Сырье для получения биоэтанола

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к применению избыточного активного ила вторичных отстойников биологических очистных сооружений городов и населенных пунктов с целью получения биоэтанола. Биоэтанол получают путем внесения в ил сахара- ректификата и дрожжей с последующей ферментацией, перегонкой полученного спирта и его ректификацией. Продукты, оставшиеся после перегонки спирта, можно использовать в качестве органических удобрений. Предлагаемое изобретение позволяет экономить природные ресурсы и оздоровить окружающую природную среду вследствие переработки отходов. 1 табл.

 

Изобретение относится к области экологии и биотехнологии, в частности к получению биоэтанола из избыточного активного ила вторичных отстойников, образующихся в больших количествах при очистке коммунально-бытовых и промышленных сточных вод на биологических очистных сооружениях городов и населенных пунктов.

Известен способ получения сахаросодержащих гидролизатов для производства биоэтанола, предусматривающий промывку, измельчение клубней топинамбура, гидролиз измельченной массы, охлаждение и асептирование гидролизата (RU 2012128098 А) - прототип. Недостатком этого способа является большая энергозатрата, связанная с промывкой, измельчением клубней топинамбура.

Известен способ получения этанола из морских водорослей, включающий формирование биомассы из высушенных морских водорослей, инициирование распада биомассы, введение в распадающую биомассу дрожжей, способных вызвать в ней брожение для образования бродящего раствора, отделение получившегося этанола от бродящего раствора, отличающейся тем, что формирование биомассы высушенных водорослей проводят путем их измельчения механическим способом и последующего замачивания в воде в соотношении 1:5, распад полученной биомассы осуществляют последовательно с помощью химического, затем ферментативного гидролиза с последующей стерилизацией распадающей биомассы (Патент RU 2421521 С2) - аналог.

Недостатком данного изобретения является также большая энергозатрата, связанная с добычей и измельчением биомассы высушенных водорослей, приготовлением питательной среды и посевного материала, а также нарушением экологической среды морей.

Предлагаемое нами сырье для получения биоэтанола не только устраняет вышеперечисленные недостатки, но и способствует оздоровлению окружающей природной среды.

Технический результат достигается тем, что в качестве сырья для получения технического биоэтанола рекомендуется нетрадиционный недефицитный дешевый продукт, активный ил вторичных отстойников, прошедший основные этапы очистки сточных вод: на решетках извлекаются грубые отбросы - крупные отходы, которые жители выбрасывают в унитазы - очистки от овощей, фруктов, полиэтиленовая тара и т.д.; грубые отбросы после дезинфекции размещаются на свалке. В песколовках удерживается песок, поступающий с дорог, от мойки овощей и т.д.; после естественной подсушки используются для планировки территорий предприятия. В первичных отстойниках - сырые осадки - это в основном фекальные массы; в настоящее время выдерживающиеся на иловых картах и в шлаконакопителях. Во вторичных отстойниках - избыточный активный ил, это прирост активного ила, который выводится из производственного цикла, смешивается с сырым осадком, выдерживается и обезвоживается на иловых картах и в шлаконакопителях. Обработка осадка сточных вод включает в себя: уплотнение избыточного активного ила в илоуплотнителях с целью снижения его влажности до 97,0%, обезвоживание образующихся осадков, которое производится двумя методами: естественное обезвоживание производится в иловых картах за счет отстаивания, испарения и вымораживания влаги, влажность осадка на иловых картах в течение года снижается с 98-96% до 77-78%; механическое обезвоживание осадков производится на центрифуге (HILLER, ФРГ) с применением катионных флокулянтов, влажность при этом снижается до 73-75%.

На сегодня достигнутая суточная мощность сооружений, расположенных примерно на 135 га, составляет 322 тыс. м3, образующиеся при этом осадки (≈30 тыс. т в год) занимают большие территории, запах от накопленных осадков достигает города.

Такое количество (ежедневный прием - 322 тыс. м3) для очистки хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод касается только двух городов - Чебоксар и Новочебоксарска.

Проведенные нами научные исследования свидетельствуют о возможности использования осадков городских сточных вод (ОГСВ) в качестве удобрения. В различных научных журналах нами опубликованы (с 1981 по 2014 г.) многочисленные научные статьи, подтверждающие данную точку зрения. Великий химик Д.И. Менделеев в свое время утверждал: «в мире нет вредных веществ, а есть вредные концентрации». С учетом вышесказанного, перед человечеством стоит наиважнейшая задача - вернуть в биологический круговорот различного рода отходы, образующиеся в огромных количествах в процессе жизнедеятельности, хозяйственной и промышленной деятельности людей. Причем вернуть строго на научной основе, с тем чтобы не загрязнять окружающую природную среду.

Наряду с применением ОГСВ в качестве органо-минерального удобрения предлагаемое нами сырье - избыточный активный ил вторичных отстойников биологических очистных сооружений, в котором содержится большое количество (до 80%) органических веществ (см. таблицу) для получения биоэтанола с последующим использованием его для технических нужд и возможно даже для использования в качестве заменителя бензина или добавления в бензин определенного количества биоэтанола для улучшения его экологического эффекта, - совершенно новое направление в деле утилизации ОГСВ, не имеющее аналога в мире.

Спиртовая промышленность сильно развита. Для производства этилового спирта, как правило, берут сахаросодержащие дорогостоящие сельскохозяйственные культуры, которые крайне нужны для пропитания все возрастающего количества людей на планете. В науке известны факты разработки (японскими учеными) какабургера из фекальных масс. С учетом этого возникла идея получения биоэтанола из продуктов жизнедеятельности людей, вначале для технических целей, а в последующем с совершенствованием процессов ректификации, для пищевых и медицинских целей, поскольку это практически неисчерпаемый источник получения биоэтанола из недефицитного дешевого сырья.

Для реализации поставленной цели нами были проведены лабораторные опыты по получению биоэтанола из избыточного активного ила.

Процесс получения биоэтанола в лабораторных условиях состоял из следующих этапов:

- доставка активного ила с биологических очистных сооружений г. Новочебоксарска (2 емкости по 4 литра);

- приобретение сахара, дрожжей свежих и сухих;

- компоненты 1-й бродильной емкости: 4 л активного ила, 176,6 г сахара-ректификата и 22 г сухих дрожжей;

- компоненты 2-й бродильной емкости: 4 л активного ила, 176,6 г сахара-ректификата и 55 г свежих дрожжей;

- анаэробная ферментация (температура - 30-35°С; время ферментации: со свежими дрожжами - 10 часов, с сухими дрожжами - 11 часов);

- очистка спирта (первичная отгонка с использованием лабораторного стеклянного холодильника) из сброженного компонента (смеси). Выход - 450 мл 10% спирта;

- вторичная отгонка полученного спирта (с использованием стеклянного лабораторного холодильника). Выход - 200 мл 20% спирта.

Для конверсии в этанол применялись обычные дрожжи, которые представлены микроорганизмами (Sacchoromyces cerevisiae, Sacchoromyces rosei, видимо были и мезофильные бактерии рода Zymomonas), оптимальная температура для приведенной группы микроорганизмов 30-35°С. Именно такая температура поддерживалась в помещении. Возможно наличие в активном иле группы мезофильных или других бактерий рода Zymomonas, обладающих в несколько раз более интенсивным метаболизмом, чем дрожжи, способствовало быстрому процессу брожения, поскольку процесс ферментации со свежими дрожжами прекратился уже через 10 часов, а с сухими дрожжами - через 11 часов. Из 4 л активного ила выход 10% этанола составил 450 мл, а после вторичной перегонки этого же продукта получено 200 мл 20% биоэтанола. Биоэтанол совершенно чистый, светлый без какой-либо окраски, но с незначительным специфическим запахом. Аналогичные результаты получены из 4 л активного ила с применением свежих дрожжей.

После дальнейшей ректификации в больших объемах можно получить и 96% этиловый спирт. Образцы спирта сохранены, при необходимости можно предоставить экспертам. Для производства биоэтанола в промышленных масштабах требуется просто-напросто произвести необходимый расчет использования избыточного активного ила вторичных отстойников биологических очистных сооружений; сахара или лучше всего для этого использовать определенное количество отходов сахарной промышленности, в частности мелассу свекловичную, содержащую в своем составе до 75% сахарозы (ниже приведен ГОСТ) или другие виды сельскохозяйственных отходов и растительного сырья с достаточным количеством сахаросодержащих веществ; свежие или сухие дрожжи, используя конкретные цифры компонентов, использованных для ферментации в условиях лабораторного опыта, соответственно увеличивая их количества применительно к объему производства биоэтанола.

Общеизвестно, что спиртовое брожение - самая старая отрасль биотехнологии - имеет готовые технологические системы и развернутую промышленную базу.

В связи с тем что запасы природных ископаемых - нефти, угля и газа - истощаются, поиск других источников энергии весьма актуален. В нашем случае, для получения этанола используется недефицитное сырье. Для бродильного процесса пищевой дорогостоящий сахар можно заменить на альтернативные источники углеводов, например отходы сахарной промышленности, в частности меласса свекловичная по ГОСТ Р 52304-2005. «Меласса свекловичная. Технические условия». Меласса является отходом сахарного производства с высоким содержанием сухих веществ (в основном сахарозы) от 60 до 75%, которая непосредственно обрабатывается дрожжами без предварительной подготовки, сахарный тростник, другие виды сельскохозяйственных отходов и растительного сырья, имеющие в своем составе достаточное количество сахаросодержащих веществ.

Нам представляется, что на всех очистных сооружениях городов и крупных населенных пунктов Российской Федерации должны быть внедрены в производственных цехах готовые технологические системы, перерабатывающие активный ил в технический этанол, имеющие большое экономическое и природоохранное значение, а оставшийся после перегонки продукт использовать в качестве жидкого органического удобрения. Результаты исследования проб продукции (химического состава избыточного активного ила вторичных отстойников на биологических очистных сооружениях г. Новочебоксарска) приведены в таблице.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что в активном иле до и после перегонки отсутствуют углеводы как растворимые, так и легкогидролизуемые, свидетельствуя о том, что углеводы полностью утилизировались уже в процессе брожения.

Обнаруживается достаточное количество органического вещества, золы, азота, фосфора, калия и широкий набор микроэлементов, способных при научно обоснованном подходе повысить плодородие почв, урожайность сельскохозяйственных культур с надлежащим качеством и оздоровить окружающую природную среду.

Применение избыточного активного ила вторичных отстойников биологических очистных сооружений в качестве сырья для получения биоэтанола.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ переработки зернового сырья с получением этанола, белкового продукта и глютена характеризуется тем, что из зернового сырья отделяют отруби и получают пшеничную муку, смешивают ее с водой в соотношении 1,5:1 и вносят ферментный препарат «Висколаза 150Л» в дозировке 0,01% к массе зерна, далее замес подвергают гомогенизации, затем суспензию подают в гидроциклон, где осуществляют ее разделение на два потока: первый поток содержит А-крахмал и пищевые волокна, второй поток - глютен, В-крахмал, пентозаны и растворимые белки, А-крахмал промывают, глютен и В-крахмал разделяют с одновременной промывкой, выделенный глютен направляют на сушку, А-крахмал соединяют с В-крахмалом, полученный замес разваривают и осахаривают, сусло сбраживают, из зрелой бражки выделяют дрожжи, смешивают их с отрубями, сушат, гранулируют и используют как добавку к кормам, обездроженную бражку направляют на получение спирта, барду используют как удобрение.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Согласно способу брагоректификационная установка включает выварную колонну, которая работает при повышенном давлении, эпюрационную, бражную, разгонную колонны и колонну предварительной очистки, работающие под атмосферным давлением, и колонны окончательной очистки, концентрирования метанола и головных примесей, спиртовую колонну, давление в которых ниже атмосферного.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Согласно способу брагоректификационная установка включает выварную и разгонную колонны, которые работают при повышенном давлении, эпюрационную, бражную колонны и колонну предварительной очистки, работающие под атмосферным давлением, и колонны окончательной очистки, концентрирования метанола и головных примесей, спиртовую колонну, давление в которых ниже атмосферного.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения ректификованного спирта включает процессы брагоректификации, которые проводят в работающих под атмосферным давлением первой бражной, эпюрационной, выварной, разгонной колоннах и под разрежением в спиртовой колонне, колоннах предварительной очистки, окончательной очистки, концентрирования метанола и головных примесей, второй бражной колонне.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения ректификованного спирта включает процессы брагоректификации, которые проводят в работающих под атмосферным давлением брагоэпюрационной, эпюрационной, выварной, разгонной колоннах, колонне предварительной очистки и под разрежением в спиртовой колонне, колоннах окончательной очистки и разгонки головных и хвостовых фракций.

Изобретение относится к спиртовой промышленности. Способ получения ректификованного спирта включает процессы брагоректификации, которые проводят в работающих под атмосферным давлением бражной, эпюрационной, выварной, разгонной колоннах, колонне предварительной очистки и под разрежением в спиртовой колонне, колоннах окончательной очистки и концентрирования метанола и головных примесей.

Группа изобретений относится к области биохимии. Предложены способ получения С2-С6спиртов из метансодержащего сырья, оборудование для получения С2-С6спиртов и способ получения топлива для моторизованного транспорта.

Группа изобретений относится к биотехнологии, а именно к непрерывному способу ферментативного гидролиза целлюлозной биомассы и способу получения моносахаридов, химических веществ на основе сахаров, биологических топлив или материалов вместе с сульфонированным лигнином из лигноцеллюлозной биомассы.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ получения одного или нескольких спиртов из газообразного субстрата.

Изобретение относится к области биохимии. Предложен способ ферментации газообразного субстрата.
Изобретение относится к способу получения биоэтанола из целлюлозосодержащего сырья. Способ предусматривает предварительную обработку сырья, такого как солома, или плодовые оболочки злаков, или отходы масличных культур, или мискантус, или жом сельскохозяйственных культур разбавленным раствором кислоты с концентрацией 1-14% при температуре 85-98°C и атмосферном давлении в течение 3-18 часов, совмещенные стадии ферментативного гидролиза и спиртового брожения, которое осуществляют с помощью любых видов непатогенных этанолсинтезирующих дрожжей, выделение биоэтанола из бражки. Способ обеспечивает увеличение выхода биоэтанола. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к биотехнологической промышленности. Предложен способ получения химического вещества, продуцируемого микроорганизмом (микроорганизмами) путем непрерывной ферментации сахарного сиропа, полученного из целлюлозосодержащей биомассы. Способ включает фильтрацию культуральной жидкости микроорганизма(ов) через разделительную мембрану; сохранение не прошедшей через фильтр жидкости в культуральной жидкости или возврат обратным потоком не прошедшей через фильтр жидкости в культуральную жидкость; добавление исходного сырья для ферментации в культуральную жидкость и извлечение продукта. Соотношение пентозы к гексозе в сахарном сиропе от 1:9 до 9:1, при этом пентозой является ксилоза. Коэффициент переноса кислорода (KLa) равен не более 150 час-1. Для метаболизма пентозы микроорганизм(ы) использует(ют) изомеразу ксилозы. Изобретение обеспечивает высокий выход химического вещества. 5 з.п. ф-лы, 17 табл., 39 пр.

Изобретение относится к биотехнологической промышленности. Предложен способ получения химического вещества, продуцируемого микроорганизмом(ами) посредством непрерывной ферментации сахарного сиропа, полученного из целлюлозосодержащей биомассы. Способ включает фильтрацию культуральной жидкости через разделительную мембрану, сохранение не подвергнутой фильтрованию жидкости или возвращение не подвергнутой фильтрованию жидкости в культуральной(ую) жидкости(ь), добавление в культуральную жидкость исходного материала для ферментации и выделение химического продукта. Используемый микроорганизм(ы) подвергается подавлению катаболитами. Отношение пентозы к гексозе в сахарном сиропе от 1:9 до 9:1. Концентрация пентозы в фильтрате не более 5 г/л, при этом пентозой является ксилоза. Изобретение обеспечивает высокий выход химического вещества. 4 з.п. ф-лы, 35 табл., 37 пр.

Изобретение относится к биотехнологической промышленности. Предложен способ получения химического вещества, продуцируемого микроорганизмом(ами) путем непрерывной ферментации сахарного сиропа, полученного из целлюлозосодержащей биомассы. Способ включает фильтрацию культуральной жидкости микроорганизма(ов) через разделительную мембрану; сохранение не прошедшей через фильтр жидкости в культуральной жидкости или возврат обратным потоком не прошедшей через фильтр жидкости в культуральную жидкость; добавление исходного сырья для ферментации в культуральную жидкость; извлечение продукта. Соотношение пентозы к гексозе в сахарном сиропе от 1:9 до 9:1, при этом пентозой является ксилоза. Коэффициент переноса кислорода(KLa) равняется от 5 до 300 час-1. Для метаболизма пентозы микроорганизм(ы) использует(ют) редуктазу ксилозы и дегидрогеназу ксилита. Изобретение обеспечивает высокий выход химического вещества. 6 з.п. ф-лы, 8 табл., 25 пр.
Изобретение относится к биотехнологии. Штамм Kluyveromyces lactis А-2, обладающий высокой продуктивностью, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером Kluyveromyces lactis ВКПМ Y-4067. Штамм Kluyveromyces lactis ВКПМ Y-4067 может быть использован при производстве кисломолочных продуктов смешанного брожения и слабоалкогольных напитков из молочной сыворотки, а также при производстве этилового спирта. Изобретение позволяет повысить выход этилового спирта.
Изобретение относится к биотехнологии. Штамм Saccharomyces cerevisiae А-1, обладающий высокой продуктивностью, депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4066. Штамм Saccharomyces cerevisiae ВКПМ Y-4066 может быть использован при производстве кисломолочных продуктов смешанного брожения и слабоалкогольных напитков из молочной сыворотки, а также этилового спирта. Изобретение позволяет повысить выход этилового спирта.

Способ предусматривает смешивание инулинсодержащего сырья с водой, внесение ферментных препаратов осахаривающего действия и протеолитического действия, осахаривание, сбраживание осахаренного сусла с использованием сухих спиртовых дрожжей и однократную дистилляцию с получением дистиллята. При этом в качестве инулинсодержащего сырья используют топинамбур сушеный. Изобретение позволяет увеличить выход дистиллята из единицы сырья, снизить энергозатраты на стадии получения осахаренного сусла, исключить использование дорогостоящих ферментных препаратов разжижающего действия и интенсифицировать процесс сбраживания. 1 табл., 2 пр.

Способ предусматривает смешивание сырья с водой, подкисление сусла, внесение ферментных препаратов осахаривающего действия и активатор брожения Витамон комби, сбраживание сусла с использованием сухих спиртовых дрожжей и однократную дистилляцию с получением дистиллята из инулинсодержащего сырья. При этом в качестве сырья используют топинамбур сушеный. Изобретение позволяет повысить выход дистиллята, улучшить его органолептические характеристики и сократить процесс брожения. 2 табл., 2 пр.

Изобретение относится к биотехнологии. Штамм базидиального гриба Trametes hirsuta МТ-24.24 обладает способностью продуцировать этиловый спирт. Штамм базидиального гриба Trametes hirsuta депонирован во Всероссийской Коллекции Промышленных Микроорганизмов под регистрационным номером ВКПМ F-1288 и может быть использован в медицине и пищевой промышленности. Изобретение позволяет получать спирт высокого качества, не содержащего такие примеси, как ацетон и изопропанол. 1 табл., 5 пр.

Изобретение относится к производству спирта из целлюлозы. Способ включает ферментативное осахаривание, сбраживание с вакуумированием среды, отбором водно-спиртовых паров и их конденсацией. Причём сбраживание проводят непрерывно в одном аппарате, совмещают его с осахариванием. При отборе водно-спиртовых паров количество спирта в их составе соответствует выходу от перерабатываемой целлюлозы, а количество воды соответствует ее поступлению с целлюлозой. Изобретение обеспечивает непрерывное осуществление процесса при отсутствии технологического потока – бражки и стока – послеспиртовой барды, при этом концентрация спирта в водно-спиртовом растворе находится на уровне, достигнутом в производстве спирта при переработке сахаросодержащего и крахмалосодержащего сырья. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к биотехнологии, в частности к применению избыточного активного ила вторичных отстойников биологических очистных сооружений городов и населенных пунктов с целью получения биоэтанола. Биоэтанол получают путем внесения в ил сахара- ректификата и дрожжей с последующей ферментацией, перегонкой полученного спирта и его ректификацией. Продукты, оставшиеся после перегонки спирта, можно использовать в качестве органических удобрений. Предлагаемое изобретение позволяет экономить природные ресурсы и оздоровить окружающую природную среду вследствие переработки отходов. 1 табл.

Наверх