PL217057B1 - Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas - Google Patents
Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogasInfo
- Publication number
- PL217057B1 PL217057B1 PL394317A PL39431711A PL217057B1 PL 217057 B1 PL217057 B1 PL 217057B1 PL 394317 A PL394317 A PL 394317A PL 39431711 A PL39431711 A PL 39431711A PL 217057 B1 PL217057 B1 PL 217057B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- hydrogen
- fermentation
- bioreactor
- methane
- semi
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
- Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel
Landscapes
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Description
Opis wynalazkuDescription of the invention
Przedmiotem wynalazku jest sposób jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu z substancji organicznych na drodze fermentacji oraz instalacja do jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu z substancji organicznych na drodze fermentacji.The subject of the invention is a method for the simultaneous production of hydrogen and biogas from organic substances by fermentation and a plant for the simultaneous production of hydrogen and biogas from organic substances by fermentation.
Fermentacja metanowa to zespół beztlenowych procesów biochemicznych, w których wielkocząsteczkowe substancje organiczne (głównie węglowodany, białka i tłuszcze oraz ich związki pochodne), przy udziale złożonej populacji mikroorganizmów, są rozkładane do alkoholi lub niższych kwasów organicznych oraz do metanu, dwutlenku węgla i wody. W tym złożonym procesie mikrobiologicznym wyróżnić można cztery główne etapy: hydrolizę surowca organicznego, etap kwasotwórczy, etap octotwórczy i etap metanotwórczy.Methane fermentation is a set of anaerobic biochemical processes in which macromolecular organic substances (mainly carbohydrates, proteins and fats and their derivatives), with the participation of a complex population of microorganisms, are broken down into alcohols or lower organic acids and into methane, carbon dioxide and water. In this complex microbiological process, four main stages can be distinguished: the hydrolysis of the organic raw material, the acid-forming stage, the acetic-forming stage and the methane-forming stage.
Na początku wielkocząsteczkowe nierozpuszczalne w wodzie związki organiczne (białka, węglowodany, tłuszcze) są rozkładane do swych monomerów (aminokwasy, cukry proste, kwasy tłuszczowe), przy udziale hydrolitycznych enzymów zewnątrzkomórkowych wydzielanych przez obligatoryjnie lub fakultatywnie beztlenowe bakterie hydrolityczne. Hydroliza węglowodanów trwa kilka godzin a białek i tłuszczy kilka dni. Powstałe na tym etapie rozpuszczalne związki organiczne są wykorzystywane jako substraty do wzrostu przez inne grupy bakterii i rozkładane, w drugim kwasotwórczym etapie fermentacji, do lotnych kwasów tłuszczowych (kwasy masłowy, propionowy, octowy, walerianowy), alkoholi, wodoru i dwutlenku węgla. Produkty etapu kwasotwórczego służą jako substraty dla bakterii acetogennych, odpowiedzialnych za etap octotwórczy. Bakterie kwasotwórcze i acetogenne są producentami wodoru i jednocześnie są wrażliwe na jego wysokie ciśnienia cząstkowe. Z tego względu żyją w symbiozie z metanogenami (mikroorganizmami odpowiedzialnymi za ostatni etap fermentacji metanowej, podczas którego wydzielany jest metan - metanogenezę), które zużywają wodór, do redukcji dwutlenku węgla do metanu, utrzymując tym samym jego stężenie na odpowiednio niskim poziomie, korzystnym dla rozwoju drobnoustrojów kwasotwórczych i octotwórczych. Organizmy metanogenne wytwarzają metan także z kwasu octowego stanowiącego końcowy produkt przemian octotwórczych. Za prawidłowy przebieg poszczególnych etapów fermentacji metanowej odpowiedzialne są inne grupy mikroorganizmów o różnych szybkościach wzrostu i zróżnicowanych wymaganiach środowiskowych, lecz bytujące ze sobą w delikatnej równowadze.First, high-molecular water-insoluble organic compounds (proteins, carbohydrates, fats) are broken down into their monomers (amino acids, simple sugars, fatty acids), with the participation of hydrolytic extracellular enzymes secreted by obligatory or facultative anaerobic hydrolytic bacteria. The hydrolysis of carbohydrates takes several hours and the hydrolysis of proteins and fats takes several days. The soluble organic compounds formed at this stage are used as substrates for growth by other groups of bacteria and decomposed, in the second acid-producing stage of fermentation, to volatile fatty acids (butyric, propionic, acetic, valeric acids), alcohols, hydrogen and carbon dioxide. The products of the acid-forming stage serve as substrates for the acetogenic bacteria responsible for the acetogenic stage. Acid-forming and acetogenic bacteria are producers of hydrogen and, at the same time, are sensitive to its high partial pressures. For this reason, they live in symbiosis with methanogens (microorganisms responsible for the last stage of methane fermentation, during which methane is released - methanogenesis), which use hydrogen to reduce carbon dioxide to methane, thus keeping its concentration at a sufficiently low level, favorable for development acid-forming and acetic-forming microorganisms. Methanogenic organisms also produce methane from acetic acid, which is the final product of acetic transformations. Other groups of microorganisms with different growth rates and different environmental requirements, but in a delicate balance with each other, are responsible for the proper course of the individual stages of methane fermentation.
Fermentacja metanowa jest szeroko stosowanym sposobem utylizacji odpadów prowadzącym do przekształcenia biomasy w gaz składający się głównie z metanu i dwutlenku węgla, oraz ewentualnie w kilku procentach z azotu, siarkowodoru i wodoru. Gaz ten, zwany biogazem, stanowi wysokoenergetyczne paliwo.Methane fermentation is a widely used waste treatment method that converts biomass into a gas consisting mainly of methane and carbon dioxide, and possibly a few percent nitrogen, hydrogen sulfide and hydrogen. This gas, called biogas, is a high-energy fuel.
Możliwe jest jednoczesne otrzymywanie wodoru i metanu z substancji organicznej pod warunkiem, że etap metanotwórczy zostanie oddzielony od wcześniejszych etapów fermentacji. W opisanych w literaturze przedmiotu rozwiązaniach uzyskuje się to przez prowadzenie procesu w dwóch odrębnych bioreaktorach. W pierwszym przebiega fermentacja wodorowa. Jej produktami jest wodór wytwarzany jako gaz oraz kwasy tłuszczowe i alkohole pozostające w fazie ciekłej. Zasadniczym warunkiem przeprowadzenia tego procesu jest brak organizmów metanogennych wśród drobnoustrojów w reaktorze fermentacji wodorowej. Dzięki temu wytwarzany przez drobnoustroje wodór nie jest asymilowany przez metanogeny, tylko wydzielany do fazy gazowej. Ciecz z pierwszego reaktora kierowana jest do drugiego, w którym następuje dalszy rozkład zawartych w niej substancji organicznych i w efekcie końcowym wydzielany jest produkowany przez metanogeny metan.It is possible to simultaneously obtain hydrogen and methane from an organic substance, provided that the methane-generating stage is separated from the earlier stages of fermentation. In the solutions described in the literature on the subject, this is achieved by carrying out the process in two separate bioreactors. In the first one, hydrogen fermentation takes place. Its products are hydrogen produced as a gas as well as fatty acids and alcohols remaining in the liquid phase. The main condition for carrying out this process is the lack of methanogenic organisms among the microorganisms in the hydrogen fermentation reactor. As a result, the hydrogen produced by microorganisms is not assimilated by methanogens, but released into the gas phase. The liquid from the first reactor is directed to the second, where the organic substances contained in it are further decomposed and, as a result, the methane produced by methanogens is released.
Zasadnicza trudność prowadzenia procesu dwu reaktorowego wynika dużej różnicy szybkości przemian zachodzących w poszczególnych reaktorach. Bakterie fermentacji wodorowej (pierwsze trzy etapy fermentacji metanowej), rosną stosunkowo szybko. W przypadku prowadzenia procesu w aparatach przepływowych średni czas przebywania cieczy w reaktorze (iloraz wartości objętości czynnej bioreaktora i przepływu objętościowego substratu) nie przekracza kilkunastu godzin. Z kolei szybkość przemian prowadzonych przez organizmy metanogenne jest znacznie mniejsza, co sprawia, że wymagany jest znacznie dłuższy średni czas przebywania w bioreaktorach metanogennych i wynosi on zwykle od kilku do kilkudziesięciu dni. Zatem istnieje, dla danych objętości bioreaktorów, wąski przedział wartości natężenia przepływu cieczy, dla którego proces przebiega stabilnie. Dla stosunkowo dużych wartości natężenia przepływu surowca, a więc krótkich czasów przebywania w bioreaktorach, fermentacja wodorowa może przebiegać efektywnie. Jednak wolno rosnące organizmy wytwarzające metan mogą być łatwo wymywane z bioreaktorów, jeżeli zastosuje się w nich zbyt duże natężenia przepływu. W efekcie zanika produkcja metanu. Z kolei małe natężenia przepływu, w bioreaktorachThe main difficulty in carrying out the two-reactor process results from the large difference in the rate of changes taking place in individual reactors. Hydrogen fermentation bacteria (the first three stages of methane fermentation) grow relatively quickly. When the process is carried out in flow devices, the average residence time of the liquid in the reactor (quotient of the active volume of the bioreactor and the volumetric flow of the substrate) does not exceed a dozen or so hours. On the other hand, the rate of transformations carried out by methanogenic organisms is much slower, which means that a much longer average residence time in methanogenic bioreactors is required, which is usually from several to several dozen days. Thus, for given volumes of bioreactors, there is a narrow range of the liquid flow rate for which the process is stable. For relatively high raw material flow rates, i.e. short residence times in bioreactors, the hydrogen fermentation can run efficiently. However, slow-growing methane-producing organisms can easily be washed out of bioreactors if too high flow rates are used. As a result, methane production ceases. On the other hand, low flow rates in bioreactors
PL 217 057 B1 fermentacji wodorowej mogą powodować rozwój w nich organizmów metanogennych, które asymilują wytwarzany wodór, w efekcie produkcja wodoru jest bardzo mała. Aby tego uniknąć konieczne jest stosowanie dużych objętości bioreaktorów metanogennych i dodatkowych zbiorników retencyjnych, co wiąże się ze zwiększeniem powierzchni, jaką zajmuje instalacja oraz z podwyższeniem kosztów jej eksploatacji. Dla przykładu opisano (DiStefano T. D., Palomar A., Effect of anaerobic reactor process configuration on useful energy production, Water Res., 44 (8), 2583- 2591, 2010) układ składający się 3 z dwóch bioreaktorów zbiornikowych, pierwszy do fermentacji wodorowej o objętości 0,45 dm3, drugi 3 do fermentacji metanowej o objętości 4 dm3. W innej pracy (Lee D. Y., Ebie Y., Xu K. Q., Li V. Y.,Due to hydrogen fermentation, they can develop methanogenic organisms that assimilate the produced hydrogen, and as a result, the production of hydrogen is very low. To avoid this, it is necessary to use large volumes of methanogenic bioreactors and additional retention reservoirs, which is associated with an increase in the area occupied by the installation and an increase in its operating costs. For example, a system consisting of 3 of two tank bioreactors, the first for hydrogen fermentation, has been described (DiStefano TD, Palomar A., Effect of anaerobic reactor process configuration on useful energy production, Water Res., 44 (8), 2583-2591, 2010) with a volume of 0.45 dm 3 , the second 3 for methane fermentation with a volume of 4 dm 3 . In another work (Lee DY, Ebie Y., Xu KQ, Li VY,
Inamori Y., Continuous H2 and CH4 production from high-solid food waste in the two-stage thermophilic fermentation process with the recirculation of digester sludge, Bioresource Technol., 101 3 (1), S42-S47, 2010) objętość bioreaktora do fermentacji wodorowej wynosiła 10 dm3, zaś bioreaktora 3 do fermentacji metanowej 40 dm3.Inamori Y., Continuous H2 and CH4 production from high-solid food waste in the two-stage thermophilic fermentation process with the recirculation of digester sludge, Bioresource Technol., 101 3 (1), S42-S47, 2010) bioreactor volume for fermentation hydrogen gas was 10 dm 3 , and the bioreactor 3 for methane fermentation was 40 dm 3 .
Wynalazek rozwiązuje zagadnienie stabilnej pracy bioreaktora do jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu.The invention solves the problem of the stable operation of a bioreactor for the simultaneous production of hydrogen and biogas.
Sposób wg wynalazku polega na tym, że proces prowadzony jest w dwóch przestrzeniach reakcyjnych - przestrzeni fermentacji wodorowej oraz przestrzeni fermentacji metanowej, przy czym ciekłe produkty organiczne z przestrzeni fermentacji wodorowej doprowadzane są do przestrzeni fermentacji metanowej drogą dyfuzyjną poprzez membranę półprzepuszczalną. Membrana półprzepuszczalna przepuszcza ciekłe, organiczne produkty fermentacji wodorowej, a nie przepuszcza drobnoustrojów. Proces może być realizowany w jednym bioreaktorze, w którym przestrzenie reakcyjne oddzielone są membraną półprzepuszczalną. Możliwe jest również prowadzenie procesu w dwóch oddzielnych bioreaktorach, przy czym membrana półprzepuszczalna może znajdować się albo pomiędzy bioreaktorami albo w bioreaktorze fermentacji wodorowej albo w bioreaktorze fermentacji metanowej. W każdym z przypadków ciekłe, organiczne produkty fermentacji wodorowej przechodząc przez membranę półprzepuszczalną stanowią surowiec dla fermentacji metanowej.The method according to the invention consists in the fact that the process is carried out in two reaction spaces - a hydrogen fermentation space and a methane fermentation space, whereby liquid organic products from the hydrogen fermentation space are supplied to the methane fermentation space by diffusion through a semi-permeable membrane. The semi-permeable membrane is permeable to liquid, organic products of hydrogen fermentation, and is not microbial. The process can be carried out in one bioreactor, in which the reaction spaces are separated by a semi-permeable membrane. It is also possible to run the process in two separate bioreactors, the semipermeable membrane being either between the bioreactors or in the hydrogen fermentation bioreactor or in the methane fermentation bioreactor. In each case, the liquid organic products of the hydrogen fermentation passing through the semipermeable membrane are the raw material for the methane fermentation.
Surowiec kierowany jest do przestrzeni fermentacji wodorowej, w której przebiega proces fermentacji wodorowej. W przestrzeni tej znajdują się tylko mikroorganizmy zdolne do przeprowadzania pierwszych etapów fermentacji - do momentu wytworzenia lotnych kwasów tłuszczowych. Wydzielający się podczas tego procesu wodór kierowany jest do kolektora wodoru, którym odprowadzany jest na zewnątrz. Lotne kwasy tłuszczowe w sposób dyfuzyjny transportowane są do przestrzeni fermentacji metanowej, w której przebiega metanogeneza. Membrana półprzepuszczalna umożliwia swobodny transport substancji rozpuszczonych w wodzie, natomiast nie przepuszcza drobnoustrojów. W efekcie w przestrzeni fermentacji metanowej, w której zachodzi wytwarzanie metanu nie występuje przepływ konwekcyjny i nie występuje zjawisko wymywania drobnoustrojów, co zapewnia stabilną produkcję metanu. Rozpuszczone produkty fermentacji wodorowej przenoszone są w wyniku procesów dyfuzyjnych przez membranę półprzepuszczalną i stanowią substraty dla fermentacji metanowej. Brak przepływu konwekcyjnego przez przestrzeń fermentacji metanowej pozwala na uzyskanie w niej bardzo wysokich stężeń biomasy drobnoustrojów, co prowadzi do większej szybkości przemian mikrobiologicznych. W rezultacie niezbędna objętość aparatu jest mniejsza niż w przypadku stosowania przepływu konwekcyjnego przez bioreaktor metanowy.The raw material is directed to the hydrogen fermentation space, where the hydrogen fermentation process takes place. This space contains only microorganisms capable of carrying out the first stages of fermentation - until the production of volatile fatty acids. Hydrogen released during this process is directed to the hydrogen collector, through which it is discharged outside. Volatile fatty acids are transported by diffusion to the methane fermentation space, where methanogenesis takes place. The semi-permeable membrane allows the free transport of substances dissolved in water, but it is impermeable to microorganisms. As a result, there is no convective flow in the methane fermentation space, where the production of methane takes place, and there is no leaching of microorganisms, which ensures a stable production of methane. Dissolved products of hydrogen fermentation are transferred as a result of diffusion processes through a semi-permeable membrane and constitute substrates for methane fermentation. The lack of convective flow through the methane fermentation space allows to obtain very high concentrations of microbial biomass in it, which leads to a higher rate of microbiological transformations. As a result, the necessary volume of the apparatus is smaller than when using convective flow through the methane bioreactor.
Zaletą sposobu jest efektywne i stabilne prowadzenie procesu jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu. Natężenie przepływu przez przestrzeń, w której przebiega fermentacja wodorowa nie ma żadnego wpływu na przebieg fermentacji metanowej. Sposób pozwala uniknąć zarówno wymywania drobnoustrojów metanogennych, jak i zmniejszenia wytwarzania wodoru w wyniku rozwoju drobnoustrojów metanogennych w przestrzeni fermentacji wodorowej. Sposób wg wynalazku umożliwia stosowanie wysokich stężeń biomasy drobnoustrojów w przestrzeni fermentacji metanowej i w efekcie pozwala na prowadzenie procesu w bioreaktorach o mniejszych objętościach niż w przypadku dotychczas stosowanych rozwiązań.The advantage of the method is the effective and stable conduct of the process of simultaneous production of hydrogen and biogas. The flow rate through the space where the hydrogen fermentation takes place has no effect on the course of the methane fermentation. The method avoids both the washout of methanogenic microorganisms and the reduction of hydrogen production as a result of the development of methanogenic microorganisms in the hydrogen fermentation space. The method according to the invention allows the use of high concentrations of microbial biomass in the methane fermentation space and, as a result, allows the process to be carried out in bioreactors with smaller volumes than in the previously used solutions.
Sposób wg wynalazku charakteryzuje się tym, że fermentacja wodorowa i fermentacja metanowa przebiegają równocześnie, w rozdzielonych przestrzeniach reakcyjnych, które kontaktują się wyłącznie poprzez membranę półprzepuszczalną. Dzięki temu, możliwe jest niezależne sterowanie obydwoma procesami i zapewnienie niezależnie warunków do stabilnego przebiegu każdego z nich.The method according to the invention is characterized in that the hydrogen fermentation and methane fermentation take place simultaneously, in separate reaction spaces which only come into contact through a semi-permeable membrane. Thanks to this, it is possible to independently control both processes and to ensure independently conditions for a stable course of each of them.
Instalacja do jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu z substancji organicznych na drodze fermentacji składa się z dwóch przestrzeni reakcyjnych - przestrzeni fermentacji wodorowej oraz przestrzeni fermentacji metanowej, przy czym na drodze ciekłych produktów organicznych z przestrzeni fermentacji wodorowej do przestrzeni fermentacji metanowej znajduje się membrana półprze4The installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas from organic substances by fermentation consists of two reaction spaces - a hydrogen fermentation space and a methane fermentation space, with a semi-space membrane on the route of liquid organic products from the hydrogen fermentation space to the methane fermentation space.
PL 217 057 B1 puszczalna. Membrana półprzepuszczalna przepuszcza ciekłe, organiczne produkty fermentacji wodorowej, a nie przepuszcza drobnoustrojów. Instalacja może składać się z jednego bioreaktora, w którym przestrzenie reakcyjne oddzielone są membraną półprzepuszczalną. Możliwe jest zastosowanie dwóch oddzielnych bioreaktorów, przy czym membrana półprzepuszczalna może znajdować się albo pomiędzy bioreaktorami, albo w bioreaktorze fermentacji wodorowej, albo w bioreaktorze fermentacji metanowej, W każdym z przypadków ciekłe, organiczne produkty fermentacji wodorowej przechodząc przez membranę półprzepuszczalną stanowią surowiec dla fermentacji metanowej.PL 217 057 B1 allowed. The semi-permeable membrane is permeable to liquid, organic products of hydrogen fermentation, and is not microbial. The installation may consist of one bioreactor in which the reaction spaces are separated by a semi-permeable membrane. It is possible to use two separate bioreactors, the semi-permeable membrane may be located either between the bioreactors, or in the hydrogen fermentation bioreactor or in the methane fermentation bioreactor.
Przedmiot wynalazku został przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia instalację według wynalazku składającą się z jednego bioreaktora, fig. 2 przedstawia instalację składającą się z dwóch bioreaktorów i membrany półprzepuszczalnej znajdującej się pomiędzy bioreaktorami, fig. 3 przedstawia instalację składającą się z dwóch bioreaktorów i membrany półprzepuszczalnej znajdującej się w bioreaktorze fermentacji wodorowej, a fig. 4 przedstawia instalację składającą się z dwóch bioreaktorów i membrany półprzepuszczalnej znajdującej się w bioreaktorze fermentacji metanowej.The subject of the invention is presented in the drawing, in which Fig. 1 shows the installation according to the invention consisting of one bioreactor, Fig. 2 shows an installation consisting of two bioreactors and a semi-permeable membrane between the bioreactors, Fig. 3 shows an installation consisting of two bioreactors and a semi-permeable membrane residing in a hydrogen fermentation bioreactor, and Figure 4 shows a plant consisting of two bioreactors and a semi-permeable membrane residing in a methane fermentation bioreactor.
Realizacje sposobu i instalacji do jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu wg wynalazku zilustrowano w przykładach wykonania.The implementation of the method and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas according to the invention are illustrated in the working examples.
P r z y k ł a d IP r z k ł a d I
Instalacja przedstawiona na fig. 2 składa się z dwóch bioreaktorów: fermentacji wodorowej 1 i fermentacji metanowej 2, membrany półprzepuszczalnej 3 oraz pomp 4 i 5. Bioreaktor 1 jest zbiorni3 kiem szklanym o objętości 1 dm3 wyposażonym w mieszadło mechaniczne 12 oraz króćce wlotowy 6 i wylotowy 7 oraz króciec do odprowadzania gazu 8. Do bioreaktora 1 przez krócieć 6 doprowadzany jest substrat. Płyn pofermentacyjny odprowadzany jest poprzez króciec 7. Wytwarzany w bioreaktorze 1 gaz odprowadzany jest poprzez króciec 8. Ciecz z bioreaktora 1 poprzez króciec 7 pompowana jest do membrany półprzepuszczalnej 3. W przykładzie wykonania membrana półprzepuszczalna 3 składa się z 12 rurek wykonanych z polipropylenu o porach 0,2 μm, średnicy wewnętrznej 1,8 mm i długości 30 cm zamkniętych w obudowie z PCV. Płyn z bioreaktora 1 przepływa przez rurki membrany półprzepuszczalnej 3, zaś ciecz z bioreaktora 2 przepływa w przestrzeni między rurkowej. Płyn pofermentacyjny z bioreaktora 1 po przepłynięciu przez rurki zawracany jest do bioreaktora 1 poprzez króciec 6, zaś część jest odprowadzana na zewnątrz. Bioreaktor do fermentacji metanowej 2 jest zbiornikiem 3 szklanym o pojemności 1 dm3 wyposażonym w mieszadło mechaniczne 13 oraz króćce wykorzystywane do cyrkulacji cieczy 9 i 10 oraz króciec do odprowadzania powstającego w bioreaktorze biogazu 11. Ciecz z bioreaktora 2 pompowana jest za pomocą pompy 5 przez króciec 9 do membrany 3, gdzie przepływa w przestrzeni międzyrurowej, a następnie powraca do bioreaktora 2 przez króciec 10.The installation shown in Fig. 2 consists of two bioreactors: hydrogen fermentation 1 and methane fermentation 2, semi-permeable membrane 3 and pumps 4 and 5. Bioreactor 1 is a glass vessel 3 with a volume of 1 dm 3 equipped with a mechanical stirrer 12 and inlet ports 6. and outlet 7, and gas discharge 8. The substrate is fed to the bioreactor 1 through the port 6. The post-fermentation liquid is drained through the stub pipe 7. The gas produced in the bioreactor 1 is drained through the stub pipe 8. The liquid from the bioreactor 1 is pumped through the stub pipe 7 to the semi-permeable membrane 3. In the exemplary embodiment, the semi-permeable membrane 3 consists of 12 pipes made of polypropylene with 0 pores. , 2 μm, internal diameter 1.8 mm and length 30 cm, enclosed in a PVC housing. The fluid from the bioreactor 1 flows through the tubes of the semi-permeable membrane 3, and the fluid from the bioreactor 2 flows in the inter-tube space. After passing through the tubes, the post-fermentation liquid from the bioreactor 1 is returned to the bioreactor 1 through the stub pipe 6, and part of it is discharged outside. The bioreactor for methane fermentation 2 is a glass tank 3 with a capacity of 1 dm 3 equipped with a mechanical agitator 13 and nozzles used for liquid circulation 9 and 10 and a stub pipe for discharging the biogas generated in the bioreactor 11. The liquid from the bioreactor 2 is pumped by pump 5 through the stub pipe 9 to the membrane 3, where it flows in the inter-tube space, and then returns to the bioreactor 2 through the connector 10.
33
W bioreaktorze metanowym 2 umieszczono 0,7 dm3 gęstego osadu beztlenowego o stężeniu suchej 3 masy 10 g/dm3.In the methane bioreactor 2, 0.7 dm 3 of dense anaerobic sludge with a dry mass concentration of 3 10 g / dm 3 was placed.
33
Do bioreaktora wodorowego 1 wprowadzono 0,3 dm3 osadu beztlenowego poddanego obróbce termicznej polegającej na zagrzaniu do 80°C i pozostawieniu w tej temperaturze przez 20 minut.To the hydrogen bioreactor 1, 0.3 dm 3 of the anaerobic sludge subjected to thermal treatment consisting in heating up to 80 ° C and leaving it at this temperature for 20 minutes was introduced.
W przykładzie natężenie przepływu substratu o ładunku 50 g ChZT/dm3 wynosiło 160 cm3/godzinę.In the example, the substrate flow rate with a charge of 50 g COD / dm 3 was 160 cm 3 / hour.
33
Uzyskano szybkość wytwarzania wodoru w bioreaktorze 1 równą 24 dm3/dobę, zaś szybkość wytwa3 rzania biogazu w bioreaktorze 2 wyniosła 13 dm3/dobę.The resulting production rate of hydrogen in the bioreactor 1 equal to 24 dm 3 / day, and the rate of manu 3 rzania biogas the bioreactor 2 was 13 dm 3 / day.
W przypadku usunięcia membrany 3 (w celach porównawczych) i skierowaniu produktów fermentacji z bioreaktora 1 do bioreaktora 2 zaobserwowano malejące w czasie wytwarzanie metanu w bioreaktorze 2, a po tygodniu całkowite ustanie fermentacji metanowej w wyniku wymycia drobnoustrojów.In the case of removing the membrane 3 (for comparison purposes) and directing the fermentation products from the bioreactor 1 to the bioreactor 2, the production of methane in the bioreactor 2 was decreasing in time, and after a week, the methane fermentation was completely stopped as a result of washing out the microorganisms.
P r z y k ł a d IIP r z x l a d II
Instalacja przedstawiona na fig. 2 do realizacji procesu jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu składa się z dwóch bioreaktorów: fermentacji wodorowej 1 i fermentacji metanowej 2, membrany półprzepuszczalnej 3 oraz pompy 4. Bioreaktor 1 do prowadzenia fermentacji wodorowej ma 3 objętość 10 dm3, wyposażony jest w mieszadło mechaniczne 12 oraz króćce wlotowy 5 i wylotowy 6 oraz króciec 7 do odprowadzania powstających gazów. W bioreaktorze 1 umieszczona jest membrana półprzepuszczalna 3 w postaci modułu mikrofiltracyjnego składającego się z 20 rurek w kształcie litery U wykonanych z polipropylenu o porach 0,2 μm o średnicy wewnętrznej 1,8 mm. Długość rurek wynosi 20 cm. Przez rurki przepływa ciecz z bioreaktora 2 pompowana za pomocą pompy 4, a następnie zawracana do bioreaktora 2. Produkty fermentacji wodorowej wytwarzane w bioreaktorze 1 przenikają przez membranę do cieczy przepływającej w rurkach i wraz z nią dostają się do bioreaktora 2, gdzie 3 stanowią pożywkę dla mikro organizmów metanogennych. Bioreaktor 2 ma objętość 5 dm3, wyposażony jest w mieszadło mechaniczne 13 oraz króćce cieczy 8 i 9 oraz króciec do odprowadzania biogaPL 217 057 B1 zu 10. Do bioreaktora 1 podawany jest substrat poprzez króciec 5, płyn pofermentacyjny odprowadza33 ny jest poprzez króciec 6. Natężenie przepływu substratu, o ładunku 50 g ChZT/dm3 wynosi 1,5 dm3/h. 3 The installation shown in Fig. 2 for carrying out the process of simultaneous production of hydrogen and biogas consists of two bioreactors: 1 hydrogen fermentation and methane fermentation 2, the semi-permeable membrane 3 and the pump 4 1 bioreactor to carry out hydrogen fermentation has 3 volume of 10 dm 3 is equipped with a mechanical agitator 12, as well as inlet 5 and outlet 6 stub pipes and a stub pipe 7 for discharging the gases produced. In the bioreactor 1, a semi-permeable membrane 3 in the form of a microfiltration module is placed, consisting of 20 U-shaped tubes made of polypropylene with pores of 0.2 μm and an internal diameter of 1.8 mm. The tubes are 20 cm long. Liquid from the bioreactor 2, pumped by pump 4, and then returned to the bioreactor 2 flows through the tubes. The hydrogen fermentation products produced in the bioreactor 1 penetrate through the membrane into the liquid flowing in the tubes and enter the bioreactor 2 with it, where 3 are the medium for methanogenic microorganisms. The bioreactor 2 has a volume of 5 dm 3 , is equipped with a mechanical agitator 13, liquid connectors 8 and 9, and a biogas discharge port 10. The substrate is fed to the bioreactor 1 through the port 5, the post-fermentation fluid is discharged through the port 6. The flow rate of the substrate with the load of 50 g COD / dm 3 is 1.5 dm 3 / h. 3
W bioreaktorze 2 umieszczono 4 dm3 zatężonego osadu beztlenowego o stężeniu suchej masy 33 g/dm3. Do bioreaktora 1 na początku procesu wprowadzano 1 dm3 osadu beztlenowego poddanego obróbce termicznej opisanej w przykładzie 1. Uzyskano szybkość wytwarzania wodoru równą 4 dm 3 of concentrated anaerobic sludge with a dry matter concentration of 33 g / dm 3 was placed in bioreactor 2. At the beginning of the process, 1 dm 3 of the anaerobic sludge subjected to the thermal treatment described in Example 1 was introduced into bioreactor 1. The hydrogen production rate was
240 dm3/d oraz szybkość wytwarzania biogazu równą 110 dm3/d.240 dm 3 / d and the rate of biogas production equal to 110 dm 3 / d.
W przypadku zastosowania szeregowego połączenia bioreaktorów bez membrany półprzepuszczalnej 3 (w celach porównawczych) stabilną pracę bioreaktora metanowego 2 uzyskano wtedy, 3 gdy jego objętość wyniosła 200 dm3.Where the series connection of bioreactors without a semipermeable membrane 3 (for comparative purposes) methane stable operation of the bioreactor was obtained when 2, 3 when its volume was 200 dm 3.
P r z y k ł a d IIIP r x l a d III
Instalacja przedstawiona na fig. 3 do realizacji procesu jednoczesnego wytwarzania wodoru i biogazu składa się z dwóch bioreaktorów; fermentacji wodorowej 1 i fermentacji metanowej 2, membrany półprzepuszczalnej 3 oraz pompy 4. Bioreaktor 1 do prowadzenia fermentacji wodorowej ma 3 objętość 5 dm3, wyposażony jest w mieszadło mechaniczne 12 oraz króćce wlotowy 5 i wylotowy 6 3 oraz króciec 7 do odprowadzania powstających gazów. Bioreaktor 2 ma objętość 10 dm3, wyposażony jest w mieszadło mechaniczne 13 oraz króciec do odprowadzania biogazu 8. W bioreaktorze 2 umieszczona jest membrana półprzepuszczalna 3 w postaci modułu mikrofiltracyjnego, składającego się z 20 kapilar w kształcie litery U wykonanych z polipropylenu o porach 0,2 μm o średnicy wewnętrznej 1,8 mm. Długość kapilar wynosi 20 cm.The plant shown in Fig. 3 for the simultaneous production of hydrogen and biogas consists of two bioreactors; one hydrogen fermentation and methane fermentation 2, the semi-permeable membrane 3 and the pump 4 1 bioreactor for fermentation is hydrogen 3 5 dm 3 volume, equipped with a mechanical stirrer 12 and the nozzles 5 and the inlet 3 an outlet 6 and the outlet 7 for discharging the gases. Bioreactor 2 has a volume of 10 dm 3 , is equipped with a mechanical stirrer 13 and a biogas discharge connector 8. In the bioreactor 2 there is a semi-permeable membrane 3 in the form of a microfiltration module, consisting of 20 U-shaped capillaries made of polypropylene with 0 pores, 2 μm with an inside diameter of 1.8 mm. The capillaries are 20 cm long.
33
Do bioreaktora 1 na początku procesu wprowadzano 1 dm3 osadu beztlenowego poddanego obróbce termicznej opisanej w przykładzie 1. Do bioreaktora 1 podawany jest substrat poprzez kró3 ciec 5. Natężenie przepływu substratu wynosi 830 cm3/h. Płyn z bioreaktora 1 pompowany jest za pomocą pompy 4 do modułu 3, gdzie przepływa wewnątrz rurek, a następnie jest zawracany do bioreaktora 1, zaś część tego strumienia odprowadzana jest na zewnątrz. Podczas przepływu przez rurki następuje przenikanie produktów fermentacji wodorowej do cieczy w bioreaktorze 2, gdzie zużywane są przez drobnoustroje metanogenne.The bioreactor 1 at the beginning of 1 dm 3 were fed anaerobic sludge heat-treated as described in Example 1. For bioreactor 1 is fed by substrate short slee three cuts 5. The flow rate of the substrate is 830 cm 3 / h. The fluid from the bioreactor 1 is pumped by the pump 4 to the module 3, where it flows inside the tubes, and then is returned to the bioreactor 1, with a part of this flow being discharged outside. During the flow through the tubes, the hydrogen fermentation products penetrate into the liquid in the bioreactor 2, where they are consumed by methanogenic microorganisms.
33
W bioreaktorze 2 umieszczono 7 dm3 zatężonego osadu beztlenowego o stężeniu suchej masy 33 g/dm3. Uzyskano szybkość wytwarzania wodoru równą 120 dm3/d oraz szybkość wytwarzania bio3 gazu równą 65 dm3. W przypadku zastosowania szeregowego połączenia bioreaktorów bez modułu 3 (w celach porównawczych) stabilną pracę bioreaktora metanowego 2 uzyskano wtedy gdy jego obję3 tość wyniosła 100 dm3. 7 dm 3 of concentrated anaerobic sludge with a dry matter concentration of 33 g / dm 3 were placed in bioreactor 2. The hydrogen production rate was 120 dm 3 / d and the bio 3 gas production rate was 65 dm 3 . Where the series connection of bioreactors without Module 3 (for comparative purposes) methane stable operation of the bioreactor 2 obtained when the covered Toscano 3 was 100 dm 3.
P r z y k ł a d IVP r x l a d IV
Instalacja przedstawiona na fig. 1 składa się z jednego bioreaktora o dwóch przestrzeniach przestrzeni fermentacji wodorowej 1 i przestrzeni fermentacji metanowej 2 rozdzielonych membraną półprzepuszczalną 3. Przestrzeń 1 służy do prowadzenia fermentacji wodorowej, przestrzeń 2 do prowadzenia fermentacji metanowej. Substraty do przestrzeni 1 dopływają przez króciec 5. Wytwarzany w przestrzeni 1 wodór odprowadzany jest przez króciec 7. Płyn pofermentacyjny z przestrzeni 1 odprowadzany jest poprzez króciec 6. Biogaz z przestrzeni 2 odprowadzany jest przez króciec 10.The plant shown in Fig. 1 consists of one bioreactor with two spaces for hydrogen fermentation 1 and a space for methane fermentation 2 separated by a semi-permeable membrane 3. Space 1 is for hydrogen fermentation, space 2 for methane fermentation. Substrates to space 1 flow through the stub pipe 5. The hydrogen produced in space 1 is drained through the stub pipe 7. The digestate from space 1 is drained through the stub pipe 6. Biogas from space 2 is drained through the stub pipe 10.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394317A PL217057B1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PL394317A PL217057B1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL394317A1 PL394317A1 (en) | 2012-09-24 |
| PL217057B1 true PL217057B1 (en) | 2014-06-30 |
Family
ID=46882919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL394317A PL217057B1 (en) | 2011-03-23 | 2011-03-23 | Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| PL (1) | PL217057B1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3382030A1 (en) | 2017-03-31 | 2018-10-03 | Henryk Ignaciuk | Method and installation for biogas and hydrogen production, and fertilizers containing chelates obtained by this method |
-
2011
- 2011-03-23 PL PL394317A patent/PL217057B1/en unknown
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3382030A1 (en) | 2017-03-31 | 2018-10-03 | Henryk Ignaciuk | Method and installation for biogas and hydrogen production, and fertilizers containing chelates obtained by this method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| PL394317A1 (en) | 2012-09-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7083956B2 (en) | Method for hydrogen production from organic wastes using a two-phase bioreactor system | |
| BRPI1007417B1 (en) | apparatus and method for continuously producing hydrogen or hydrogen and methane from organic waste | |
| US20190309256A1 (en) | Membrane bioreactor for biological upgrading of biogas and conversion of co2 to methane | |
| Lovato et al. | Reactor start-up strategy as key for high and stable hydrogen production from cheese whey thermophilic dark fermentation | |
| AU2007309109A1 (en) | System and method for growing photosynthetic cells | |
| EP2558421B1 (en) | An anaerobic wastewater treatment system | |
| Weide et al. | Use of organic waste for biohydrogen production and volatile fatty acids via dark fermentation and further processing to methane | |
| CN104445608B (en) | Inner-loop anaerobic membrane bioreactor treatment method and equipment for high-concentration organic wastewater | |
| CN101861394A (en) | Method and device for microbial production of a certain product and methane | |
| KR20130098082A (en) | Biogas production system using thermal hydrolysis and method for treating organic material using the biogas production system | |
| CN207537216U (en) | A kind of baffle plate type anaerobic membrane bioreactor system | |
| Ojeda et al. | Improvement of methane content in a hydrogenotrophic anaerobic digester via the proper operation of membrane module integrated into an external-loop | |
| WO2016027223A1 (en) | Anaerobic membrane bioreactor system | |
| PL217057B1 (en) | Method for the simultaneous production of hydrogen and biogas and installation for the simultaneous production of hydrogen and biogas | |
| CN104031834A (en) | Hydrogen manufacturing method through photosynthetic bacterium continuous reaction | |
| JP5063269B2 (en) | Biogas system | |
| KR102059924B1 (en) | Biological methane upgrading through hydrogenotrophic methanogenesis | |
| KR100911835B1 (en) | The bacteria digestion tank and it`s use biogas production method | |
| KR100692249B1 (en) | High rate methanc production system using anaerobic archaea | |
| CN210559929U (en) | Thermal hydrolysis recycling system for anaerobic digestion biogas slurry of livestock and poultry feces | |
| CN203048669U (en) | Experimental auxiliary device of up-flow biogas digester | |
| KR101189634B1 (en) | Biogas production system using ion decomposition and method for treating organic material using the biogas production system | |
| EP2109589B1 (en) | Production of hydrogen and methane from wastewater streams | |
| WO2010046914A1 (en) | Process for continuous production of biogas from biomass | |
| KR101273937B1 (en) | Concentration apparatus for methane fermentation |