Badania BMPProdukty uboczne przemysłu rolno-spożywczego

Wywar gorzelniany i winasa (wywar podestylacyjny) — BMP: 5 badań, średnia ważona 326 m³ CH₄/t s.m.o.

Wywar gorzelniany i winasa to płynne, kwaśne pozostałości po destylacji alkoholu o dużym ładunku organicznym; wymagają buforowania i kontroli siarkowodoru.

ocena: neutralny CH₄ 58 %

Opublikowano 7 marca 2021Zaktualizowano 29 października 20263 min czytaniaRedakcja Substraty.pl

Fot. The U.S. Food and Drug Administration / Wikimedia Commons, domena publiczna, plik źródłowy; zmiany: kadrowanie

Średnia ważona: 326m³ CH₄/t s.m.o.
Zakres: 247–381m³ CH₄/t s.m.o.
Rekordy: 5badań
Publikacje: 3źródła
Temperatury: 36 °C, 37 °C, 38 °Ctestu

Metan w biogazie

58,5% CH₄

Średnia zawartość metanu · ≈ 5,8 kWh/m³ biogazu

pomiar średnia z 1 badania BMP; w teście okresowym udział CH₄ bywa wyższy niż w instalacji.

Jak liczymy i co oznaczają strefy

Ocena dla biogazowni

neutralny — ocena redakcji dla biogazowniBez wyraźnych zalet — za przyjęcie warto pobierać opłatę

Potencjał na tonę masy świeżej umiarkowany (29 m³ CH₄/t); ryzyko procesu: sól / sód, zakwaszenie, siarka. Bez dodatkowych wymagań obsługi.

Dlaczego? Czynniki oceny

Potencjał na tonę +1

+1potencjał 29 m³ CH₄/t masy świeżej (BMP 326 × s.m. 9,6 % × s.m.o. 91,3 %)

Stabilność procesu −1,75

−1sól / sód: inhibicja przy wysokim udziale
−0,5zakwaszenie: szybki rozkład / kwaśny odczyn, ryzyko kumulacji LKT, wymaga buforu
−0,25siarka: H₂S w biogazie (toksyczność dla bakterii, korozja, odsiarczanie)

Obsługa i koszty 0

0brak czynników

Suma punktów: −0,75 · progi: ≥ 2,5 bardzo dobry, ≥ 1 dobry, poniżej — neutralny; negatywny przy skumulowanym ryzyku procesu.

Ocena redakcji wg metodyki · pewność oceny: wysoka · bez cen rynkowych

Dodaj do kalkulatora kofermentacji Dane CSV

Krzywe BMP z 5 badań

Średnia ważona Pojedyncze rekordy

Linie przerywane to przebieg modelowy (kinetyka I rzędu, B(t) = B₀·(1 − e^−kt)); z publikacji pochodzi punkt końcowy. Wszystkie krzywe są modelowe.

Skumulowana produkcja metanu w czasie testu [m³ CH₄/t s.m.o.]. Gruba linia to średnia ważona wszystkich rekordów (326); kropki oznaczają wartości końcowe podane w publikacjach. Wskaż wykres, aby odczytać wartości; kliknij pozycję legendy, aby ukryć lub pokazać rekord.

Rekordy i źródła

Pobierz CSV

Źródło	BMP m³ CH₄/t s.m.o.	CH₄ w biogazie % obj., pomiar	Temperatura	Próbka	Krzywa
Dubrovskis i Plume (2017) DOI	360	58,5 %	38 °C · mezofilowy	wywar gorzelniany (gorzelnia Kalsnava, Łotwa) (oryg.: „Distillery stillage (Kalsnava)”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Fu i in. (2017) · 1 DOI	247	—	37 °C · mezofilowy	winasa (oryg.: „vinasse”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Fu i in. (2017) · 2 DOI	274	—	37 °C · mezofilowy	winasa (oryg.: „vinasse”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Luna-delRisco i in. (2011) · 1	335	—	36 °C · mezofilowy	wywar gorzelniany (oryg.: „distillery slop”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Luna-delRisco i in. (2011) · 2	381	—	36 °C · mezofilowy	wywar gorzelniany (oryg.: „distillery slop”)	punkt końcowy (krzywa modelowa)
Średnia ważona	326	58,5 %	średnia arytmetyczna 320, SD 57

Typowy skład

Sucha masa (s.m.): 9,6% (zakres 5,5–42,6)
Sucha masa organiczna (s.m.o.): 91,3 % s.m. (zakres 86,5–93,1)
Azot: 3,5 % s.m.
Stosunek C/N: 13

Mediana i zakres oznaczeń podanych w publikacjach źródłowych rekordów BMP tego substratu (źródło odczytu: MY-D); sucha masa: 3 oznaczenia, sucha masa organiczna: 3 oznaczenia. C/N obliczono jako iloraz zawartości C i N (% s.m.) z tego samego źródła.

Źródła: Fu i in. (2017); Luna-delRisco i in. (2011).

Skład surowca zmienia się między partiami — do obliczeń instalacji użyj analizy własnej próbki. Wartości typowe kalkulator wstawia automatycznie.

Właściwości procesowe

kwaśny
rozcieńcza wsad (mała s.m.)
bogaty w siarkę
zasolony
łatwo rozkładalny
klasyfikacja redakcji

Zalety

Potencjał metanowy w zbiorze BMP Substraty.pl: średnia ważona 326.2 m³ CH₄/t s.m.o. (SD 56.9; 5 rekordów, 3 źródeł).
W termofilowej kofermentacji z pomiotem wywar poprawiał produkcję biogazu i usuwanie ChZT do 60% w/w (Sharma i in. 2013).
Ciepły, niska s.m. - łatwy w dozowaniu (Wilkie i in. 2000).

Wady i ryzyka

Przy 80% w/w wywaru w mieszance z pomiotem obserwowano inhibicję (Sharma i in. 2013).
Winasa może zawierać siarczany i potas (Wilkie i in. 2000; Hilton i Archer 1988).
Niskie pH.

Kofermentacja — z czym łączyć, na co uważać

dobrze łączyć
substraty: wysoka zasadowość (bufor) — np. Obornik i odchody bydlęce, Gnojowica świńska, Gnojowica bydlęca, Gnojowica kacza, Treść przewodu pokarmowego (żwacza, jelit)
Pomiot/gnojowica neutralizują kwaśny wywar.^[1]
dobrze łączyć
substraty: bogaty w azot — np. Gnojowica świńska, Pomiot drobiowy (kurzy, indyczy), Osad nadmierny (wtórny, czynny), Glon Chlorella vulgaris, Glon Nannochloropsis salina
Wywar rozcieńcza N pomiotu.^[1]

Dawkowanie

Orientacyjny limit z literaturydo 60% masy świeżej wsadu^[1]

Podstawa: udział wywaru w paszy mieszanej (w/w). Sharma i in. (2013): w termofilowej kofermentacji pomiotu kurzego z wywarem (thin stillage) po adaptacji do 20% i 40% wywaru rosły produkcja biogazu i udział metanu; szczyt wydajności przy 60% wywaru, a przy 80% istotny spadek aktywności metanogennej i usuwania ChZT. 60% jest zatem optimum (najwyższy udział bez spadku wydajności), a granica inhibicji leży gdzieś między 60 a 80% i nie została wyznaczona. Dane dotyczą jednego wsadu z pomiotem kurzym w warunkach laboratoryjnych; wprowadzać stopniowo.

Wprowadzaj stopniowo, zaczynając od małej dawki i obserwując proces (np. FOS/TAC, pH, skład gazu).

Źródła danych procesowych

Ocenę konkretnej mieszanki z tym substratem pokaże kalkulator kofermentacji.

Czym jest i skąd się bierze

Po destylacji sfermentowanej zacieru lub melasy pozostaje ciecz, w zależności od surowca nazywana wywarem gorzelnianym (zboża, ziemniaki, kukurydza) albo winasą (melasa buraczana lub trzcinowa, wino). W Polsce funkcjonują gorzelnie rolnicze i przemysłowe, które produkują spirytus i bioetanol, a wywar z nich był tradycyjnie wykorzystywany jako pasza lub nawóz. Winasa melasowa jest bardziej skoncentrowana i ma inny skład niż wywar zbożowy.

Właściwości istotne dla fermentacji

Wywar jest rzadki, o niskiej zawartości suchej masy, ale o dużym ładunku organicznym wyrażonym jako ChZT. Zawiera resztki cukrów, kwasy organiczne, glicerol, białko drożdży i substancje mineralne, w tym potas. Odczyn jest kwaśny, więc przy braku buforu grozi zakwaszenie. Winasa melasowa może zawierać znaczne ilości siarczanów i związków barwnych (melanoidyny), co sprzyja produkcji siarkowodoru przez bakterie redukujące siarczany i może hamować metanogeny. Wywar gorzelniany jest gorący po destylacji, co zmniejsza zapotrzebowanie na podgrzewanie, ale wymaga schłodzenia w instalacjach mezofilowych.

Jak czytać rozrzut wyników

W zbiorze jest kilka rekordów z kilku źródeł: winasa i wywar gorzelniany, wszystkie w warunkach mezofilowych (36–37 °C). Rozrzut wynika z surowca gorzelniczego (melasa, zboża, ziemniaki), technologii destylacji, zawartości suchej masy i siarczanów, a także z tego, czy wynik podano na suchą masę organiczną, czy na ChZT. Wpływ mają inokulum i adaptacja mikroflory do składników wywaru. Dlatego wynik dla jednego rodzaju wywaru nie przenosi się wprost na inny.

W praktyce biogazowni

Wywar jest cennym płynnym substratem przy gorzelniach, bo nie wymaga transportu na duże odległości. Dawkowanie wymaga kontroli pH, alkaliczności i H₂S, a w razie potrzeby dodatku buforu lub gnojowicy. Stężony wywar bywa rozcieńczany. Po fermentacji można ograniczyć ładunek organiczny ścieków. Wywar jako produkt uboczny gorzelni ma status zależny od sposobu zagospodarowania; jako odpad podlega przepisom o odpadach.

Ponieważ wywar jest płynny i o niskiej suchej masie, bardziej niż wydajność z grama suchej masy organicznej liczy się jego ładunek ChZT na metr sześcienny oraz to, czy gorzelnia pracuje w kampanii sezonowej, czy przez cały rok, co decyduje o ciągłości dostaw do biogazowni.

Metodyka w skrócie

BMP to ilość metanu uzyskana z suchej masy organicznej (s.m.o., ang. VS) w teście okresowym, podawana w m³ CH₄ na tonę s.m.o. (liczbowo tyle samo co NmL CH₄/g VS w publikacjach) i przeliczona na warunki normalne (0 °C, 101,325 kPa). Średnia ważona daje każdej publikacji łączną wagę 1, dzieloną po równo między jej wyniki dla danego substratu — praca z dwudziestoma odmianami nie przeważa pracy z jedną próbką. W programach międzylaboratoryjnych jednostką jest laboratorium (łączna waga 1), a w jego obrębie waga testu rośnie z liczbą butelek (powtórzeń). Wyniki po obróbce wstępnej (np. termicznej, chemicznej, enzymatycznej) pokazujemy osobno i nie wliczamy ich do średniej.

Linie ciągłe to krzywe zmierzone w testach. Gdy publikacja podaje tylko wynik końcowy, rysujemy przebieg modelowy kinetyki pierwszego rzędu, B(t) = B₀·(1 − e^−kt): z publikacji pochodzi wyłącznie punkt końcowy, a kształt krzywej służy jedynie wizualizacji — nie odczytuj z niego produkcji w konkretnym dniu. Dla tego substratu przyjęto k = 0,091 d⁻¹ (brak danych kinetycznych dla grupy – przyjęto medianę wszystkich dostępnych stałych k (93 wartości) = 0.091 d⁻¹).

Statystyki opisują rozrzut opublikowanych wyników — to zestawienie opisowe, a nie metaanaliza ani gwarancja uzysku w instalacji.

Pełna metodyka i zasady korekt

Bibliografia

Wszystkie źródła serwisu: bibliografia.