ценность
Качественный дигестат повышает урожайность сельскохозяйственных культур, обеспечивая питательными веществами и помогая поддерживать или восстанавливать гумификацию почвы (поскольку лигнин и другие молекулы, участвующие в гумификации, относительно хорошо сохраняются во время пищеварения, что также может разлагать определенные органические загрязнители и определенные патогенные микробы).
Физико-химические характеристики дигестата варьируются в зависимости от входов, вводимых в реактор, и в зависимости от типа разложения. Их изучали путем наблюдения за его воздействием на сельскохозяйственные культуры, а в последнее время их также изучают путем биохимического фракционирования, потенциальной минерализации углерода и азота, изотопного отслеживания питательных веществ и т. Д.
Его агрономическая ценность (удобрение и почвенный кондиционер) обычно оценивается по двум основным критериям:
В начале 2000-х годов все еще необходимо было заполнить пробелы в знаниях, например, в отношении долгосрочного воздействия дигестата на возделываемые или пастбищные почвы, влияния предшественников гумуса, образующихся во время созревания дигестатов, биологической усвояемости фосфора и т. Д.
Экономическая ценность
В Канаде Martel et al. (2013) оценили стоимость 35 м3 сброженного свиного навоза на основе содержания в нем питательных веществ N, P и K, а также коэффициентов эффективности. В этом случае фермер сэкономил 560 долларов / га по сравнению с закупкой обычных минеральных удобрений NPK.
Использование: утилизация или восстановление
Дигестат также можно использовать в качестве ежедневного покрытия для свалок, если не соблюдаются стандарты разбрасывания (в зависимости от местных ограничений).
Правила
Одобрение
Санитария
Он проводится только в некоторых случаях (например, в 10% случаев для 18 дигестатов, изученных в Швейцарии).
Это может быть сделано до или после переваривания и длится от 2 до 5 часов (от 50 до 70 ° C ).
Правовой статус
В 2015 году производители сельскохозяйственных дигестатов и некоторые администрации по-прежнему стремятся придать ему статус, способствующий его развитию в сельском хозяйстве, что потребует утверждения и перехода от текущего статуса отходов к статусу рыночного продукта, одобренного и / или стандартизированного.
Во Франции
Исследовательская работа
Исследования особенно интересны
Дигестат материал, оставшийся после анаэробное пищеварение из биоразлагаемый сырье. Анаэробное пищеварение производит два основных продукта: дигестат и биогаз. Дигестат производится как ацидогенез и метаногенез и каждый имеет разные характеристики.
Содержание
Ацидогенный дигестат
Ацидогенный дигестат волокнистый и состоит из структурного растительного вещества, включая лигнин и целлюлоза. Ацидогенный дигестат обладает высокими влагоудерживающими свойствами. Дигестат также может содержать минералы и остатки бактерии.
Метаногенный дигестат
Использует
Основное использование дигестата в качестве почвенный кондиционер. [1] Ацидогенный дигестат обеспечивает удержание влаги и содержание органических веществ в почвах. Этот органический материал может подвергаться дальнейшему аэробному разрушению в почва. Метаногенный дигестат обеспечивает питательные вещества для растение рост. Его также можно использовать для защиты почвы от эрозии.
Ацидогенный дигестат также можно использовать в качестве экологически чистый наполнитель для придания структуры композитные пластмассы.
Испытания на выращивание дигестата из смешанных отходов показали здоровые результаты роста сельскохозяйственных культур. [2] Дигестат также можно использовать при интенсивном выращивании растений в теплицах, например в Дигепоника.
Было показано, что применение дигестата подавляет болезни растений и индуцирует резистентность. Применение дигестата оказывает прямое воздействие на болезни, передающиеся через почву, и косвенное воздействие, стимулируя биологическую активность.
Дигестат и компост
Лечение, например с помощью ультразвуковой обработки, как было показано, усиливает солюбилизацию дигестата, что измеряется повышенными уровнями потребности в растворимом химическом кислороде (sCOD), общего количества растворимого органического углерода (sTOC) и общего количества растворимого азота (sTN), выделяемых в раствор. [3]
Стандарты на дигестат
Стандарт дигестата, полученного при анаэробном сбраживании, можно оценить по трем критериям: химическим, биологическим и физическим 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 патогенные микроорганизмы, которые могут привести к распространению болезней человека, животных или растений, если их не контролировать.
Физические стандарты компостов включают в себя в основном факторы внешнего вида и запаха. Хотя физическое загрязнение не представляет проблемы для здоровья людей, растений или животных, загрязнение (в виде пластмасс, металлов и керамики) может вызвать негативное восприятие в обществе. Даже если компост высокого качества и соблюдаются все стандарты, общественное мнение о компостах на основе отходов все еще существует. Об этом напоминает наличие видимых загрязнений.
В Великобритании Общедоступная спецификация (называемый PAS110) регулирует определение дигестата, полученного в результате анаэробного расщепления биоразлагаемых материалов с разделенными источниками. [4] Спецификация гарантирует, что все переваренные материалы имеют постоянное качество и соответствуют своему назначению. Если биогазовая установка соответствует стандарту, ее дигестат будет считаться полностью восстановленным и переставшим быть отходами, и его можно будет продавать под названием «Биоудобрение». [5]
Дигестат
ЧТО ТАКОЕ ДИГЕСТАТ?
Дигестат — это продукт, который остается после анаэробного сбраживания биоразлагаемого сырья: осадок сточных вод, пищевые отходы, отходы животноводства или другие органические отходы. Анаэробное сбраживание (AD) производит два основных продукта: волокнистый дигестат, состоящий как из твердой, так и из жидкой форм, и природный биогаз, который выделяется в процессе анаэробного сбраживания, – оба из которых могут быть повторно использованы. При дальнейшем расщеплении этих отдельных продуктов из каждого можно извлечь ценные остатки, что делает анаэробное сбраживание энергоэффективным и рентабельным способом производства чистой и возобновляемой энергии, а также переработки и сокращения отходов.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ
В настоящее время управление отходами и энергией занимает одно из первых мест в повестке дня в области социальной и экологически ответственной переработки. Однако несмотря на то, что системы AD могут быть спроектированы таким образом, чтобы удовлетворять потребности в переработке продукции и обеспечивать превосходные преимущества в плане экономии энергии и затрат, существуют и другие важные факторы, которые необходимо учитывать в процессе проектирования системы, такие как:
Компания HRS разрабатывает специализированные экологические системы с учетом всех факторов, которые необходимо учитывать наряду с потребностями каждого предприятия при переработке отходов. А также определяет, где можно получить максимальную выгоду от трех ключевых компонентов систем переработки отходов — биогаза, твердых частиц дигестата и жидкого дигестата.
ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ СБРАЖИВАНИЯ
Концентрирование и Выпаривание Дигестата
После получения дигестата в процессе анаэробного сбраживания полученный «влажный» дигестат можно разделить на твердый и жидкий и подвергнуть дальнейшей концентрации. Концентрирование твердого продукта позволяет получить более компактный и насыщенный питательными веществами продукт, а выпаривание жидкого продукта позволяет уменьшить его объем на 80%, получив ценную жидкость, обогащенную питательными веществами и конденсат, который может быть повторно использован в других частях установки AD, например, для разбавления сырья, поступающего в переднюю часть метантенка. Система HRS DCS была разработана как замкнутый цикл. Самодостаточная система, которая не требует дополнительных затрат воды или энергии, так как все элементы используются и никаких отходов не образуется.
Высокие температуры, необходимые для концентрирования дигестата, могут вызвать выделение аммиака, вместе с которым появляется резкий запах. DCS решает эту проблему путем кислотного дозирования дигестата серной кислотой, которая снижает уровень рН, превращая аммиак в сульфат аммония, который не только менее пахуч, но и является идеальным биоудобрением.
Хотя объем дигестата уменьшается, содержание питательных веществ не просто сохраняется после концентрации — оно увеличивается.
Выпаривание дигестата является экономически выгодным вариантом для установок AD, так как при этом производится более качественное полезное сырье, минимизируются затраты на транспортировку и удаление отходов, повышается энергоэффективность, экологическая ответственность и репутация бренда.
Пастеризация Дигестата
Чтобы использовать дигестат в качестве удобрения для земли, он должен быть очищен от опасных химических веществ и вредных агентов, таких как патогены. Требуется пастеризация дигестата, при этом требования ко времени и температуре процесса определяются национальными нормативными документами, касающимися использования продукта. Пастеризация — это термический процесс. Отработанное тепло используется для нагрева дигестата, а изолированные ёмкости используются для выдержки дигестата при температуре пастеризации необходимое количество времени.
HRS DPS (система пастеризации дигестата) использует рекуперацию энергии и, как правило, в два-три раза эффективнее традиционных систем. HRS DPS передает энергию от более горячего (пастеризованного) осадка к более холодному (непастеризованному) осадку, снижая потребление энергии до 70 процентов и максимально используя тепло, которое в противном случае было бы потеряно. Это также позволяет обойти необходимость установки дополнительного источника тепла, например, котла на биомассе, что может увеличить стоимость проекта на сотни тысяч фунтов. Кроме того, DPS можно использовать вместе с измельчителями для уменьшения и контроля максимального размера твердых частиц, содержащихся в дигестате.
Система HRS DPS был разработана с трубами со спиральной накаткой, а не гладкими трубами, потому что они способствуют увеличению эффективности теплопередачи за счет создания дополнительной турбулентности. Это не только уменьшает загрязнение, поскольку дигестат с меньшей вероятностью прилипает к стенкам труб, но и значительно сокращает время простоя и требования к техническому обслуживанию, а также увеличивает общий срок службы системы.
Для получения дополнительной информации посмотрите наш короткий видеоролик о процессе пастеризации осадка.
ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ
Процесс AD основан на обеспечении постоянного тепла в метантенке, однако количество энергии, необходимое для этого, часто меньше, чем общее количество энергии, выделяемое теплоэлектростанциями системы. Улавливая избыточную энергию, ее можно использовать для других тепловых процессов на установке AD, таких как выпаривание и пастеризация дигестата. Тепло от теплоэлектростанции можно получить в двух формах: вода для охлаждения двигателя (обычно 90-70 ºC) и выхлопные газы (выходят при температуре 450-500 ºC).
Если общее количество тепловых электростанций будет недостаточным для обеспечения всех процессов, потребуются другие источники тепловой энергии, такие как паровые или водяные котлы, которые могут работать на биомассе, природном газе или других ресурсах. Решение о том, как и какой источник энергии следует использовать для какого процесса в системе AD, будет зависеть от нескольких факторов.
HRS разрабатывает оптимальные процессы теплопередачи для систем AD с использованием следующих технологий теплопередачи:
ТЕПЛООБМЕННИКИ СЕРИИ HRS DTI
Теплообменники HRS серии DTI предназначены для всех областей применения, связанных с дигестатом и осадком. Теплообменник типа «труба в трубе» с технологией спиральной накатки, обеспечивает гораздо более высокую скорость теплопередачи по сравнению с гладкотрубными теплообменниками за счет дополнительного уровня турбулентности. Высокий уровень турбулентности значительно снижает скорость образования нагара на поверхности теплообмена и тем самым увеличивает время работы системы. Внутренняя труба большого диаметра позволяет легко перерабатывать продукты сбраживания, содержащие волокна или крупные частицы, а конструкция DTI позволяет значительно упростить очистку и обслуживание по сравнению с традиционными спиральными теплообменниками.
ТЕПЛООБМЕННИКИ СЕРИИ HRS DTR
Серия HRS DTR представляет собой адаптированную версию теплообменника серии HRS DTI. И DTI, и DTR серии выполнены в виде трубчатых теплообменников, которые включают внутреннюю трубу большого диаметра со спиральной накаткой, однако серия DTR была специально разработана для прямой рекуперации тепла от продукта к продукту, где тепло, выделяемое из горячего дигестата, может быть передано холодному дигестату внутри теплообменника. Кроме того, осмотр и очистка межтрубного пространства облегчаются благодаря съемной внутренней трубке теплообменника DTR серии.
ТЕПЛООБМЕННИКИ СЕРИИ HRS G
Теплообменник HRS G серии представляет собой теплообменник из нержавеющей стали, разработанный специально для охлаждения выхлопных газов и рекуперации тепла. Охлаждение и рекуперация тепла из выхлопных газов могут повысить эффективность тепловых электростанций и использоваться в других процессах установки, таких как нагрев сырья и метантенка, пастеризация и концентрирование дигестата. Серия G представляет собой компактную систему, которая использует технологию спиральной накатки труб для повышения скорости теплопередачи и рекуперации энергии.
HRS СКРЕБКОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ
Серия теплообменников со скребками HRS предназначена для решения самых сложных задач в области теплопередачи, а именно загрязнения теплообменников и обработки высоковязких жидкостей. В AD процессе обе проблемы являются обычным явлением, обусловленным высоким содержанием загрязнений самого дигестата и процессами испарения/концентрирования, используемыми при его производстве. Механическое перемещение скребкового механизма внутри теплообменников, таких как запатентованная серия HRS Unicus, которая совершает возвратно-поступательное движение, и серия HRS R, которая вращается, обеспечивает высокую теплопередачу и чистоту поверхностей теплообмена.
Подробнее о теплообменниках со скребковой поверхностью серии HRS R и серии Unicus читайте здесь.
ПРЕИМУЩЕСТВА ОПТИМИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ АНАЭРОБНОГО СБРАЖИВАНИЯ
Энергоэффективность, сокращение занимаемой площади и масштабируемость имеют основополагающее значение для всех проектов систем HRS. При наличии правильной системы они могут обеспечить следующие преимущества:
Прочитайте тематическое исследование, чтобы увидеть, как производственное предприятие, оснащенное системой обработкой дигестата, сравнивается с предприятием без неё, а также прогнозы окупаемости инвестиций.
Под защитой
Применение покровных культур оказалась весьма успешным для усвоения почвой азота из образовавшегося осенью дигестата. Полученный таким образом азот затем успешно используется для получения урожая основной сельскохозяйственной культуры. Этот метод на практике проверили участники группы «Инновационные фермеры».
«Инновационные фермеры»
Некоммерческая сеть с таким названием появилась в 2015 году для фермеров, которые были готовы проводить опытные испытания на своих землях. Через эту социальную сеть группы фермеров могут напрямую работать с исследователями для разработки программ практических испытаний на фермах, или «полевых лабораториях». «Инновационные фермеры» являются частью программы формирования будущего сельского хозяйства Великобритании, финансируемой Благотворительным фондом принца Уэльского.
Фермы, такие как поместья Холкам и Юстон, применяют дигестат в начале осени во время опорожнения резервуаров, где хранились нитраты, перед утилизацией их содержимого. Этот период обычно начинается с 16 сентября и длится до конца декабря. Фермеры знают, что азот, вносимый в осенний период, подвергался большему риску выщелачивания. Избежать этого можно, применив дигестат в комбинации с покровной культурой. Но как сделать это максимально эффективно?
Группа фермеров в течение последних трех лет проводила испытания, финансируемые в рамках программы «Инновационные фермеры». Управление программой осуществляла британская агротехническая организация Agritech-East. Научно-аналитическую поддержку проекта обеспечивала Британская специализированная компания Niab Tag.
Цель исследований была определила так: могут ли покровные культуры помочь стабилизировать азот, обеспечивая большую его доступность для последующей культуры? Испытания также должны были определить конкретные показатели влияния дигестата на здоровье и структуру почвы.
Покрывные культуры
Для исследований была подготовлена смесь из четырех покровных культур: вики, черного овса, кормовой редьки и гречихи. Ян Вилкингсон из компании Cotswold Seeds говорит, что эта смесь предлагает широкий спектр типов укоренения, быстро набирает биомассу. Она достаточно вынослива для того, чтобы расти в осенний период. Это позволяет ей накапливать питательные вещества даже в эти, достаточно неустойчивые для роста месяцы. Хотя гречка менее морозоустойчива, она имеет преимущество в том, что помогает выделению заблокированного фосфата, что делает его также хорошо доступным для последующего урожая. Собственно испытания проводились на семи фермах в Восточной Англии с различными почвами и выращиваемыми культурами. Каждый фермер выделил участок, площадью 10 га и разделил ее на четыре сектора, на каждом из которых применялись различные вида обработки:
1. Обработка почвы не применялась.
2. Произведены посевы покровных культур, но без применения дигестата.
3. Применен дигестат, но не использовались покровные культуры.
4. Использовался и дигестат, и покровные культуры.
Главным объектом изучения в этом экспериментов являлся доступный для почвы азот. Итоги опытов оказались довольно интересными. В районах, где применялся дигестат без вовлечения в обработку почвы покровных культур, отмечено значительное повышение содержания азота в почве. Однако, часть его проникала в более глубокие слои почвы и оказалась недоступной для сельскохозяйственных культур. Там, где были посеяны покровные культуры, оказалось, что они забирали часть азота, что приводило к его уменьшению на больших глубинах.
По итогам работы группа получила финансирование для другого полевого исследования. Фермеры хотят уточнить период, в течение которого азот эффективно сохранится до начала посева товарной культуры.
Фактор времени
Директор агентства недвижимости, Э. Бленкирон из Саффолка, уже третий год выращивает покровные культуры, чтобы найти эффективный вариант использования осеннего дигестата для следующих посевов кукурузы.
Около 60% площади, которой он располагает, представляет собой очень легкую почву, и он постоянно старается повысить содержание органического вещества в ней. По его мнению, дигестат вместе с покрывными культурами действительно улучшает почву и помогает удержанию в ней влаги.
Покровные культуры также защищают поле от эрозии, это показали опытные посевы на участке 4400 га. Покровные культуры высевались осенью и затем запахивались в марте, до начала сева кукурузы. Фактор времени, по мнению Э. Бленкирона, играет главную роль в этой технологии. Чтобы снизить эффект риска, он стремится высадить покровную культуру как можно раньше после сбора урожая (в идеале, до первой недели августа), а затем применяет дигестат, когда в конце августа погода становится прохладнее.
Управляющий фермой Джеймс Бимиш обычно применяет дигестат в конце лета и рассчитывает на формирование большого количества питательных веществ на следующую весну. На своей ферме он обрабатывает легкие почвы с немалым количеством камней, которые свободно дренируются и выщелачиваются. Бимиш применяет дигестат на пожнивные остатки, а затем высаживает покровную культуру, используя прицепной лаповый культиватор. Он стремится посеять покровные культуры в августе. По его мнению, неделя в августе равна двум неделям в сентябре, поэтому он старается начать сев без задержек.
Бум анаэробного сбраживания
Деятельность «инновационных фермеров» совсем не представляется «любительским рационализаторством». Последние пять лет в секторе анаэробного сбраживания в Великобритании наблюдался беспрецедентный рост. В настоящее время в стране насчитывается 181 установка анаэробного сбраживания для переработки различных сельскохозяйственных сырьевых материалов, таких как навоз, суспензии и сельскохозяйственные культуры. Несложно догадаться, почему размещение AD-установок непосредственно на фермах оказалось настолько популярным. На фоне ценовых войн в супермаркетах, растущих счетов за электроэнергию и нестабильности товарных рынков многим британским фермерам становится сложно сохранять прибыльность. К этому ещё стоит добавить давление со стороны властей, требующих снижения высоких уровней выбросов парниковых газов. Переработка органических отходов фермы с помощью AD-установки является удачным вариантом диверсификации, который позволяет фермерам остаться в игре. Он обеспечивает экологически безопасное решение вопроса с отходами, помогая сократить связанные с ними выбросы. Эти ресурсы могут быть израсходованы на месте или проданы региональной энергосети в обмен на снижение сумм в счетах за электроэнергию. И что более важно: процесс переработки позволяет получать биоудобрения (дигестат). Мало того, что производство дигестата значительно сокращает затраты фермеров на подкормку земель, оно также приводит к возврату ценных питательных веществ, таких как азот, калий и фосфор, обратно в почву. Несомненно, это отличный вклад в будущее британского сельского хозяйства.
К сожалению, в России пока подобные мини-установки для многих сельхозпроизводителей мало известны.