Гидролизная очистка: Гидролизная очистка духовки: что это такое?

Гидролизная очистка духовки: что это такое?

Содержание статьи Покупая духовой шкаф или печку с духовкой, любая хозяйка думает о том, как в будущем ее мыть и чистить от жира. Хотелось бы делать это без особых хлопот, легко и быстро. Один из способов автоматической чистки называется гидролизом. Что же такое гидролизная очистка?

Как действует гидролиз

Корень «гидро» подсказывает, что в процессе задействована вода. Действительно, для того чтобы почистить духовку, в противень наливают воду (около 0,5 л) и добавляют немного чистящего средства. Далее духовку закрывают и разогревают до 90° или меньше.

Вода превращается в пар, занимает весь внутренний объем духового шкафа и разъедает жир и другие загрязнения.

Поскольку в состав пара входят вещества моющего средства, очистка получается более эффективной. Через 30-40 минут после действия пара остается открыть духовку и протереть ее губкой. Некоторые духовки очищаются чистой водой без каких-либо порошков и разогреваются всего до 50-70°.

Достоинства и недостатки процесса

Поскольку помимо гидролиза существуют другие методы очистки, полезно будет рассмотреть его сильные и слабые стороны. Преимущества чистки паром состоят в следующем:

• процесс не требует больших затрат энергии, как, например, пиролиз;
• гидролиз не сильно влияет на цену духового шкафа, то есть это недорогой метод.

В принципе, реализовать его можно в любой печке, поскольку пар действует одинаково. Но у метода есть и очевидные недостатки. Если жир или остатки пищи сильно прилипли, то очистка водой не поможет. Надо будет приложить существенные усилия и потереть поверхность руками.

Чтобы гидролизная очистка подействовала, надо немного подождать, пока духовка остынет после приготовления пищи, но не откладывать процедуру в долгий ящик. В идеале очистка должна проводиться в день использования духовки. В этом случае ваша бытовая техника будет всегда в идеальном состоянии.

Особенности духовок с гидролизом

Применяя гидролиз постоянно, да еще в сочетании с моющими средствами, вы рискуете подвергнуть коррозии внутренние части духового шкафа. Чтобы этого не произошло, производитель покрывает их эмалью, стойкой к действию кислот и щелочей.

Некоторые модели имеют электронные программы, регулирующие время воздействия пара. Есть духовые шкафы, в которых требуется вместо воды использовать специальный чистящий состав. Необходимо наполнить им емкость и включить разогрев. Через несколько минут вещество распылиться по стенкам и размягчит жир.

В зависимости от моделей духового шкафа воду можно наливать прямо в противень или в специальное круглое углубление в нижней части.

Функцией гидролиза снабжены печи марок Горенье, Электролюкс, Бош, и другие. Хотя очистка паром очень распространена, ее нельзя назвать автоматической. Чтобы полностью убрать жир, приходится в любом случае протирать стенки тряпочкой, салфеткой или губкой. В завершении процесса чистки надо вытереть стенки насухо и проветрить камеру, чтобы в ней не оставалось влаги.

В целом гидролиз облегчает уход за духовым шкафом. Его можно использовать даже без чистящих гелей и порошков. Что интересно, таким же способом очищают микроволновые печки, наливая воду в мисочку и разогревая ее в течение нескольких минут.

что это такое, как осуществляется

Гидролизная очистка духовки производится при помощи воды. Этот процесс не автоматизированный, однако совершенно не сложный и его легко осуществить в домашних условиях. Подобный метод еще называют чисткой паром.

Что такое гидролиз и как это происходит

В поддон духовки заливают специальную гидролизную жидкость, после чего прибор закрывают и снова включают на короткое время. Когда духовка разогревается, из горячей воды начинает выделяться пар, способный размягчить засохший жир, прочно прилепляющийся к бортам прибора. Жир начинает стекать в специальный поддон с водой, правда, при сильном загрязнении такой очистки будет, скорее всего, недостаточно и придется прибегать к ручной мойке.

Как правило, техника, оснащенная функцией гидролизной чистки, производится из высококачественной эмали, устойчивой к воздействию пищевых кислот.

Это делается для того, чтобы воспрепятствовать проникновению жира внутрь прибора. Модели премиум-класса оборудованы программным гидролизом, то есть активацией функции по таймеру, а также возможностью регулировки ее интенсивности и срока действия.

Однако не стоит торопиться и считать эту функцию полноценной очисткой. Скорее это будет подготовкой, так как после обработки паром, внутреннюю поверхность духового шкафа все же придется протирать салфеткой или влажной тряпкой, чтобы снять размокшую грязь и жир. В целом же, гидролиз скорее является способом, который облегчает очистку плиты, но не заменяет ее полностью.

Стоит обратить внимание: чем чаще производится подобная обработка, тем легче будет уход за плитой (духовкой, грилем, коптильней).

Как правило, после окончания паровой обработки внутреннюю поверхность духовки протирают тряпкой, убирают оставшуюся жидкость и оставляют сушиться с приоткрытой дверцей. Сохнет плита примерно около часа.

Плюсы гидролизной обработки

Несмотря на то, что подобная обработка рассматривается лишь как дополнительная и вспомогательная очистка, у нее имеются несомненные плюсы:

1. К самым первым преимуществам можно отнести относительную легкость этого способа.
2. Вторым достоинством является ее низкая стоимость.
3. Третьим, не менее важным достоинством, является возможность провести уборку, не применяя агрессивные химические средства, которые могут нанести вред не только здоровью, но и поверхности духовки.

Отдельно стоит рассмотреть преимущество относительно низких температур, при которых производится гидролизная уборка. При умеренных температурах внутренность шкафа не подвергается сильному воздействию, все происходит в щадящем режиме.

Минусом рассмотренного вида очистки можно считать ее

узкий спектр применения. Далеко не каждая поверхность, из которой изготавливаются духовые шкафы, рассчитана на паровую обработку или активную влажную уборку в замкнутом цикле, под давлением и при повышенной температуре. Чаще всего, это модели классом выше среднего. Впрочем, при достаточно подробном изучении рынка духовых шкафов, можно отыскать устройства с низкой стоимостью, которые будут иметь возможность гидролизной чистки. Для подбора лучшей модели стоит внимательно изучить рейтинги духовых шкафов 2017 и 2018 года.

Дополнительные «навороты»

Ряд моделей обладает функцией Cleaning, и требует нанесения дополнительных спреев, которые заменяют действие пара. Эта технология работает по следующему принципу: духовой шкаф нагревается до температуры 90 градусов и удерживает ее на протяжении 15 минут, после чего раздается звуковой сигнал.

Затем на поверхность наносится спрей. Особенность состоит в том, что наносить средство требуется достаточно быстро, не менее чем за пять минут, потому что внутреннее освещение шкафа запрограммировано только на этот срок. Если не уложиться в установленное время, можно пропустить скрытые полости. После завершения очищающего цикла важно, так же как и в случае с гидролизом, очистить поверхность шкафа от загрязнений и лишней жидкости.

Духовой шкаф с функцией Cleaning

Существуют также устройства с функцией Aqua clean, они работают при пониженной температуре. Для запуска уборки необходима температура 50 градусов и примерно 0.5 литра жидкости (можно использовать и обычную воду). Программа запускается на 30 минут. После автоматического отключения системы можно открыть духовой шкаф и протереть его, оставив сохнуть со слегка приоткрытой дверцей.

В гидролизе существует несколько типов (разновидностей) уборки, тем не менее, не имеющих принципиальных различий. Все они имеют схожие принципы обработки внутренней поверхности духовки и требуют последующей очистки, невзирая на то, что являлось главным компонентом: пар, спрей или вода.

Одним из самых распространенных и доступных методов очистки на рынке был и остается гидролиз, и именно ему отдают предпочтение большинство пользователей кухонной техники. К тому же, простота в использовании, надежность и необходимость в отсутствии дополнительных средств, делают гидролизную уборку одной из самых экономичных.

Заключение

На сегодняшний день существует множество вариантов обработки духового шкафа, например, каталитическая и пиролитическая, однако именно гидролизная очистка духовки является наиболее простой и востребованной. Целый ряд производителей предусматривает наличие опции гидролиза в своих моделях, поэтому любой спрос с большой долей вероятности будет удовлетворен. Так, опцией гидролиза обеспечены модели популярных брендов Bosch, Electrolux, Gorenje.

какой лучше тип, каталитический или паром, гидролизная для духового шкафа

Гидролизную очистку духовки легко осуществить в домашних условиях

Современные технологии не стоят на месте, все больше появляется новых приборов, в том числе духовок, как электрических, так и газовых. Сейчас огромным спросом пользуются духовки, которые имеют разные дополнительные функции, в том числе и такую, как самоочистка. Прошли уже те времена, когда хозяйки драили духовки от пригоревшего жира до полного изнеможения. Сейчас все очень просто, стоит только включить духовку, как она сама начинает самоочищение. Существует несколько способов очисток, поэтому какую из них выбрать, зависит только от желаний самого покупателя.

Содержание материала:

Очистка духовки паром: что это такое, плюсы и минусы

Современные производители представляют три основных варианта очистки духовок: каталитическая, гидролизная и пиролитическая. Все эти способы очень разные, каждый из них имеет свои плюсы и минусы. Гидролизная очистка, что же это на самом деле такое? Такая система представляет собой очищение от образовавшегося жира, которое происходит под воздействием пара.

Очистка паром духовки, что это такое? Ответить на этот вопрос можно очень просто – это гидролизный способ очистки. «Гидро» – это вода, а вот «лизис» означает распад или разложение.

В нагретую духовку обязательно ставится специальный противень и наливается в него вода, в нее можно, пожеланию, добавить любое моющее средство. При небольшой температуре осевший на поверхность жир расщепляется и в результате, стекает в противень. Затем противень просто моется. Правда, этот способ очищения нужно проводить, только после доставания блюд из духового шкафа.

Чистка духовки паром — самый легкий и простой способ очистки

Преимущества данного вида:

• Самый легкий способ очистки;
• Корпус не сильно нагревается;
• Не нужно прибегать за помощью к химическим средствам;
• Дешевый способ;
• Энергосберегающий тип.

Многие духовки имеют функцию aquaclean, с помощью которой и происходит очищение прибора паром внутри. Паровая очистка происходит при температуре 90 градусов. Вода преобразовывается в пар, а он в свою очередь растворяет жир, который, затем, можно удалить с помощью мокрой салфетки. Такую систему гидролизной очистки aqualytic применяет одна из известных компаний Hansa. Особенностью этой технологии является, специально разработанная, эмаль, химический состав которой позволяет легко расщеплять любые загрязнения под воздействием влаги или пара.

Современная система духового шкафа, что это: каталитическая очистка или традиционная

Мыть духовку необходимо после каждого приготовления, чтобы образовавшийся жир или грязь не въедались в эмаль духового шкафа. Традиционная очистка происходит в ручную, с помощью мягкой губки и любого неагрессивного средства для мытья. Однако на нее уходит много времени и сил. Значит, выбирайте духовку с самоочищением, например, с функцией каталитической очистки.

Каталитическая очистка – это такой химический процесс, который происходит под воздействием катализатора. Сам катализатор находиться в порах специальной эмали, которой оборудованы стенки духовки.

Катализ, как известно еще из уроков химии, можно назвать ускорением. Поэтому катализатор в данной системе очистки и является ускорителем процесса. Покрытие стен духовки осуществляется специальной эмалью silvermatte. Быстрее всего очищение начинается при температуре 200 – 250 градусов, то есть, во время приготовления какого-либо блюда. Духовка нагревается, при этом жиры начинают окисляться и распадаются.

Каталитическую очистку духовки можно производить в электрических и газовых приборах

Достоинства каталитической очистки:

• Бережет электричество;
• Требует только частичного контроля;
• Используют как в электрических, так и в газовых приборах.

Имеет католическая очистка и некоторые недостатки. К примеру, материал, из которого изготавливают стенки духовки, со временем (один раз в 4- 5лет) нужно обязательно менять, так как он теряет свои первоначальные свойства. Чем качественнее материал, тем стоимость самого духового шкафа возрастает. И еще одно – эмаль не покрывает всю площадь духовки, а только ее боковые стенки, поэтому дверцу и дно нужно будет очищать вручную.

Эффективная пиролитическая очистка: ее преимущества

Самым эффективным видом очистки является пиролитическая. Эта система самая новая и соответственно стоят такие приборы довольно таки прилично. Такая пиролизная очистка основана на сгорании загрязнений при высоких температурах. Пиролизом называют очень сложное термическое разложение разных соединений. Пиролитич – это расщепление.

Пиролитическая очистка происходит при очень высокой температуре, которая колеблется от 250 до 500 градусов. При такой температуре все загрязнения сгорают до образования пепла. Это домашний крематорий.

Если предыдущие виды очистки включают частичную ручную помощь, то пиролитическая делает все сама, освобождая хозяина от дополнительной уборки. Так как сгорание происходит при очень высоких температурах, то дверца духовки самостоятельно блокируется. Поэтому, открыть ее можно будет только по завершению процесса.

Пиролитическая очистка духовки происходит при очень высокой температуре

Преимущества этой системы очистки:

• Самый эффективный метод;
• Не требует дополнительной ручной работы;
• Способен справиться с самыми сложными и застарелыми загрязнениями;
• Производит полную очистку;
• Обращает загрязнения разной степени в пепел.

Такие приборы изготавливают только из очень прочных и качественных материалов. Применяется этот метод только для электрических духовок. Огромный недостаток таких духовок – это то, что наружные стенки имеют способность сильно нагреваться. Поэтому такие приборы достаточно не безопасны. Нужна большая осторожность, чтобы не получить ожог. К тому же может не выдержать проводка, если она слабая. Конечно отзывы о такой очистки самые высокие, так как она является самой практичной системой.

Очистка духовки: какая лучше из них

Все виды очистки духовки по-своему хороши. Однако выбирать нужно ту, которая будет соответствовать всем вашим требованиям. Если, например, вы пользуетесь духовым шкафом не часто, тогда вам подойдет гидролизная или каталитическая очистка. А если регулярно – тогда только пиролитическая. А вот для тех, кто хочет сэкономить, будет, кстати и духовка с традиционным методом.

Очистка духовки, какая лучше? Многие не могут для себя решить, с какой очисткой им выбрать духовой шкаф. Поэтому долгое время сомневаются в выборе. Для этого нужно только тщательно взвесить все плюсы и минусы выбранного вами прибора.

Многие просят: посоветуйте лучшую модель из многих вариантов. Лучше всего выбирать прибор с каталитической очисткой. Он более экономный, а также подходит как для электрических приборов, так и газовых.

Выбирая тип очистки для духового шкафа, взвесьте все плюсы и минусы прибора

Все виды очистки:

• Традиционный;
• Каталитический;
• Гидролизный;
• Пиролитический.

Можно встретить и духовки с таким типом очистки, как эколиз. Это один из разновидностей каталитической очистки, однако, он обеспечивает большую экологическую чистоту. Такие производители, как Бош и Сименс, выпускают именно такие духовки. Фирма Аристон выпускает только 7 видов духовок с каталитической очисткой и 8 с пиролитической, все они имеют высокую цену. Остальные модели имеют традиционную очистку.

Современная техника: системы очистки духового шкафа (видео)

Выбирая духовку, не забудьте обратить внимание на ее тип очистки. Некоторые виды моделей вам могут не подойти, из-за своей мало функциональности и методом очистки. Однако следя за отзывами, можно сделать вывод, что модель с каталитической очисткой пользуется большим спросом, чем остальные системы (гидролизный, традиционный и пиролитический).

Типы очистки духовых шкафов: традиционный, каталитический, гидролизный, паром

При готовке в духовом шкафу испаряется не только вода, но и жир, а также образуются твердые частички. Все это откладывается на стенках и дне, образуя все более толстый слой загрязнений. Причем после охлаждения, жир застывает и такой слой удалить оказывается не так-то просто.

Варианты отчистки

А потому и способы очистки духовки являются немаловажной ее характеристикой.

Традиционный тип очистки духового шкафа: что это?

Это и есть самый неблагодарный метод, как утверждают отзывы пользователей. Используют для традиционной процедуры губку, теплую воду с моющим средством, что, как правило, недостаточно, и абразивные средства. Последние удаляют застывший жир более эффективно, но травмируют поверхность стенок.

Недостатки:

• очевидный – механическая, не самая легкая работа, осуществляемая вручную;
• требуется вытащить поддоны и решетки и мыть их отдельно. Дверца также очищается отдельно;
• традиционные мягкие средства не слишком хорошо удаляют жир, многие специальные использовать нельзя – нужно обращать внимание на маркировку, абразивные оставляют следы.

Преимущества:

• традиционная уборка не требует использования электроэнергии и потому считается самым дешевым;
• духовки такого рода меньше по стоимости.

Гидролизный метод: что это?

Типы очистки электрических духовых шкафов не так уж разнообразны. Следующий по удобству, по сути, является модификацией ручного метода: вода с моющими средствами наливается в поддон и устанавливается в камеру. Удобство гидролизного способа, как свидетельствуют отзывы, состоит в том, что в электрическом аппарате для этого предусмотрен специальный режим – 50–90 С.

Недостатки:

• расход электроэнергии – правда, минимальный, наличествует;
• пар размягчает жир и нагар, но убирать его, все равно, придется вручную;
• такие духовки имеют более высокую цену.

Преимущества:

• пар выполняет главную часть работы и справляется с весьма существенным загрязнением;
• нет опасности поцарапать эмаль.

Каталитический метод: чем лучше?

Каталитический тип очистки духового шкафа предполагает применение особой эмали. В ее порах находятся частицы катализатора, который и обеспечивает медленное окисление жира. Задержавшаяся на стенках органика разлагается на менее сложные соединения, удалить которые намного проще.

Есть и другие варианты, как указывают отзывы, например: специальная керамика, как бы отталкивающая нагар за счет изменения объема. Какой тип лучше, зависит от частоты готовки.

Недостатки:

• каталитические панели не вечны, со временем их нужно менять;
• как правило, эмаль покрывает только стенки. Электрические модели, в которых и дно защищено таким образом, стоят дороже;
• остатки тоже убираются вручную. Но, правда. одним движением губки.

Преимущества:

• каталитические панели рассчитаны на довольно длительный срок – в среднем 300 часов непрерывной работы;
• очистка происходит прямо во время готовки, выделять какое-то специальное время для ухода за духовкой не нужно;
• не тратится лишняя электроэнергия.

Пиролитический метод

Какой тип очистки духового шкафа лучше, зависит также и от назначения аппарата. При нечастом использовании проблем с уборкой даже простым ручным способом не возникает. А вот профессиональная электрическая духовка, работающая с большой нагрузкой, нуждается в быстром и эффективном методе несмотря на затраты.

Суть его заключается в сгорании любых органических остатков под действием очень высокой температуры – 500 С. Это кардинальное решение, обеспечивающее полную самоочистку. На фото – духовка с пиролизной самоочисткой.

 

Недостатки:

• большой расход электроэнергии;
• более высокие требования к проводке – мощность до 6 кВт;
• аппарат в какой-то степени нагревается, так что мебель вокруг часто нуждается в защите.

Преимущества:

• быстрое и полное удаление любого загрязнения;
• процедура не требует ручного труда, это действительно самоочистка;
• духовые шкафы с пиролизным методом по умолчанию наиболее качественные: ведь материал должен выдерживать очень высокую температуру.

Духовые шкафы с современными системами очистки

При выборе духовки или духового шкафа обратите внимание на способ очистки, установленный в данной модели. В различных моделях установлены свои режимы или же имеется только ручная очистка. Производители стараются угодить всем, поэтому выпускают модели разных ценовых диапазонов. В более дорогих моделях установлены новейшие и не требующие ручного труда системы самоочистки. В более же дешевых устанавливают специальные эмали, облегчающие процесс ручной уборки.

Приготовив в духовке свои блюда, не стоит забывать, что уборку стоит произвести в ближайшие сутки. Регулярная уборка занимает меньше времени и сил, так как свежие загрязнения удалить намного легче.

В самых обычных духовых шкафах, духовках установлены специальные эмали, которые предотвращают проникновение жира внутрь покрытия и не остаются на стенках. Дальше идут модели, в которых установлена самоочистка, а от ее эффективности растёт и цена.

Самые популярные системы очистки духовых шкафов

Гидролизная

Это очень удобный и простой способ. Модели с такой системой имеют низкие показатели энергопотребления. Гидролизная очистка размягчает загрязнения благодаря пару, который испаряет жидкость.

Эта система позволяет без труда избавиться от загрязнения. Достаточно установить температуру более 50 градусов, а в противень налить воды. Процесс очистки проходит на низких температурах, тем самым не требуется значительное использование электроэнергии. От водяных испарений грязь размокает и легко ликвидируется любой тряпкой. Модели духовок с данной системой имеют невысокую стоимость.

Гидролиз существенно облегчит процесс очистки, но исключить ручной труд исключить нельзя. Так как гидролиз больше настроен на существенные загрязнения внутри духового шкафа. Поэтому назвать такой процесс самоочисткой не совсем верно, так как потом духовой шкаф все равно придется мыть.

Идеальная очистка должна происходить в день приготовления пищи. Чтобы включить систему гидролиз, надо дождаться полного остывания духовки.

Пиролитическая

Модели с пиролизом самые дорогостоящие на рынке, так как это самая эффективная система очистки. Пиролиз – это процесс выжигания остатков еды при температуре свыше 400 градусов. Многие не любят данную систему из-за неприятного запаха, поэтому мощная вытяжка на кухне не помешает.

Существенный минус пиролиза – это сильно нагревающиеся дверцы, так как внутри духовки температура поднимается до отметки в 500 градусов. Пиролиз затрачивает большое количество электроэнергии. Порой требуется установка силового кабеля для духового шкафа.

Значительный плюс заключается в том, что это самый удобный и действенный способ очистки. Например, вам не надо освобождать духовку от различных наполнений внутри, если вы решили провести пиролитическую очистку. После процесса очистки останется только протереть все влажной тряпкой. Духовые шкафы с данной системой изготовлены из высококачественной стали. Пиролитическая очистка установлена только на дорогих моделях.

Каталитическая

Каталитический способ очистки происходит в температурном режиме от 130 до 210° С.

Внутреннюю поверхность камеры покрывают специальным веществом, поглощающим жиры еще во время жарки. Контролировать очистку не нужно, так как она происходит и в момент приготовления еды, тем самым экономит электроэнергию. Такая система уничтожает и размягчает жировые отложения благодаря каталитическому покрытию. Когда духовка остынет, достаточно пройтись по ее стенкам влажной салфеткой. Загрязнения на дверцах и дне духовки придется убирать вручную.

Процесс очистки стоит проводить регулярно, чтобы избежать сильных загрязнений, иначе вам придется проводить чистку более одно раза в день. При каталитической очистке вы сможете сэкономить на покупке моющих средств и больших счетов за электроэнергию.

Рекомендуем приобретать модели сразу с двухсторонними панелями, так как через 3-5 года эмаль на внутренних поверхностях теряет свои свойства и требуется замена. В моделях с двухсторонними панелями есть возможность их просто переставить. В среднем, срок годности каталитических панелей составляет 350 часов.

Каталитический способ очистки установлен в электрических и газовых духовых шкафах.

Вывод

Автоматическая очистка может происходить как до или после приготовления пищи, так и вовремя приготовления. При всех возможностях автоматических самоочисток не стоит надеяться, что вы полностью освободитесь от ручной уборки. Система пиролиз – единственная, которая сведет ручную уборку до минимума. Каталитический способ очистки выбирается чаще всего, ведь такие модели стоят дешевле, чем модели с пиролизом, и справляются лучше с очисткой, чем гидролиз.

Даже производители не могут отдать предпочтение определённой системе. Ведь каждый метод обладает своими плюсами и минусами. Именно поэтому это индивидуальный вопрос к владельцу.

• Выбирая катализ – вы экономите на электроэнергии.
• Выбирая пиролиз – вы экономите свое время, автоматика сделает все за вас.
• Выбирая гидролиз – вы экономите деньги, так как духовки с такой системой дешевле остальных.

Надеемся, что данная статья была вам полезна, и в дальнейшем вы с легкостью примите решение. У нас широкий ассортимент духовок и духовых шкафов от мировых производителей. Если вы еще сомневаетесь в выборе модели с автоматической уборкой, то наши менеджеры помогут с выбором и подберут подходящую технику.

Просмотреть весь ассортимент духовых шкафов можно в нашем Каталоге.

⚖ Каталитическая, пиролитическая и гидролизная очистка духовки: что это такое

Тем, кто решил приобрести новую бытовую технику, будет интересно узнать, что существует каталитическая, пиролитическая и гидролизная очистка духовки. Предлагаем разобраться, что это такое и что лучше будет для вашего дома, а также познакомиться с принципом и особенностями каждого вида. Это позволит подобрать модель с оптимальными функциями и по доступной цене.

Духовка должна приносить только удовольствие

Читайте в статье

Функции самоочистки духового шкафа – достоинства и недостатки

Наличие функции самоочистки является неоспоримым преимуществом любой модели духового шкафа. В то же время такая возможность может реализовываться по-разному. Рассмотрим доступные варианты более подробно, чтобы вам было проще ориентироваться в преимуществах и недостатках каждого.

Самоочистка может выполняться по-разному

Что такое каталитическая очистка духового шкафа: отличительные особенности процесса

Сначала рассмотрим, что такое каталитическая очистка духового шкафа. В этом случае нет необходимости в переводе устройства на специальный режим работы. Изначально внутренние стены обработаны специальным составом, обеспечивающим очистку внутреннего пространства во время приготовления еды. Это позволяет отказаться от использования дополнительных средств, предназначенных для очистки духовки.

Грязь удаляется сама в процессе готовки

Особенности процесса

Чтобы лучше разобраться с тем, что значит каталитическая очистка духовки, стоит вникнуть в особенности процесса. Катализ широко используется для ускорения химических реакций. В процессе работы духовки это используется для более быстрого превращения выделяющегося во время готовки жира в воду либо сажу.

Специальное покрытие ускоряет процесс распада жира

Это обеспечивается благодаря нанесению на внутренние поверхности устройства комплексного покрытия, включающего:

• пористую жиропоглощающую эмаль;
• катализатор. В зависимости от модели это может быть медь, церий, марганец или кобальт. Заполняя поры эмали, катализатор ускоряет распад жира, налипающего на стенки;
• абсорбент, в состав которого входят наночастицы.

Внимание! Покрытие наносится только на боковые стенки и заднюю поверхность. Иногда – на лопасти конвектора.

Предлагаем посмотреть видео о модели EOA95551AK от Electrolux, в котором рассказывается о каталитической системе очистки духовки:

Инструкция по очистке

Процесс очистки протекает автоматически при разогреве устройства до 200–250ºС. Учитывая, что при такой температуре обычно выпекают большинство блюд, отпадает необходимость в дополнительном включении техники. Надо лишь после окончания готовки протереть стенки и удалить следы распада.

Внимание! Если на стенках появились сложные загрязнения, воспользуйтесь моющим средством либо порошком без абразива.

Надо только протереть стенки

Разобравшись, что это такое – каталитическая очистка духовки, предлагаем познакомиться с отзывами реальных пользователей. Это позволит оценить преимущества и недостатки данного варианта.

Отзыв о модели Bosch HBA 43S450E с каталитической самоочисткой:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik.com/review_325097.html

Отзыв о модели Bosch Gourmet HBC84K551 с каталитической самоочисткой:

Подробнее на Отзовик: https://otzovik.com/review_388107.html

Bosch HBA 43S450E с каталитической самоочисткой

Пиролитическая очистка духовки – что это такое и главные её достоинства

Говоря о том, что это такое – пиролитическая очистка духовки, стоит сразу упомянуть, что это самый эффективный способ избавления от жира, но и самый агрессивный. С его помощью можно очистить абсолютно все элементы внутреннего пространства духовки. Сгоревший жир превращается в пепел и оседает на нижнюю поверхность. Ознакомимся более подробно с особенностями процесса.

Жир и другие загрязнения становятся пеплом

Особенности процесса

Очистку поверхности выполняют при достаточно высокой температуре: 500ºС. Если предусмотрен многоступенчатый процесс, удаление грязи может выполняться при 300ºС. Для предотвращения бытовых травм предусматривается автоматическая блокировка, благодаря которой дверцу устройства нельзя открыть, пока температура внутри не опустится до 200ºС.

Грязь оседает в виде пепла

Комментарий

Виктор Поляков

Консультант розничной сети «М-Видео»

Задать вопрос

«Пиролиз является весьма энергоёмким процессом, а потому для подключения устройства следует использовать качественный силовой кабель с подходящей мощностью.

«

Думаем, вам будут интересны отзывы о духовках с подобным типом очистки.

Отзыв о модели IKEA Kulinarisk с пиролитической самоочисткой:

Подробнее на Отзовик: http://otzovik. com/review_2987008.html

IKEA Kulinarisk с пиролитической самоочисткой

Инструкция по очистке

Прежде чем воспользоваться данной функцией, следует внимательно изучить инструкцию по эксплуатации. В ней производители достаточно подробно расписывают последовательность действий, дополняя её поясняющими иллюстрациями.

Как правило, чистку выполняют в следующей последовательности:

• подготавливают духовку, вынимая все предметы, не выдерживающие воздействия высокой температуры;
• включают нужный режим. Дверка при этом блокируется. Через 1–1,5 часа процесс будет завершен;
• дожидаются остывания устройства. Как только температура опустится ниже 200ºС, дверка автоматически разблокируется;
• смахивают пепел.

Чем реже чистка, тем больше пепла

Внимание! В процессе очистки потребляется достаточно много электроэнергии.

Предлагаем посмотреть видео, чтобы ещё лучше разобраться в том, что это такое – пиролизная очистка духовки.

Гидролизная очистка духовки – что это такое и нюансы её использования

Уже из названия гидролизной очистки духовки должно быть понятно, что это такое. В данном случае для удаления загрязнений используется вода, точнее – образующийся пар. Чаще всего такую процедуру выполняют перед основной уборкой, так как под воздействием пара образовавшиеся загрязнения размягчаются, но полностью не удаляются. Остановимся на этом более подробно.

В процесс обработки паром загрязнения становятся мягкими

Особенности процесса

Отличительной особенностью процесса является наличие внутри устройства ёмкости с водой, которая постепенно под воздействием высокой температуры превращается в пар. Способ актуален для всех духовок, в том числе не имеющих специальной функции.

Для реализации гидролизной очистки достаточно установить ёмкость с водой

К преимуществам процесса стоит отнести невысокую стоимость и низкое энергопотребление. Из недостатков: сложность удаления застарелых пятен. Чистку желательно выполнять сразу после приготовления обеда.

Удалить прилипшую грязь достаточно сложно

Инструкция по очистке

Процесс очистки выполняется в несколько этапов:

• подготавливаем устройство к очищению. В ёмкость либо углубление на дне заливается вода. Количество жидкости указано в инструкции по эксплуатации;

Воду наливаем в специальное углубление

Совет! Для усиления эффекта добавьте специальный порошок, а чтобы убрать неприятный запах – уксус.

Уксус усилит эффект

• включаем режим гидролиза. Система автоматически выставит необходимый ей температурный режим. Если функция «AquaClean» не предусмотрена, можно установить терморегулятор на 60–90ºС и включить нижний подогрев;

Устанавливаем нужный режим

• удаляем размягчившиеся загрязнения с помощью губки;
• просушиваем внутреннее пространство, оставив дверку приоткрытой на час.

Комментарий

Виктор Поляков

Консультант розничной сети «М-Видео»

Задать вопрос

«Для очистки поверхности нельзя использовать жёсткие губки и агрессивные вещества.

«Тщательно вымываем внутреннее пространство

Если вас заинтересовала возможность очистки духовки паром, предлагаем более детально разобраться, что это такое, посмотрев следующее видео:

Прочие виды очистки духовых шкафов – плюсы и минусы

Кроме перечисленных, имеются и другие виды очистки духовых шкафов. У них есть плюсы и минусы. Рассмотрим их более подробно, чтобы вы могли более осознанно выбрать подходящий вариант для своего дома.

Добиться идеальной чистоты можно другими способами

Эмаль лёгкой очистки духовки – что это такое и почему заслуживает внимания

Если вы не любите мыть жирные поверхности, обратите внимание на духовку с эмалью лёгкой очистки. Для этого предлагаем более подробно узнать, что это такое, чтобы вы могли оценить преимущества подобных моделей.

Отсутствие пор не позволит жиру проникнуть внутрь покрытия

Особенности процесса

Главной особенностью данного способа очистки является нанесение на внутренние поверхности устройства ещё в процессе производства специального покрытия, не имеющего пор. Структура материала не позволяет впитывать жир.

Грязь легко стереть

Инструкция по очистке

Чтобы убрать образовавшиеся загрязнения, необходимо воспользоваться обычной тряпкой. Когда на поверхности появляются жир и копоть, их просто вытирают. В результате значительно экономится время, но при этом все работы выполняются вручную.

Для очистки потребуется тряпка

Срок службы такого покрытия ограничен. В среднем через пять лет боковые панели приходится менять на новые.

Традиционная очистка духовки – что это такое и в чём главное преимущество

Отсутствие функции самоочистки значительно снижает стоимость духового шкафа. Для очистки подобных духовок используются традиционные методы. Остановимся более подробно на том, что это такое, и какие средства могут использоваться.

Для очистки используются химические вещества и разные губки

Особенности процесса

Отличительной особенностью данного способа является возможность удаления даже самых сложных загрязнений без использования электроэнергии. Это значительно удешевляет не только начальную стоимость духового шкафа, но и его последующую эксплуатацию.

Большой ассортимент позволит выбрать подходящий состав

Отказавшись от использования электроэнергии, придётся потратить своё время. Чистка решёток и поддонов будет производиться отдельно от внутреннего пространства. Кроме того, неправильно подобранное средство может стать причиной механического повреждения поверхностей.

Народные средства весьма востребованы

Инструкция по очистке

Зная, какие существуют способы очистки духовых шкафов, многие считают, что всё же лучше традиционный вариант. Каким образом выполняется очистка – зависит от выбранного средства.

Совет! Если вы решили выбрать бытовую химию, убедитесь, что средство может использоваться для очистки внутренней поверхности духового шкафа.

Для получения качественного результата следует:

• вынуть из духовки все решётки и противни;
• нанести на обрабатываемую поверхность состав. Если он в виде спрея, распрыскать по поверхности. Если в жидком состоянии или виде кашицы – аккуратно распределить по стенкам, дну духовки, а также по противням и решётке;

Спрей распрыскиваем по очищаемой поверхности

• подождать отведённое время;
• тщательно смыть состав.

Металлические и жёсткие губки следует использовать с особой осторожностью

Какой тип очистки духовки лучше: сравнительный анализ

Существующее разнообразие значительно усложняет выбор подходящего варианта. Чтобы сделать правильный выбор, надо однозначно решить, какой тип очистки духовки лучше именно для вас.

Каждый способ очистки имеет своих поклонников

Сравнение каталитической очистки с прочими видами самоочистки

Это универсальный вариант, применяемый для очистки не только электрических моделей, но и газового оборудования. В отличие от других способов самоочистки, он позволяет отказаться от дополнительной обработки. Загрязнения удаляются непосредственно в процессе приготовления обеда, что существенно снижает энергозатраты.

Способ имеет ограниченное время использования. Со временем каталитические панели теряют свою эффективность, и становится необходимой замена боковых панелей. В зависимости от модели срок службы такого покрытия составляет около 300 часов. Однако более качественные современные устройства могут похвастаться более продолжительным временем эксплуатации.

Готовим и чистим одновременно

Сравнение пиролитической очистки с прочими видами самоочистки

Если вы не любите тратить время на уборку, даже не стоит задумываться о том, какая система очистки духовых шкафов лучше. Это однозначно пиролитическая. Процесс полностью автоматизирован и позволяет справиться с различными загрязнениями. По эффективности пиролитической чистке присваивают самый высокий балл.

Если вы готовы потратить значительную сумму на покупку и последующую эксплуатацию, оборудование с такой функцией будет лучшим решением. При этом следует учитывать, что большой нагар обязательно вызовет появление неприятного запаха гари в процессе чистки. Учитывая, что обработка выполняется при достаточно высокой температуре, может появиться негативное воздействие на встроенную я.

Вся грязь превращается в пепел

Сравнение традиционного способа очистки с функциями самоочистки

Важным достоинством традиционного способа является полная энергонезависимость, так как отпадает необходимость в дополнительном включении духового шкафа. Достаточно приобрести состав, предназначенный для борьбы с жиром, и нанести на поверхность.

Комментарий

Виктор Поляков

Консультант розничной сети «М-Видео»

Задать вопрос

«Решив использовать традиционный способ чистки, обратите внимание на паровую очистку духовки, разобравшись, что это такое.

«Народные средства могут быть весьма эффективными

Предварительная гидролизная обработка существенно облегчает традиционную чистку, так как по сравнению с другими видами для удаления загрязнений требуется больше времени.

Резюме, которое поможет понять, что это такое – каталитическая, пиролитическая и гидролизная очистка духовки, и определить, что лучше для вашего дома

Иногда бывает сложно и однозначно решить, какая очистка духовки лучше: каталитическая или паром, пиролитическая или традиционная. Выбор зависит от условий последующей эксплуатации. Если вы планируете использовать духовой шкаф для ежедневного приготовления обеда, лучшим решением станет пиролизная чистка. Для воскресных обедов достаточно гидролитической. Тем, кто часто запекает рыбу, овощи и мясо, стоит обратить внимание на каталитическую систему.

Внимание! Решать, что лучше – каталитическая или пиролитическая очистка духовки, стоит в том случае, если вы часто выпекаете торты и пирожные.

Чтобы сделать правильный выбор, обратите внимание на сравнение основных показателей:

Параметр	Вид чистки
	Каталитическая	Гидролизная	Пиролитическая
Температура, ºС	150–250	50–90	350–500
Потребление электроэнергии	Минимальное	Минимальное	Высокое
Ручная обработка	Обязательна	Обязательна	Минимальная
Смена элементов	Раз в 4 года	Не предусмотрена	Не предусмотрена
Чистящее средство	Требуется	Требуется	Не требуется
Периодичность использования	После каждого приготовления обеда	После каждого приготовления обеда	По пере необходимости
Эффективность очистки	Высокая	Средняя	Высокая

Совет! Чтобы как можно реже прибегать к очистке, при приготовлении блюд используйте фольгу и бумагу.

Делитесь в комментариях, какой тип очистки духового шкафа лучше с вашей точки зрения, а также почему вы пришли именно к такому мнению.

ПОНРАВИЛАСЬ СТАТЬЯ? Поддержите нас и поделитесь с друзьями

Очистка духового шкафа: какая лучше: пиролизная и гидролизная

Все домохозяйки знают, что после приготовления блюд в духовке остается налет жира и копоти, от которых в дальнейшем очень тяжело избавиться. Проводить очищение поверхностей раз в неделю с помощью пара и других подручных способов не каждая домохозяйка отважится.

Именно поэтому сегодня многие производители бытовой техники используют при изготовлении своей продукции инновационные технологии. Перед покупкой духовки необходимо разобраться, какой тип очистки духового шкафа лучше.

При выборе определенного варианта необходимо учитывать частоту эксплуатации устройства, специфику приготовления блюд, а также другие факторы. Сегодня мы разберемся подробнее в этом вопросе.

Что такое гидролизная очистка духового шкафа?

Наиболее популярным способом очищения внутренних поверхностей духовки является гидролиз. Он заключается в использовании воды, которая при нагревании техники до температуры 50-90 градусов превращается в пар и приводит к обновлению стенок и дна духовки. Длительность гидролиза составляет около одного часа, что достаточно для удаления засохших продуктов питания и жирного налета.

После все загрязнения можно легко убрать влажной тряпкой. Однако гидролиз нельзя назвать функцией самоочистки, поскольку все действия владельцу придется выполнить своими руками – налить в противень воду, включить духовку и убрать остатки пищи. К тому же он эффективен только после каждого приготовления пищи, когда остатки пищи не успели засохнуть и прилипнуть к стенкам духовки.

Хотите узнать, что такое гидролизная очистка духового шкафа. Для этого рассмотрим основные ее преимущества:

• Низкое энергопотребление в процессе работы бытовой техники;
• Необходимость использования после каждого приема пищи;
• Невысокая стоимость устройства;
• Не приводит к повышению температуры на кухне.

Это наиболее экономичный вариант системы самоочистки, который характерен для дешевых устройств.

Что такое пиролитическая очистка духового шкафа?

Пиролиз – это самая эффективная, быстрая и качественная система самоочистки, которая устанавливается в самых дорогих и высокотехнологичных устройствах. Удаление жирного налета и остатков пищи происходит в результате сильнейшего нагрева, который достигает 500 градусов. В результате все загрязнения просто сгорают и превращаются в пепел.

Естественно, что для этого потребуется включать функцию самоочистки отдельно. При этом стоит позаботиться, чтобы в комнате в этот момент не было ни домашних животных, ни маленьких детей. Горячая дверца духовки в этом случае представляет собой опасность, поскольку при контакте с ней можно легко обжечься.

Итак, что такое пиролитическая очистка духового шкафа. Ее основными преимуществами являются:

• Эффективный процесс удаления кусочков пищи, который позволяет с легкостью избавиться от всех загрязнений и налета жира;
• Увеличивает длительность эксплуатации прибора;
• Пиролиз эффективен на всем периоде работы устройства;
• Придает духовке эстетичный внешний вид и презентабельность.

Какой тип очистки духового шкафа лучше?

Пиролиз и гидролиз имеют свои преимущества, поэтому могут в равной степени использоваться для удаления остатков пищи и жира с поверхности внутренних стенок. Пиролитическая самоочистка подходит только для электрической бытовой техники, она эффективно справляется со свои задачами, но при этом приводит к повышенному расходу электроэнергии.

Гидролизная менее эффективна, она обычно устанавливается в газовой технике. Она требует минимальных затрат и расхода электричества, позволяет продлить срок службы устройства, а также минимизирует риск обжечься. Но при использовании этого типа самоочистки владельцу потребуется все действия осуществлять собственными руками.

Таким образом, помогает продлить срок эксплуатации прибора гидролизная и пиролитическая очистка духового шкафа. Какая лучше и эффективнее справляется со своими обязанностями? Это зависит от регулярности использования устройства и специфики приготовляемых блюд.

Между пиролизом и гидролизом есть множество различий, которые влияют на эффективность системы самоочистки. Однако перед покупкой бытовой техники важно знать, что такое каталитическая очистка духового шкафа? По степени эффективности она занимает промежуточное положение, поэтому представляет собой самый оптимальный вариант. Катализ происходит в процессе приготовления блюд, поэтому не требует дополнительного включения духовки.

Термический гидролиз для очистки сточных вод: критический обзор

https://doi.org/10.1016/j.watres.2016.07.069 Получить права и содержание

Основные моменты

•

Критический обзор термического гидролиза для очистки сточных вод представлен.

•

Оптимальная настройка термического гидролиза зависит от типа и условий ила.

•

Изменение реологии из-за термического гидролиза является наиболее важным параметром.

•

Новые конфигурации термического гидролиза снижают потребность в паразитной энергии.

Реферат

Представлен обзор развития и применимости термического гидролиза осадка сточных вод, особенно перед анаэробным сбраживанием. Термический гидролиз оказался успешным подходом к тому, чтобы сделать осадок сточных вод более пригодным для анаэробного сбраживания. В настоящее время существует 75 объектов, находящихся в эксплуатации или планируемых на нескольких континентах, первая из которых была установлена ​​в 1995 году.Заявленные преимущества термогидролиза связаны с: повышенной скоростью разложения из-за измененных реологических свойств, улучшенным биоразложением (особенно активированного) ила и улучшенной обезвоживаемостью. Несмотря на его относительную зрелость, не было предпринято попыток провести критический обзор соответствующей литературы, относящейся к технологии. Более пристальный взгляд на литературу выявляет сложности при сравнении экспериментальных и полномасштабных результатов из-за различий в экспериментальной установке и возможностях, а также в условиях, характерных для конкретного места, в полном масштабе. Кроме того, похоже, что понимание термодинамических и реологических свойств шлама является ключом к оптимизации процесса, однако эти параметры в значительной степени упускаются из виду в литературе. Эта статья направлена ​​на преодоление этих сложностей, чтобы выяснить преимущества термического гидролиза для очистки сточных вод, и дает рекомендации для дальнейших разработок и исследований.

Ключевые слова

Анаэробное сбраживание

Обезвоживание

Реология

Очистка сточных вод

Термический гидролиз

Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2016 Elsevier Ltd.Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Термический гидролиз — очистка сточных вод — обратный осмос

Предварительная обработка паром высокого давления для анаэробного сбраживания городского и промышленного осадка:

Предварительная обработка осадка термическим гидролизом:

Процесс термического гидролиза (THP)

— это проверенная и надежная технология, которая используется во всем мире с 1995 года в существующих и «новых» проектах для сокращения объемов захоронения, а также стоимости строительства и эксплуатации варочных котлов.THP — это предварительная обработка паром под высоким давлением для анаэробного сбраживания городских и промышленных осадков и биоотходов. Применение технологии THP приводит к удвоению загрузки варочного котла, увеличению производства биогаза и получению не содержащего патогенных микроорганизмов и стабилизированных твердых биологических веществ с повышенной способностью обезвоживания кека. Это экономит как транспортные расходы, так и затраты на электроэнергию, будь то внесение конечного продукта непосредственно в сельское хозяйство или его сушка для получения удобрений или биотоплива. THP отличается высокой энергоэффективностью и низкими эксплуатационными расходами. Это также устраняет проблемы запаха, связанные с обработкой органических материалов.Конечный продукт (дигестат) — пастеризованные твердые биологические вещества, не содержащие патогенов, можно наносить непосредственно на землю, компостировать или сушить. ТЭЦ можно комбинировать с когенерационными установками, которые производят экологически чистую электроэнергию и подают горячий пар для процесса термического гидролиза. Однако биогаз также можно очищать для использования в качестве автомобильного топлива или в качестве замены природного газа. объем поставки варьируется от основного THP до комплектных заводов по переработке отходов под ключ. Мы также предлагаем услуги по эксплуатации и техническому обслуживанию оборудования.Установки THP обычно обрабатывают отстой от очистных сооружений сточных вод для групп населения свыше 150 000, или приблизительно от 5000 сухих метрических тонн отстоя в год. Усовершенствованная обработка осадка THP обеспечивает максимальную гибкость и рентабельность.

Что такое термический гидролиз и для чего он нужен?

— Разрушает клеточную структуру и органические материалы и растворяет встречающиеся в природе клеточные полимеры (экзополимерные вещества — EPS), форму белка, в легкоусвояемый корм для анаэробного пищеварения.- Образующийся менее вязкий (более текучий) ил позволяет удвоить загрузку сухих твердых веществ (DS) варочного котла при стабильной работе. — Повышает биоразлагаемость ила и биоотходов и, следовательно, дает больше биогаза. — Лучшее обезвоживание — до 40% сухих твердых веществ — за счет высвобождения воды, связанной в EPS (EPS связывает 4-5 г воды / г EPS). Это дает меньше биологических твердых веществ после переваривания и обезвоживания. — Производит эффективное удобрение, не содержащее патогенов: обработка материала при 165 ° C в течение 20 минут соответствует всем известным стандартам и требованиям стерилизации, включая материалы категорий II и III в соответствии с Регламентом ЕС по продуктам животного происхождения (ABPR, 1774/2002 / EC). .

Почему термический гидролиз?

Повышенное производство биогаза:

— 50-65% органического вещества (летучие твердые вещества — VS) в иле преобразовано в биогаз — Биогаз высокого качества, богатый метаном, с низким содержанием h3S — Идеально для экологически чистой электроэнергии, т.к. возобновляемое автомобильное топливо или заменитель природного газа

Повышенная способность к обезвоживанию после сбраживания на 50% — 100%:

— Обезвоживание до 40% сухого вещества. — Меньше погрузочно-разгрузочных работ / транспортировки.- Значительное снижение массы. — Меньшее испарение воды при сушке осадка. — Легко перевариваемые и обезвоженные кучи и компосты без каких-либо дополнительных конструкционных материалов.

Пастеризация и стабилизация конечных твердых биологических веществ / жмыха:

— Термическая обработка при 165 ° C в течение 20-30 минут перед перевариванием устраняет все патогены — Отсутствие повторного роста или реактивации бактерий. — Повышенная стабилизация жмыха после переваривания за счет высокой конверсии органических веществ.

Сброженный осадок не имеет отрицательного запаха:

— Отсутствие неприятного запаха предотвращено за счет замкнутого технологического цикла.

Высокоэффективный и надежный процесс:

— Максимальное повторное использование пара в теплоизолированных резервуарах — Максимальная подача сухих твердых веществ (16-17% сухого вещества) в процесс термического гидролиза — Таким образом, использование тепловой энергии сравнимо или даже меньше, чем другие методы пастеризации — Прямой впрыск пара позволяет избежать засорения и неожиданного останова теплообменников .- В метантенки можно загружать осадок с концентрацией от 8 до 12% сухих веществ (DS), что вдвое больше, чем в обычный метантенк. — Повышенная скорость пищеварения. — В совокупности эти факторы увеличивают производительность варочного котла в 2-3 раза при скорости загрузки органических веществ до 6 кг / м3 / сутки.

Надежный процесс анаэробного сбраживания:

— Идеальный корм для анаэробного сбраживания; согласованный и свободный от нежелательных микроорганизмов. — Устранение пенообразующих нитчатых бактерий — Высокая буферная способность к щелочам — Высокая концентрация активной биомассы

Компактная конструкция позволяет легко модернизировать THP на существующих установках для обработки осадка. регион без дополнительных инвестиций:

— Существующие системы варочного котла могут подаваться с более чем удвоенной обычной скоростью, тем самым увеличивая мощность существующих заводов или минимизируя капитальные затраты на новые варочные котлы.

Термический гидролиз дает многочисленные преимущества очистным сооружениям «Breaking Energy

»

Термический гидролиз — это усовершенствованный процесс кондиционирования твердых веществ в сточных водах, который имеет как финансовые, так и экологические преимущества. Поскольку этот процесс широко используется в Великобритании, теперь он начинает набирать обороты в США, поскольку компании по очистке сточных вод анализируют, могут ли их объекты стать хорошим кандидатом.

Процесс термогидролиза (THP) увеличивает биоразлагаемость остатков сточных вод, тем самым увеличивая скорость загрузки метантенка, увеличивая производство биогаза и производя твердые биологические продукты, которые можно использовать для удобрения земель.

«Причины, по которым сейчас заводы рассматривают возможность установки THP, различны, — сказал Грег Найт, руководитель отдела технологий Black & Veatch для THP. «Некоторым предприятиям необходимо перерабатывать больше твердых веществ с помощью существующих варочных котлов, а на некоторых — уменьшать объем варочного котла для новых систем».

Найт сказал, что этот процесс убивает патогены в твердых биологических веществах, тем самым отвечая самым высоким критериям Агентства по охране окружающей среды США для внесения удобрений в землю, известных как класс A.

Благодаря THP, твердые частицы легче смешивать и перекачивать при более высоких концентрациях твердых частиц, что приводит к увеличению скорости загрузки метантенка.Это может быть привлекательно для предприятий, которым необходимо перерабатывать больше твердых веществ в существующих системах или минимизировать размер и количество новых варочных котлов. (Чтобы узнать больше о преимуществах THP, посмотрите этот веб-семинар Black & Veatch.)

По словам Мартина Джолли, технического директора Black & Veatch UK, на некоторых предприятиях удалось сэкономить на конечном использовании твердых биологических веществ и затратах на их утилизацию в результате снижения содержания летучих твердых веществ и улучшения обезвоживаемости, что приводит к уменьшению объема влажного осадка.

«В Европе и некоторых регионах США доход от производства энергии может стать существенным дополнительным фактором из-за высоких затрат на электроэнергию и кредитов, связанных с производством зеленой энергии», — сказал Джолли. Он отметил, что в Дэвихалме, Манчестер, Великобритания, Black & Veatch в 2014 году завершила строительство завода стоимостью 160 миллионов долларов, способного вырабатывать 12 мегаватт электроэнергии из осадка сточных вод.

Найт сказал, что многие объекты ТЭЦ включают системы комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) для производства электроэнергии.Некоторые предприятия также рассматривают возможность преобразования биогаза в возобновляемый природный газ в качестве альтернативы ТЭЦ.

Как работает термический гидролиз

По словам Скотта Карра, руководителя международной практики и технологий Black & Veatch в области управления твердыми и остаточными биологическими отходами,

THP сравнивали с скороваркой. Он кондиционирует твердые частицы сточных вод при высокой температуре и давлении для улучшения усвояемости. Впрыскиваемый пар нагревает твердые частицы и поддерживает их температуру приблизительно 165 ° C и манометрическое давление 600 килопаскалей (кПа), или 87 фунтов на квадратный дюйм, в течение 20–30 минут.Затем давление сбрасывается. Сочетание высокой температуры и быстрого сброса давления делает материал более биоразлагаемым для последующего анаэробного процесса разложения.

В частности, высокая температура и быстрое снижение давления заставляют клетки разрушаться в активном иле отходов и разрушать внеклеточный полимер, делая больше материала доступным для анаэробного сбраживания. Этот шаг также убивает патогены и делает гидролизованный ил более усваиваемым микробами, значительно улучшая загрузку и производительность варочного котла.Для заводов может быть разработан ряд конфигураций, включая периодические и непрерывные процессы.

Преимущества термического гидролиза

Жмых, получаемый на предприятиях THP, также имеет меньше запаха, чем на традиционных установках для разложения, что делает его более привлекательным для повторного использования.

«Фермеры тратят много денег на азотные и фосфорные удобрения», — сказал Карр. «Твердые биологические вещества также богаты азотом и фосфором, поэтому повторное использование твердых биологических веществ в качестве удобрений снижает затраты на удобрения для фермеров, снижает затраты на управление коммунальными услугами и обеспечивает реальную экологическую выгоду за счет устойчивого повторного использования.”

Он отметил, что глобальные ресурсы фосфора ограничены, поэтому повторное использование фосфора путем внесения в почву является экологически устойчивой практикой.

Эндрю Шоу, руководитель международной практики и технологий в области сточных вод и устойчивого развития компании Black & Veatch, сказал, что важно понимать, что THP не обязательно увеличивает регенерацию энергии на предприятии из-за необходимости подачи технологического пара.

«Добавление THP улучшает добычу газа за счет улучшения преобразования энергии твердых биологических веществ в биогаз», — сказал Шоу.«Однако для этого процесса требуется пар, поэтому часть образующегося биогаза обычно используется для производства пара».

По мере роста числа предприятий, использующих термогидролиз, у тех, кто рассматривает эту технологию, будет больше возможностей увидеть ее в действии из первых рук и понять как проблемы, так и успехи.

«Включение THP — не панацея, и не во всех ситуациях», — сказал Шоу. «Но там, где заводы работают на полную мощность и нуждаются в приспособлении к будущему росту, THP позволяет владельцам и операторам увеличивать мощность очистки существующих анаэробных варочных котлов.Добавление THP позволяет предприятиям с существующими варочными котлами более чем вдвое увеличить их пропускную способность ».

Он добавил, что коммунальные предприятия с относительно высокими затратами на управление остаточными отходами могут извлечь выгоду из процесса, который снижает массу и объем твердых биологических веществ.

«Создание более качественного и ценного конечного продукта может повысить эффективность повторного использования и снизить затраты на управление», — заявил Шоу.

Опубликован , первоначально на сайте Black & Veatch Solutions.

границ | Двухступенчатый термохимический гидролиз целлюлозы с частичной нейтрализацией для производства глюкозы

Введение

В течение последних двух десятилетий наблюдается огромный интерес к биотопливу в результате постоянно растущего мирового спроса на энергию и чрезмерной зависимости от нефти (Lee and Lavoie, 2013).Существенное падение цены за баррель нефти со 107,26 доллара США в 2014 году до 29,64 доллара США в 2016 году негативно повлияло на отрасль биотоплива, поскольку две крупные компании подали заявление о банкротстве (Lavoie, 2016). Однако интерес к увеличению производства биотоплива по-прежнему очень высок. Поскольку возобновляемые виды топлива имеют баланс углерода, близкий к нейтральному (Lee and Lavoie, 2013), они имеют важное значение для смягчения неблагоприятных последствий изменения климата и глобального потепления, вызываемых выбросами парниковых газов из жидкого топлива, полученного из нефти.

Жидкое биотопливо первого поколения, производимое в основном из продовольственных культур, таких как сахарные, масличные и зерновые, представляет собой зрелую коммерческую технологию и рынок, но вызывает разногласия с точки зрения их устойчивости и потенциала для достижения правительственных целей. В некоторой степени это биотопливо конкурирует за землю и воду, используемые для производства продуктов питания и волокна. Более того, затраты на их производство и переработку часто высоки по сравнению с ископаемым топливом, и, следовательно, они требуют государственных субсидий, чтобы иметь возможность конкурировать с нефтепродуктами.Кроме того, на их сокращение выбросов парниковых газов может повлиять рассмотрение изменений в землепользовании (Sims et al., 2010). Этанол из кукурузного крахмала является примером жидкого биотоплива первого поколения, и, как и крахмал, целлюлоза представляет собой полимер на основе глюкозы, который можно гидролизовать для высвобождения моносахаридов, которые затем можно ферментировать до этанола. Целлюлоза является привлекательным сырьем, поскольку ее легко получить из относительно дешевого сырья, такого как сельскохозяйственные и лесные отходы, по цене от 60 до 80 долларов США за тонну (Lee and Lavoie, 2013).Однако самая большая проблема с целлюлозой — это ее стойкая структура, что затрудняет ее эффективное преобразование с использованием химических или биологических подходов.

Целлюлоза представляет собой линейный полимер мономеров D-ангидроглюкопиранозы, соединенных β-1,4-гликозидными связями (Zhang et al., 2012), и степень ее полимеризации обычно варьируется от 2000 до 27000 единиц глюкана, в зависимости от типа растения ( Тахердазе и Карими, 2007). Он находится в виде стопки линейных цепей с повторяющимися звеньями D-целлобиозы, и эти цепи плотно упакованы, с внутримолекулярной водородной связью внутри каждой отдельной цепи глюкана и межмолекулярной водородной связью между соседними цепями.Получающаяся в результате волокнистая структура и высокая степень кристалличности целлюлозы являются причиной стойкости целлюлозы (Xiang et al., 2003; Pulidindi et al., 2014). В качестве первого шага к преодолению этого упорства обычно выполняется предварительная обработка биомассы. Когда основной целью является производство этанола из целлюлозной части, этап предварительной обработки также служит цели удаления лигнина и гемицеллюлозы, уменьшения кристалличности целлюлозы при одновременном увеличении пористости материала и высвобождении целлюлозы из плотно сплетенной структуры лигноцеллюлозной биомассы (Sun and Cheng, 2002; El-Zawawy et al., 2011).

Кислотный гидролиз целлюлозы — классический способ расщепления целлюлозы на глюкозу, который можно проводить с использованием разбавленной или концентрированной кислоты. Основное преимущество гидролиза целлюлозы с использованием разбавленной кислоты состоит в том, что кислоту не нужно восстанавливать (Ni et al., 2013), но несколько его недостатков включают необходимость высокой температуры (не менее 180 ° C) и давления (около 10 атм. ), который по-прежнему обеспечивает низкий выход глюкозы (Iranmahboob et al., 2002). Например, целлюлоза, гидролизованная 0.4 мас.% Кислоты при 215 ° C в течение 3 минут после предварительной обработки (гидролиз гемицеллюлоз) 0,7 мас.% Серной кислоты при 190 ° C в течение 3 минут дали выход глюкозы только 50% (Hamelinck et al., 2005). С другой стороны, гидролиз целлюлозы с использованием концентрированной кислоты происходит при умеренных температуре и давлении и приводит к более высокому выходу глюкозы (около 90%; Hamelinck et al., 2005), но обычно требует более длительного времени реакции (2-6 часов) и трудно экономично отделить глюкозу при извлечении кислоты.

Концентрированный кислотный гидролиз целлюлозы исторически начался в 1883 году, когда был изобретен метод растворения и гидролиза хлопковой целлюлозы концентрированной серной кислотой. С 1937 по 1948 год применялись три процесса концентрированного кислотного гидролиза целлюлозы, а именно процесс Бергиуса-Рейнау (Kent, 2013; Amarasekara, 2014), процесс Пеория и процесс Хоккайдо (Wenzl, 1970; Clausen and Gaddy, 1993). развернуты в больших масштабах. Однако они были успешными только во время национального кризиса, когда нефть с Ближнего Востока была недоступна и вышла из употребления после Второй мировой войны из-за низкой урожайности, значительных потоков отходов и большого количества неликвидных побочных продуктов (Arkenol , 1999).Сложные технологические установки, высокое потребление энергии и трудности с переработкой кислоты также упоминались как препятствия на пути коммерциализации этих технологий (Fan et al., 1987). В середине 1970-х годов процесс Пеории был усовершенствован в Университете Пердью и Управлении долины Теннесси (TVA) путем рециркуляции разбавленной кислоты и стал известен как процесс TVA. В 1989 году американская компания Arkenol разработала двухступенчатый процесс концентрированного кислотного гидролиза с использованием хроматографического метода для разделения сахара и кислоты (Amarasekara, 2014).BlueFire Renewables Inc., созданная в 2010 году для внедрения технологии Arkenol (BlueFire Renewables, 2010), получила финансирование от Министерства энергетики США, а письмо о намерениях от Экспортно-импортного банка Китая было продлено в феврале 2015 года, чтобы предоставить до 270 миллионов долларов США в виде заемного финансирования для предполагаемого коммерческого завода в Фултоне, штат Миссисипи. После завершения финансирования завод будет построен (BlueFire Renewables, 2015).

CRB Innovations Inc., один из промышленных спонсоров этой работы, работает над повышением ценности остаточной биомассы с момента своего создания в 2006 году.На основе широко опубликованных работ, выполненных с 90-х годов в Университете Шербрука, лигноцеллюлозная биомасса сначала разделяется на четыре фракции, а именно гемицеллюлозу, целлюлозу, лигнин и экстрактивные вещества (при желании) (Lavoie et al., 2011). Затем целлюлозную фракцию подвергают набуханию и декристаллизации с использованием концентрированной серной кислоты; целлюлоза «разжижается» в высокоионной среде. С этого момента олигосахариды, полученные в результате «ионного разжижения», превращаются в мономерные сахара на стадии постгидролиза с использованием разбавленной кислоты.Варианты этого метода потенциально могут быть экономически привлекательными, если на стадии ионного разжижения используется минимальное соотношение кислота / целлюлоза и после постгидролиза достигается высокий выход глюкозы. Дополнительные требования включают восстановление и переработку использованных ионов, а также кондиционирование конечного раствора глюкозы для последующей ферментации с использованием установленных микробных систем.

Конкретный процесс, рассматриваемый в этом исследовании (см. Рисунок 2), включает частичную нейтрализацию кислоты и смеси декристаллизованной целлюлозы путем добавления водного раствора аммиака или гидроксида натрия перед стадией постгидролиза.Частичная нейтрализация проводится для уменьшения количества воды, необходимой для разбавления серной кислоты для постгидролиза (Chornet et al., 2010). После стадии постгидролиза можно использовать различные методы восстановления для отделения и регенерации кислоты из полученного раствора глюкозы. Мембранный электролиз позволяет одновременно отделить и регенерировать серную кислоту и основание из их соли посредством реакций на электродах. Используя электродиализ, серную кислоту и сульфат натрия или сульфат аммония можно отделить от раствора глюкозы, но требуется дополнительная методика для отделения серной кислоты от соли и регенерации основания.Хроматографические методы также могут использоваться для разделения ионов и глюкозы, и они широко описаны в литературе (Neuman et al., 1987; Foody and Tolan, 2006; Wahnon, 2008; Heinonen and Sainio, 2010; Mahnon, 2010; Heinonen et al. др., 2012). После отделения сульфата аммония от раствора глюкозы соль можно подвергнуть пиролизу с образованием серной кислоты и гидроксида аммония (Hansen, 2004). Каждый из этих методов рекуперации имеет свои преимущества и недостатки, и наилучший выбор зависит от многих факторов, таких как эффективность извлечения (разделения) и связанные с этим затраты на энергию (Berberi, 2010).

Целью данной работы является исследование влияния ключевых параметров двухстадийного процесса гидролиза с частичной нейтрализацией на выход глюкозы и определение условий, приводящих к максимальному выходу глюкозы.

Материалы и методы

Сырье

Целлюлоза, используемая в качестве сырья, была получена из тритикале вилорогого ярового. Биомасса была посажена 19 мая 2009 г. компаниями CÉROM ( Centre de recherche sur les grains, ) и CRSAD ( Centre de recherche en Sciences animales de Deschambault ) и обработана гербицидом Buctril M. 14 июня 2009 г.Урожай тритикале был собран при достижении зрелости 16 сентября 2009 г., а выход биомассы составил 175 кг / м3 ² . Учитывая волокнистую структуру соломы (несъедобной части растения), последнюю механически разрезали на куски длиной примерно 3 см, чтобы облегчить последующую обработку. Соломинки тритикале фракционировали с использованием метода FIRSST (быстрая и последовательная обработка паром пропитки сырья), состоящего из двух обработок паром (как показано на рисунке 1). Первая обработка солюбилизирует фракцию гемицеллюлоз, тогда как вторая обработка, проводимая с использованием щелочного катализатора, позволяет солюбилизировать лигнин (Lavoie et al., 2011). Оставшаяся твердая фракция состояла в основном из целлюлозы.

Рисунок 1 . Схематическая диаграмма метода FIRSST, используемого для разделения составляющих фракций лигноцеллюлозной биомассы (адаптировано из Lavoie et al., 2011).

Перед первой обработкой паром биомассу пропитывали водой в течение 24 ч при комнатной температуре. После растворения вторичных метаболитов в воде биомассу фильтровали и пять раз промывали водой путем последовательной пропитки и прессования.Затем экстрагированное сырье подвергали первой обработке паром, проводимой при 200 ° C в течение 2 минут. Полученную смесь фильтровали для выделения гемицеллюлоз в растворе, а затем биомассу пять раз промывали водой. После этого биомассу пропитывали 8 мас.% Раствором гидроксида натрия и подвергали второй обработке паром при 180 ° C в течение 2 мин. Смесь после этой второй обработки паром фильтровали, и полученную твердую фракцию использовали в качестве исходного материала целлюлозы в этой исследовательской работе.

Все реактивы, использованные в работе, были марки ACS. К ним относятся 95-98 мас.% Серной кислоты, используемой для предварительной обработки, и основания (29 мас.% Водного аммиака и 20 мас.% Гидроксида натрия), используемые для частичной нейтрализации. Более того, водный 32,8% -ный раствор гидроксида натрия вместо этого использовали в качестве катализатора (основного) в экспериментах, направленных на определение влияния времени, концентрации кислоты и температуры постгидролиза на выход глюкозы.

Стандартный тест на гидролиз целлюлозы (ASTM E1758-01)

Стандартную процедуру количественного определения углеводов в целлюлозе проводили в соответствии с методом ASTM International (E1758-01), где: 4.92 г 72 мас.% Серной кислоты добавляли к 0,3 г целлюлозы в течение 1 ч при 30 ° C с перемешиванием каждые 15 мин. Затем раствор разбавляли до 4 мас.% Серной кислоты путем добавления 84 мл воды перед помещением в автоклав при 121 ° C на 1 час. После 20 мин охлаждения и нейтрализации до pH 5–6 смесь фильтровали (0,2 мкм) и измеряли концентрацию глюкозы с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) (ASTM International, 2007).

Влажность целлюлозы

Перед гидролизом сначала определяли влажность целлюлозы, вручную раздвигая целлюлозу на мелкие кусочки и помещая приблизительно 5 г в алюминиевую чашку для взвешивания, предварительно высушенную при 105 ° C.Алюминиевую чашку для взвешивания и целлюлозу помещали в печь при 105 ° C на 24 ч и взвешивали после охлаждения в эксикаторе. Измеренная разность масс по отношению к исходной массе влажной целлюлозы рассчитывалась как процентная влажность целлюлозы. Каждый тест проводили в трех экземплярах, и рассчитывали среднюю влажность, которая использовалась в качестве эталона для баланса масс в тестах на гидролиз.

Процесс гидролиза целлюлозы

Процесс гидролиза целлюлозы включает семь основных параметров, и влияние каждого параметра на выход глюкозы исследовали по очереди, при этом другие параметры оставались постоянными.Эти параметры и диапазон их значений приведены в таблице 1.

Таблица 1 . Исследованы основные параметры процесса гидролиза и диапазон значений.

Влияние массового процента серной кислоты и молярного отношения кислота / основание было исследовано при всех трех значениях массового отношения (12, 24, 36) серной кислоты / сухой целлюлозы, но с использованием лучших значений времени предварительной обработки, концентрации основание, время постгидролиза и температура, обеспечивающие самый высокий выход глюкозы.Затем исследовали влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы при массовом соотношении серная кислота / сухая целлюлоза, равном 36, с найденными наилучшими значениями для остальных параметров _. Наконец, влияние концентрации основания, времени постгидролиза и температуры на выход глюкозы определяли одно за другим, используя наиболее желаемое (наименьшее) значение массового отношения серная кислота / сухая целлюлоза (12) и наиболее эффективные значения остальных параметров.

Поскольку стадия частичной нейтрализации является новаторским аспектом этого процесса, испытания по изучению влияния молярного отношения кислота / основание на выход глюкозы были проведены в трех экземплярах.Что касается других экспериментов, только испытания с условиями, дающими самый высокий выход глюкозы, были проведены в трех повторностях для подтверждения результатов. Результаты испытаний, проведенных в трех экземплярах, представлены с полосами ошибок, представляющими стандартное отклонение на соответствующих рисунках.

Сам протокол гидролиза целлюлозы сначала включал приготовление кислотного раствора путем смешивания примерно 95–98% серной кислоты с водой, чтобы получить необходимое массовое соотношение серная кислота / сухая целлюлоза ( R ₁ ) и массовый процент серной кислоты ( C ₁ ) (с учетом влажности целлюлозы) и охлаждают до 5–10 ° C на ледяной водяной бане.Затем этот кислотный раствор добавляли к 5 г измельченной целлюлозы (влажность 60–65%) в колбе Эрленмейера на 250 мл при одновременном перемешивании стеклянной палочкой. Колбу Эрленмейера помещали в баню с регулируемой температурой при 30 ° C на желаемое время ( t ₁ ) и ее содержимое перемешивали с помощью стеклянной палочки с 15-минутными интервалами. В конце этого процесса предварительной обработки целлюлозы колбу Эрленмейера быстро охлаждали, погружая ее в стакан емкостью 1 л, содержащий ледяную воду, и добавляли по каплям соответствующее количество щелочного раствора [NaOH или NH _{3 (водн.)} ]. при перемешивании до достижения желаемого молярного отношения кислота / основание ( R ₂ ).Затем эту реакционную смесь подвергали постгидролизу, используя желаемое время ( t ₂ ) и температуру ( T ₁ ). Постгидролиз при 121 ° C проводили в автоклаве, а постгидролиз при 97 ° C проводили на бане с регулируемой температурой. Колбу Эрленмейера охлаждали до 20 ° C и ее содержимое фильтровали под вакуумом с использованием стеклянного микроволоконного фильтра с пористостью 1,5 мкм (марка VWR) для частиц со средним удерживанием с использованием воронки Бюхнера. Гидролизат, полученный на этом этапе, был проанализирован для определения концентрации в нем глюкозы и 5-гидроксиметилфурфурола (5-HMF, продукта разложения глюкозы) (см. Раздел «Определение концентраций глюкозы и 5-HMF») и для расчета выхода глюкозы при гидролизе целлюлозы.Эти шаги изображены на Рисунке 2.

Рисунок 2 . Принципиальная схема двухэтапного процесса гидролиза, используемого для преобразования тритикалецеллюлозы в сахара второго поколения.

Определение концентраций глюкозы и 5-HMF

Концентрации глюкозы и 5-HMF измеряли с помощью ВЭЖХ марки Agilent, оснащенной детектором показателя преломления и колонкой с RoA-органической кислотой (8%) (Phenomenex). Колонка была откалибрована глюкозой и 5-HMF в диапазоне концентраций 10–1000 ppm.Элюент представлял собой 5 мМ водную смесь H ₂ SO ₄ , работающую при скорости потока 0,6 мл / мин и поддерживаемую при 60 ° C. Для каждого анализа вводили 30 мкл образца. Выход глюкозы при гидролизе целлюлозы рассчитывали как отношение общей массы полученной глюкозы к массе, полученной гидролизом той же целлюлозы с использованием стандартного метода ASTM E1758-01.

Результаты и обсуждение

Соломинка из тритикале, использованная в этой работе, была такой же, как соломка, описанная Beauchet et al.(2013) в своем исследовании, и было обнаружено, что они содержат 12,4 мас.% Экстрактивных веществ, 31,7 мас.% Гемицеллюлозы, 34,0 мас.% Целлюлозы, 17,0 мас.% Лигнина и 4,7 мас.% Золы. Кроме того, двойная обработка паром позволила восстановить 94% целлюлозной фракции, которая имела влажность 60–65% и состояла примерно из 7 мас.% Лигнина и 90 мас.% Глюкозы (в виде цепочек глюкана) в пересчете на сухое вещество.

Предварительная обработка водным концентрированным раствором кислоты

Влияние концентрации кислоты

Как показано на Фигуре 3, при массовом соотношении кислота / сухая целлюлоза 12 и массовом процентном содержании кислоты 62 мас.% Выход глюкозы составил 24% и увеличился до 85%, когда массовый процент кислоты достиг 72 мас.%. .При этом соотношении (12) увеличение массового процента кислоты немного снижает выход глюкозы, поскольку последний, как было установлено, составляет 78% при массовом процентном содержании кислоты 82 мас.%. При использовании более высокого массового отношения серная кислота / сухая целлюлоза, равного 24, выход глюкозы увеличивался с 34 до 94%, когда массовый процент кислоты увеличивался с 62 до 72 мас.%. И снова в этой ситуации увеличение массового процента кислоты до более чем 72 мас.% Не улучшило выход глюкозы. При еще более высоком массовом соотношении серная кислота / сухая целлюлоза, равном 36, и в сочетании с массовым процентным содержанием H ₂ SO ₄ , равным 72 мас.%, Был получен выход глюкозы 98% с гораздо меньшим стандартным отклонением среди в трех экземплярах, чем при более низком массовом соотношении серная кислота / сухая целлюлоза.Таким образом, было обнаружено, что семьдесят два массовых процента являются наилучшим массовым процентным содержанием серной кислоты, независимо от массового отношения H ₂ SO ₄ / сухой целлюлозы. Более того, 5-HMF был обнаружен в гидролизатах, но его концентрация была ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ.

Рисунок 3 . Влияние массового процента и количества H ₂ SO ₄ , использованного во время предварительной обработки, на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза = 12 (♦), 24 (■) , 36 ( — ), предварительная обработка 2 ч при 30 ° C, мольное соотношение H ⁺ / OH ^— = 2.3 для частичной нейтрализации и 10 мин и 121 ° C для постгидролиза.

Xiang et al. (2003) также обнаружили, что массовый процент серной кислоты 72 мас.% Является оптимальным для гидролиза целлюлозы, хотя массовое соотношение кислоты / сухой целлюлозы, использованное в их случае, составляло всего 19,6, а самый высокий массовый процент исследованной кислоты составлял 72 мас. %.

Этот результат можно объяснить тем фактом, что при 72 мас.% H ₂ SO ₄ молярное отношение H ₂ O / H ₂ SO ₄ равно 2, так что каждый сульфат-анион оказывается между двумя протонированными молекулами воды.Таким образом, водный раствор серной кислоты с концентрацией 72 мас.% Имеет некоторое сходство с ионной жидкостью, поскольку это жидкость, состоящая исключительно из анионов и катионов. Сообщается, что ионные жидкости использовались для разрушения кристаллической структуры целлюлозы перед гидролизом или для одновременного растворения и гидролиза целлюлозы (Vo et al., 2014), хотя механизм растворения целлюлозы ионными жидкостями (и 72 мас.% Серной кислоты) в настоящее время известен. не совсем понятно. Фен и Чен (2008) предложили механизм растворения целлюлозы в ионной жидкости, и последний может быть легко применен для растворения целлюлозы в 72 мас.% Водном растворе серной кислоты.Сульфат-ионы и ионы гидроксония образуют электронодонорно-акцепторные комплексы с -ОН-группами в целлюлозе. В результате взаимодействий между целлюлозой и серной кислотой внутри- и межмолекулярные водородные связи между гидроксильными группами в целлюлозе разрушаются, что приводит к разделению молекулярных цепей целлюлозы (воспринимается как набухание) и, в конечном итоге, к растворению целлюлозы (рис. 4). .

Рисунок 4 . Механизм растворения целлюлозы в 72 мас.% Серной кислоте (на основе Feng and Chen, 2008).

Следовательно, нарушение кристаллической структуры целлюлозы, вероятно, является одним из наиболее важных аспектов предварительной обработки концентрированной серной кислотой. Результаты также показали, что более высокое массовое отношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза приводит к более высокому выходу глюкозы.

Влияние времени предварительной обработки

Было обнаружено, что выход глюкозы, полученный без предварительной обработки концентрированной серной кислотой перед постгидролизом, составляет 20%, что в основном может быть связано с аморфной фракцией целлюлозы.Всего после 15 минут предварительной обработки в 72 мас.% Серной кислоте выход глюкозы быстро увеличился до 72%, а затем продолжил увеличиваться более медленными темпами, достигнув примерно 100% через 2 часа (Рисунок 5). Такое длительное время предварительной обработки можно объяснить тем фактом, что необходимо достаточное время для превращения почти всех кристаллических частей в аморфную целлюлозу, которую затем можно легко гидролизовать до глюкозы на стадии постгидролиза. За исключением гидролизата, полученного после предварительной обработки в течение 2 часов, в которой 5-HMF был обнаружен при концентрации ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ, пика 5-HMF не наблюдалось на хроматограммах, полученных с других предварительных измерений. время лечения.Таким образом, был сделан вывод, что эти условия предварительной обработки недостаточно жесткие, чтобы вызвать значительную деградацию глюкозы, что делает этот процесс пригодным для последующей ферментации глюкозы в этанол.

Рисунок 5 . Влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза, соотношение = 36, 72 мас.% Серной кислоты и H ⁺ / OH ^{— молярное соотношение} = 2,5, в сочетании с постгидролиз при 121 ° C в течение 10 мин.

Согласно этим результатам, наиболее эффективное время предварительной обработки составляло 2 часа для достижения 100% выхода глюкозы. Хотя влияние времени предварительной обработки на выход глюкозы не исследовалось для массового отношения серная кислота / сухая целлюлоза, равного 12 и 24, лучшее время предварительной обработки в 2 часа было проверено для наиболее желательного (самого низкого) отношения 12 в течение другие испытания, определяющие влияние концентрации основания, времени постгидролиза и температуры на выход глюкозы.

Camacho et al. (1996) изучали образование глюкозы путем предварительной обработки микрокристаллической целлюлозы 70% (мас. / Об.) Серной кислотой при массовом соотношении кислота / сухая целлюлоза в диапазоне от 1,8 до 9,1 без какой-либо стадии постгидролиза. Они получили выход глюкозы не выше 35%, даже если время предварительной обработки длилось до 30 часов. Таким образом, предварительной обработки 72 мас.% Серной кислоты явно недостаточно для достижения высоких выходов глюкозы, и необходим постгидролиз при пониженной концентрации кислоты для превращения аморфной целлюлозы в глюкозу.Однако добавление воды для разбавления серной кислоты от 72 до 4–10 мас.% Приводит к получению большого объема смеси, что подразумевает более высокие затраты на транспортировку. Вот почему частичная нейтрализация серной кислоты добавлением основания считалась эффективным методом минимизации количества воды, добавляемой для разбавления.

Частичная нейтрализация

Влияние молярного отношения кислота / основание

Молярные отношения H ⁺ / NH ₃ или H ⁺ / OH ^— непосредственно использовались для сравнения между NH _{3 (водн.)} и NaOH, поскольку оба случая включают нейтрализацию H ₂ SO ₄ .Более того, оба соотношения легко вычислить, поскольку известны массы добавленных 95–98 мас.% Серной кислоты и 29 мас.% Водного аммиака (или 20 мас.% NaOH). На рисунке 6 представлен выход глюкозы для трех значений массового отношения серная кислота / сухая целлюлоза как функция молярного отношения H ⁺ / NH ₃ , используемого для частичной нейтрализации водным аммиаком (рисунок 6A), и как функция молярного отношения H ⁺ / OH ^—, используемого для частичной нейтрализации гидроксидом натрия (рис. 6B).

Рисунок 6 . Влияние молярного отношения H ⁺ / NH ₃ (A) или H ⁺ / OH ^— ( B ) на выход глюкозы при массовом соотношении H ₂ SO ₄ / сухой соотношение целлюлозы = 12 (♦), 24 (■), 36 (▴) в сочетании с предварительной обработкой при 30 ° C и 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 часов и постгидролизом в течение 10 минут. при 121 ° С.

Плохая воспроизводимость наблюдалась для испытаний с молярными отношениями H ⁺ / NH ₃ , изменяющимися от 1.От 0 до 1,4, что, вероятно, было связано с переменным испарением аммиака во время экспериментов. Это наблюдение было особенно важным при низких молярных отношениях H ⁺ / NH ₃ , где относительное количество NH ₃ по сравнению с количеством кислоты больше, чем при высоких молярных отношениях H ⁺ / NH ₃ . Выход глюкозы составил 30% при использовании молярного отношения H ⁺ / NH ₃ , равного 1 (низкое), и массового отношения серная кислота / сухая целлюлоза, равного 12. Низкое молярное соотношение H ⁺ / NH ₃ Соотношение означает, что концентрация серной кислоты во время постгидролиза была низкой и, следовательно, недостаточной для проведения эффективного гидролиза целлюлозы до глюкозы.При более высоких молярных соотношениях H ⁺ / NH ₃ концентрация серной кислоты во время постгидролиза была выше, а наблюдаемые более низкие выходы глюкозы могли быть связаны с разложением глюкозы, хотя концентрация 5-HMF в гидролизате была ниже нижний предел количественного определения ВЭЖХ при этих молярных соотношениях H ⁺ / NH ₃ . В условиях, испытанных в этой работе, было обнаружено, что наиболее эффективные молярные отношения H ⁺ / NH ₃ находятся в диапазоне от 1.6 и 1.8.

Что касается использования гидроксида натрия для частичной нейтрализации смеси целлюлозы и кислоты перед постгидролизом, испытания сначала проводили с массовым соотношением серная кислота / сухая целлюлоза, равным 12, и после наблюдения, что самый высокий выход глюкозы был получен при диапазон молярного отношения H ⁺ / OH ^— 2,3–2,5, только этот диапазон был исследован для массовых соотношений серная кислота / сухая целлюлоза 24 и 36. Наиболее эффективный H ⁺ / OH ^— молярный отношения (2.3–2,5), как впоследствии выяснилось, выше наиболее эффективных соотношений H ⁺ / NH ₃ (1,6–1,8). Это наблюдение можно объяснить тем фактом, что аммиак является слабым основанием, и, следовательно, для получения необходимого количества молей гидроксид-ионов для получения такого же эффекта частичной нейтрализации, как и в случае гидроксида натрия, требовалось больше аммиака.

Тем не менее, в обоих случаях, когда молярное отношение H ⁺ / NH ₃ составляет 1,7 или молярное отношение H ⁺ / OH ^— равно 2.4, конечный массовый процент серной кислоты на стадии постгидролиза был близок к 19 мас.%, Хотя концентрация основных растворов, используемых для частичной нейтрализации, составляла 29 мас.% Для аммиака и 20 мас.% Для гидроксида натрия. Таким образом, было обнаружено, что молярное соотношение H ⁺ / NH ₃ или H ⁺ / OH ^—, обеспечивающее самый высокий выход глюкозы, в значительной степени зависит от конечного массового процента серной кислоты, используемой во время постгидролиза, а не в зависимости от типа используемой базы.Несмотря на это наблюдение, выход глюкозы в наиболее эффективных условиях был выше с гидроксидом натрия, чем с водным аммиаком.

Влияние концентрации NaOH

Было исследовано влияние концентрации NaOH на выход глюкозы, и результаты представлены на рисунке 7. Растворы 20 мас.% NaOH и 40 мас.% NaOH сравнивали, подвергая целлюлозу предварительной обработке в течение 2 часов при 30 ° C и 72 ° C. мас.% H ₂ SO ₄ для массового отношения H ₂ SO ₄ / сухой целлюлозы, равного 12, с последующим постгидролизом при 121 ° C в течение 10 мин.Было обнаружено, что выход глюкозы в зависимости от молярного отношения H ⁺ / OH ^—, полученный с растворами NaOH как 20, так и 40 мас.%, Имел одинаковую картину. Результаты показали, что выход глюкозы увеличивался с увеличением молярного отношения H ⁺ / OH ^— до тех пор, пока он не достиг максимума при наиболее эффективном соотношении H ⁺ / OH ^—, прежде чем постепенно снижаться выше этой точки. Однако кривая, полученная для раствора NaOH с концентрацией 20 мас.%, Дает более высокий максимальный выход глюкозы при более высоких молярных отношениях H ⁺ / OH ^—.Наиболее эффективные соотношения H ⁺ / OH ^— с 40 мас.% NaOH и 20 мас.% NaOH находились между 1,9–2,1 и 2,3–2,5 соответственно, а самый высокий выход глюкозы, полученный с раствором NaOH 20 мас. 88%, что примерно в 1,1 раза выше, чем при использовании 40 мас.% NaOH.

Рисунок 7 . Влияние соотношения H ⁺ / OH ^— на выход глюкозы при концентрации NaOH 20 мас.% (♦) и 40 мас.% (■) с предварительной обработкой при 30 ° C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 часов, массовое соотношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 12, и постгидролиз в течение 10 минут при 121 ° C.

При молярном соотношении H ⁺ / OH ^—, равном 2 для 40 мас.% NaOH и 2,5 для 20 мас.% NaOH, полученный раствор после частичной нейтрализации имел массовый процент серной кислоты, близкий к 20 мас.% В обоих случаях. . Таким образом, разница в выходе глюкозы, наблюдаемая между 20 и 40 мас.% Растворами NaOH, используемыми для частичной нейтрализации, скорее всего, была связана с количеством воды, добавленной с основанием на стадии постгидролиза. Эта разница в количестве воды, добавляемой вместе с основанием, также объясняет наблюдения, представленные в разделе «Влияние молярного отношения кислота / основание», а именно: выход глюкозы в наиболее эффективных условиях выше при 20 мас.% NaOH, чем при 29 мас.% NH ₃ .Таким образом, для получения высокого выхода глюкозы во время постгидролиза важно учитывать не только массовый процент кислоты, но также количество воды, добавленной на стадии частичной нейтрализации, поскольку последняя, ​​как было показано, оказывает сильное влияние. по эффективности постгидролиза.

Постгидролиз

Влияние времени и концентрации кислоты

Влияние времени постгидролиза на выход глюкозы с использованием различных молярных соотношений H ⁺ / OH ^— представлено на рисунке 8.Во-первых, можно заметить, что стандартное отклонение среди трех повторностей в наиболее эффективных условиях (дающих самые высокие выходы глюкозы) очень мало, так что соответствующие полосы ошибок трудно различить на рисунке 8. С H ⁺ / OH ^{— молярное соотношение} , равное 1,7, увеличение периода варки увеличивало выход глюкозы, тогда как при молярном соотношении H ⁺ / OH ^—, равном 2,3, увеличение времени постгидролиза обычно приводило к противоположному сценарию.При низком молярном соотношении H ⁺ / OH ^— концентрация кислоты в постгидролизном растворе также была низкой, так что увеличение времени варки приводило к гидролизу оставшейся аморфной целлюлозы. Однако увеличение времени постгидролиза при более высоком соотношении H ⁺ / OH ^—, вероятно, привело к деградации глюкозы, хотя концентрация 5-HMF в гидролизатах оставалась ниже нижнего предела количественного определения ВЭЖХ. Было обнаружено, что наиболее эффективное время постгидролиза, дающее самый высокий выход глюкозы, уменьшается по мере увеличения концентрации серной кислоты для постгидролиза, а именно за счет увеличения молярного отношения H ⁺ / OH ^— (см. Фигуру 8).Это может представлять интерес для промышленного процесса, поскольку для более короткого времени постгидролиза с получением богатого глюкозой гидролизата потребуется меньше основания. Например, наиболее эффективное время постгидролиза при 121 ° C и молярном соотношении H ⁺ / OH ^— , равном 2,3, было менее 10 минут, в то время как молярное отношение H ⁺ / OH ^— составляло 60 минут или более. коэффициент 1,7.

Рисунок 8 . Влияние времени постгидролиза и молярного отношения H ⁺ / OH ^— , равного 1.7 (♦), 2,0 (■), 2,3 (▴), по выходу глюкозы с предварительной обработкой в ​​течение 2 часов при 30 ° C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и массовое отношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 12, частичная нейтрализация 32,8 мас.% Раствором NaOH и постгидролиз при 121 ° C.

Влияние времени и температуры

На рис. 9 показан выход глюкозы как функция времени постгидролиза при температуре 97 и 121 ° C. Другие условия поддерживались постоянными, а именно предварительная обработка 72 мас.% Серной кислоты в течение 2 ч и массовое соотношение кислота / сухая целлюлоза 12 в сочетании с частичной нейтрализацией с использованием 32.8 мас.% Раствор NaOH с молярным соотношением H ⁺ / OH ^— , равным 2. Стандартное отклонение среди трех повторностей в условиях, дающих самый высокий выход глюкозы, очень мало (около 0,4), так что соответствующие полосы погрешностей едва видны. на фиг.9. При 97 ° C выход глюкозы увеличивался с увеличением времени приготовления до максимума примерно 76%, стабилизируясь через 60 мин. Это явление, вероятно, было связано с одновременным осахариванием аморфной целлюлозы в сочетании с деградацией глюкозы.При 121 ° C выход глюкозы достиг наивысшего значения 78% (через 20 минут), а затем постепенно снизился до 68% через 60 минут. Разложение глюкозы, по-видимому, происходило быстрее, чем осахаривание, при 121 ° C по сравнению с температурой 97 ° C.

Рисунок 9 . Влияние времени постгидролиза и температуры 97 ° C (♦) и 121 ° C (■) на выход глюкозы после 2-часовой предварительной обработки при 30 ° C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и мас. соотношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 12 с последующей частичной нейтрализацией 32.8 мас.% Раствора NaOH и H ⁺ / OH ^— молярное соотношение 2.

Таким образом, самые высокие выходы глюкозы были получены при более коротком времени постгидролиза и более высоких температурах постгидролиза (например, 20 мин при 121 ° C). При температуре постгидролиза 121 ° C и в тех же условиях, что и на Фигуре 9, за исключением частичной нейтрализации с молярным соотношением H ⁺ / OH ^— 2,3 и 20 мас.% NaOH, самый высокий выход глюкозы 88 % (см. фиг. 7) для времени постгидролиза 10 мин.

Удельное влияние использования 32,8% раствора NaOH для частичной нейтрализации было выведено с учетом выхода глюкозы, полученного после 2-часовой предварительной обработки при 30 ° C, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и массового отношения H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 12, частичная нейтрализация с молярным соотношением H ⁺ / OH ^— 2 и постгидролиз при 121 ° C в течение 10 мин. Как видно из фиг. 8, 9, выход глюкозы 72% был получен с 32,8% -ным по весу раствором NaOH, тогда как более высокий выход глюкозы 77% был получен с использованием 20% -ного по весу раствора NaOH для частичной нейтрализации (фиг. 7).Это подтвердило то, что было отмечено в разделе «Влияние концентрации NaOH»: количество воды, добавляемой на стадии частичной нейтрализации, сильно влияет на эффективность постгидролиза.

В своем двухстадийном процессе гидролиза Yoon et al. (2014) предварительно обработанная биомасса или целлюлоза с массовым соотношением кислота / сухое сырье 19 при 30 ° C с использованием водной смеси 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 1 часа с последующим постгидролизом. при 4 мас.% H ₂ SO ₄ .Наивысшее превращение целлюлозы в глюкозу составило около 90% при времени постгидролиза 90 минут и температуре 100 ° C. Также сообщалось, что, независимо от времени и температуры постгидролиза, более высокая конверсия была получена при гидролизе чистой целлюлозы по сравнению с гидролизом смеси целлюлозы и гемицеллюлозы или смеси целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина, что подтверждает важность сначала фракционируют биомассу и разделяют ее на составляющие.

Наиболее эффективные экспериментальные условия гидролиза целлюлозы

Для постгидролиза при 121 ° C в течение 10 минут с использованием 20 мас.% NaOH для частичной нейтрализации, испытанные условия, обеспечивающие самый высокий выход глюкозы, были следующими: предварительная обработка при 30 ° C 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 ч, массовое соотношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 36 и молярное отношение H ⁺ / OH ^— 2.3–2,5.

При тех же условиях постгидролиза, но с использованием 29 мас.% NH _{3 (водн.)} для частичной нейтрализации, соответствующие условия, дающие самые высокие выходы глюкозы, были следующими: предварительная обработка при 30 ° C 72 мас.% H ₂ SO ₄ в течение 2 ч, массовое отношение H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 36 и молярное отношение H ⁺ / NH ₃ 1,6–1,8.

Высокие выходы (близкие к 100%), полученные при указанных выше наилучших наборах условий, показывают, что этот процесс может быть почти таким же эффективным, как и стандартный метод ASTM E1758-01.Более того, этот процесс гидролиза привлекателен с промышленной точки зрения, поскольку он может использовать целлюлозу, полученную методом фракционирования (влажность 60–65%), требует меньших объемов и дает гидролизаты с более высокой концентрацией глюкозы.

Iranmahboob et al. (2002) использовали аналогичный двухэтапный процесс гидролиза для получения глюкозы из высушенной, измельченной и смешанной древесной щепы (50 мас.% Древесины твердых пород и 50 мас.% Древесины мягких пород). Их этап предварительной обработки проводился при массовом соотношении H ₂ SO ₄ / сухая древесная щепа 2.5 и 80 мас.% H ₂ SO ₄ , и к полученной таким образом пасте добавляли дистиллированную кипящую воду, чтобы получить 26 мас.% H ₂ SO ₄ . После перемешивания смеси в течение 30 минут при 100 ° C и фильтрации фильтрат нагревали еще 2 часа. Эти условия были признаны оптимальными и привели к общей эффективности преобразования 78–82% на основе теоретических значений. Хотя в их способе для предварительной обработки использовалось меньше кислоты, для него требовалось высушенное сырье и гораздо более длительное время постгидролиза, чем в способе, используемом в настоящей работе.

Заключение

В данной работе изучалось индивидуальное влияние семи ключевых параметров на выход глюкозы в двухстадийном процессе гидролиза целлюлозы с частичной нейтрализацией, и полученные результаты позволили определить условия, дающие наибольший выход глюкозы. В наиболее эффективном случае может быть достигнут выход глюкозы, достигающий 100%, и это включало предварительную обработку «набуханием», выполняемую при 30 ° C в течение 2 часов, 72 мас.% H ₂ SO ₄ и с использованием массового отношения H ₂ SO ₄ / сухая целлюлоза 36; с последующей частичной нейтрализацией 20 мас.% NaOH и молярным соотношением H ⁺ / OH ^—, равным 2.3–2,5; и постгидролиз при 121 ° C в течение 10 мин. Для стадии частичной нейтрализации гидроксид натрия был предпочтительным основанием для более высоких выходов глюкозы после постгидролиза, но водный аммиак также давал очень высокий выход глюкозы (около 95%).

Авторские взносы

JK-WC: сформировал результаты путем анализа и интерпретации полученных данных, а также написал, подготовил и отредактировал статью; XD: подготовил, проверил результаты и рассмотрел статью; VB: провел эксперименты и получил данные; HZ-N: контролировал работу, обеспечивая промышленную ориентацию и предлагал технические руководства; J-ML: руководил и контролировал исследование, обеспечивал научное и техническое руководство, проверял результаты, тщательно проверял и одобрил статью.

Заявление о конфликте интересов

VB и HZ-N были наняты компанией CRB Innovations Inc.

Другие авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Авторы благодарны кафедре промышленных исследований целлюлозного этанола и биоматериалов Университета Шербрука и особенно его спонсорам: Le Ministère de l’Energie et des Ressources Naturelles du Québec (MERNQ), CRB Innovations Inc., Enerkem и GreenField Global. Авторы также благодарны MITACS за зарплаты JK-WC и XD и BioFulNet Canada за финансирование части этой работы.

Список литературы

Амарасекара, А. С. (2014). Справочник по целлюлозному этанолу . Беверли, Массачусетс: Scrivener Publishing LLC.

Google Scholar

ASTM International (2007). E1758− 01 Стандартный метод определения углеводов в биомассе с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии .Вест Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International.

Beauchet, R., Berberi, V., Corcos, P.O., Guimont-Montpetit, G., Dion, Y., Eudes, F., et al. (2013). Ферментация углеводов C6 из гемицеллюлозной фракции соломы тритикале в качестве предварительной обработки для очистки ксилозы. Ind. Crops Prod . 51, 463–469. DOI: 10.1016 / j.indcrop.2013.08.070

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бербери В. (2010). Hydrolyse Thermochimique de la Cellulose et Récupération des Acides / Bases Utilisés Dans un Contexte de Production D’ethanol Cellulosique .Шербрук, королевский адвокат, Университет Шербрука.

Камачо, Ф., Гонсалес-Телло, П., Хурадо, Э., и Роблес, А. (1996). Гидролиз микрокристаллической целлюлозы концентрированной серной кислотой. J. Chem. Technol. Биотехнология . 67, 350–356. DOI: 10.1002 / (SICI) 1097-4660 (199612) 67: 4 <350 :: AID-JCTB564> 3.0.CO; 2-9

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чорне М., Чорне Э. и Лавуа Дж. М. (2010). Преобразование целлюлозной биомассы в сахар .US20100163019 A1.

Клаузен, Э. К., и Гэдди, Дж. Л. (1993). Процесс концентрированной серной кислоты для превращения лигноцеллюлозных материалов в сахара . Ведомство США по патентам и товарным знакам. US005188673 A.

Эль-Завави, В. К., Ибрагим, М. М., Абдель-Фаттах, Ю. Р., Солиман, Н. А., и Махмуд, М. М. (2011). Кислотный и ферментный гидролиз для преобразования предварительно обработанных лигноцеллюлозных материалов в глюкозу для производства этанола. Carbohydr. Полим . 84, 865–871.DOI: 10.1016 / j.carbpol.2010.12.022

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Fan, L. T., Gharpuray, M. M., and Lee, Y.-H. (1987). Гидролиз целлюлозы . Берлин; Гейдельберг: Springer-Verlag.

Google Scholar

Фэн Л. и Чен З. (2008). Прогресс исследований растворения и функциональной модификации целлюлозы в ионных жидкостях. J. Mol. Liq . 142, 1–5. DOI: 10.1016 / j.molliq.2008.06.007

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фуди, Б.и Толан Дж. С. (2006). Способ получения потока сахара из целлюлозной биомассы . Ведомство США по патентам и товарным знакам. WO2006007691 A1.

Хамелинк, К. Н., Хоэйдонк, Г., и ван Файдж, А. П. (2005). Этанол из лигноцеллюлозной биомассы: технико-экономические показатели в краткосрочной, среднесрочной и долгосрочной перспективе. Биомасса Биоэнергетика 28, 384–410. DOI: 10.1016 / j.biombioe.2004.09.002

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хансен, Т.(2004). Химическое и термическое разложение сульфата аммония на аммиак и серную кислоту . US20040234441 A1.

Хейнонен, Дж., И Сайнио, Т. (2010). Хроматографическое восстановление моносахаридов для производства биоэтанола из древесины. Ind. Eng. Chem. Res . 49, 2907–2915. DOI: 10.1021 / ie

8z

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Хейнонен, Дж., Тамминен, А., Ууситало, Дж., И Сайнио, Т. (2012). Производство этанола из древесины путем концентрированного кислотного гидролиза, хроматографического разделения и ферментации. J. Chem. Technol. Биотехнология . 87, 689–696. DOI: 10.1002 / jctb.2766

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Иранмахбуб Дж., Надим Ф. и Монеми С. (2002). Оптимизация кислотного гидролиза: критический этап производства этанола из смешанной древесной щепы. Биомасса Биоэнергетика 22, 401–404. DOI: 10.1016 / S0961-9534 (02) 00016-8

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Кент, Дж. А. (2013). Справочник по промышленной химии и биотехнологии .Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Springer Science and Business Media.

Google Scholar

Лавуа, Ж.-М. (2016). Внедрение жидкого биотоплива 2-го поколения на рынке с преобладанием ископаемого топлива: правильный выбор. Curr. Opin. Зеленая устойчивость. Chem. 2, 45–47. DOI: 10.1016 / j.cogsc.2016.09.009

CrossRef Полный текст

Лавуа, Ж.-М., Боше, Р., Бербери, В., и Черне, М. (2011). «Биопереработка лигноцеллюлозной биомассы посредством быстрой пропитки сырья и последовательной обработки паром», в Biofuel’s Engineering Process Technology , ред М.А. Душ Сантос Бернардес (Риека: InTech).

Google Scholar

Ли, Р. А., Лавуа, Ж.-М. (2013). От биотоплива первого к третьему поколению: проблемы производства товара из биомассы возрастающей сложности. Anim. Передний . 3, 6–11. DOI: 10.2527 / af.2013-0010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Махнон Д. (2010). Способ получения органической соли или кислоты из водного потока сахара . Ведомство США по патентам и товарным знакам.US7718070 B2.

Нойман Р. П., Радж С. Р. и Ладиш М. Р. (1987). Разделение серной кислоты и сахара методом исключения ионов. React. Polym. Ion Exch. Сорбенты 5, 55–61. DOI: 10.1016 / 0167-6989 (87)

-6

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ni, J., Wang, H., Chen, Y., She, Z., Na, H., and Zhu, J. (2013). Новый простой двухэтапный метод получения глюкозы из целлюлозы. Биоресурсы. Технол . 137, 106–110. DOI: 10.1016 / j.biortech.2013.03.104

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Пулидинди, И. Н., Кимчи, Б. Б., и Геданкен, А. (2014). Может ли целлюлоза быть устойчивым сырьем для производства биоэтанола? Обновить. Энергия 71, 77–80. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.05.032

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Симс, Р. Э. Х., Маби, В., Сэдлер, Дж. Н. и Тейлор, М. (2010). Обзор технологий биотоплива второго поколения. Биоресурсы. Технол .101, 1570–1580. DOI: 10.1016 / j.biortech.2009.11.046

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Тахердазе, М. Дж., И Карими, К. (2007). Процессы кислотного гидролиза этанола из лигноцеллюлозных материалов: обзор. BioResources 2, 472–499. DOI: 10.15376 / biores.2.3.472-499

CrossRef Полный текст

Во, Х. Т., Видьяя, В. Т., Джэ Дж., Ким, Х. С., и Ли, Х. (2014). Гидролиз ионной целлюлозы до глюкозы. Биоресурсы.Technol. 167, 484–489. DOI: 10.1016 / j.biortech.2014.06.025

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ванон Д. (2008). Способ получения органической соли или кислоты из водного потока сахара . Гатино, королевский представитель: Канадское ведомство интеллектуальной собственности. CA2661531 A1.

Google Scholar

Венцль, Х. Ф. Дж. (1970). «Кислотный гидролиз древесины», в Химическая технология древесины , ред. Ф. Э. Браунс и Д. А.Браунс (Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press), 157–252.

Сян, К., Ли, Ю. Ю., Петтерссон, П. О., и Торгет, Р. В. (2003). Гетерогенные аспекты кислотного гидролиза α-целлюлозы. Заявл. Биохим. Biotechnol. 107, 505–514. DOI: 10.1007 / 978-1-4612-0057-4_42

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Юн, С.-Й., Хан, С.-Х., и Шин, С.-Дж. (2014). Влияние гемицеллюлозы и лигнина на кислотный гидролиз целлюлозы. Energy 77, 19–24. DOI: 10.1016 / j.energy.2014.01.104

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Чжан З., Лю Б. и Чжао З. (2012). Эффективный кислотно-катализируемый гидролиз целлюлозы в растворах органических электролитов. Polym. Деграда. Укол . 97, 573–577. DOI: 10.1016 / j.polymdegradstab.2012.01.010

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вода | Бесплатный полнотекстовый | Влияние предварительного гидролиза на очистку сточных вод в реакторе BLANKET для анаэробного ила с восходящим потоком (UASB): обзор

Процесс UASB был успешно реализован как высокопроизводительная анаэробная технология для очистки растворимых сточных вод с низкой и высокой концентрацией. как сложные сточные воды [56,57].Принципиальная схема реактора с восходящим потоком анаэробной подушки ила (UASBR), показанная на рисунке 2, показывает две части в реакторе: (а) вертикальную колонну и (б) сепаратор газ-жидкость-твердую фазу, который размещен в верхняя часть и делит реактор на нижнюю (зона разложения) и верхнюю часть (зона осаждения) [58,59]. Сточные воды, равномерно вводимые снизу реактора, проходят через слой ила и попадают в зону отстаивания через отверстия между элементами фазоразделителя.Одна из характерных черт UASB — гранулирование ила. Во время этого процесса анаэробные микроорганизмы агломерируются с образованием биогранул в процессе импульсной агрегации и образуют плотные, компактные гранулы с хорошими характеристиками оседания [1,60]. Гранулы ила образуются через определенный период (обычно 2–8 месяцев), в зависимости от условий эксплуатации, характеристик сточных вод и осадка семян. Элмитвалли (2000) назвал этот длительный период запуска одним из основных недостатков анаэробной очистки бытовых сточных вод в высокопроизводительных системах, когда осадок семян недоступен из-за низкой скорости роста метаногенных микроорганизмов [61].Как правило, UASBR инокулируют подходящим источником семян, чтобы сократить время запуска [62]. Плотный слой ила, обладающий высокими осаждающими свойствами, может иметь гранулированный или хлопьевидный характер. В случае сточных вод, которые представляют собой сточные воды от низкой до средней, в реакторе образуется хлопьевидный осадок. Над плотным слоем ила развивается зона покрытия ила с диффузной картиной роста и более низкими скоростями осаждения частиц [1]. Биологические реакции происходят в иловом слое и зоне ила.Когда сточные воды проходят через биомассу в плотном слое ила и в зоне покрытия ила, растворенный субстрат переваривается, а твердые органические вещества удерживаются и перевариваются с образованием биогаза [61,64]. Произведенный биогаз (который состоит в основном из CH ₄ и CO ₂ ) в секции разложения улавливается установкой фазового сепаратора, поэтому пузырьки газа не могут мешать осаждению твердых частиц. Карман для воздуха / газа расположен под элементом фазового сепаратора, чтобы предотвратить утечку твердых частиц через выпускное отверстие для газа.В результате частицы ила на фазовом сепараторе падают обратно в зону вываривания, а большая масса ила остается в реакторе [56,58]. Наконец, сточные воды с меньшим количеством взвешенных твердых частиц выводятся из зоны отстаивания.

3.2. Очистка сточных вод в двухфазном UASBR с гидролизом

Ван Хаандель и Леттинга [63] предложили двухфазную анаэробную очистку сточных вод, которая включает разделение неметаногенной и метаногенной фаз сбраживания в отдельные реакторы [96,97, 98].Первый этап двухфазной системы очистки UASB в основном направлен на удаление взвешенных твердых частиц и частичный гидролиз и подкисление. Его сточные воды впоследствии обрабатываются на втором этапе метаногенного UASBR, который посвящен удалению растворимых органических веществ [32,99]. Эффективность удаления взвешенных твердых частиц в реакторе гидролиза выше, чем у органических веществ, и избыточный ил необходимо регулярно сбрасывать. В результате возраст ила в этом реакторе остается относительно низким, что препятствует развитию медленно растущих метаногенов, сводя метаногенез к минимуму.Более того, развитие кислотной ферментации может иметь тенденцию к снижению pH до значения ниже оптимального диапазона для метаногенных микроорганизмов [5]. Выходящий поток из первого реактора преимущественно содержит органическое вещество в растворенном состоянии. Метаногенез определяет кинетику анаэробной очистки растворимых сточных вод. Однако сообщалось, что гидролиз твердых веществ является этапом, ограничивающим скорость очистки сточных вод, содержащих COD _P [79]. Концепцию разделения неметаногенных и метаногенных стадий переваривания необходимо перенести на первую фазу гидролиза и последующую анаэробную биотрансформацию в UASBR.Разделение неметаногенной и метаногенной фаз применялось для очистки растворимых сточных вод. Термин «растворимые сточные воды» относится к городским сточным водам или сточным водам, большая часть общего ХПК которых составляет растворимый ХПК (ХПК _S ). В таком случае первая фаза протекает быстро, а вторая, метаногенез, — медленно. Сообщается, что для очистки сложных сточных вод, содержащих целлюлозу, растворимый крахмал и глюкозу, гидролиз целлюлозы является этапом, ограничивающим скорость в общем процессе анаэробного сбраживания [100].Учитывая это, гидролиз, в принципе, следует проводить при более высоком соотношении HRT / SRT, чем метаногенез. В дополнение к этому, UASBR лучше работают при более высоких OLR. Необходимо сдерживать метаногенез в реакторе гидролиза. На первом этапе систем двухфазный гидролиз-UASB гидролиз должен быть максимальным, а метаногенез — минимальным. Предварительная очистка сложных сточных вод часто требуется для (i) снижения повышенного процента твердых частиц, (ii) увеличения биоразлагаемости оставшаяся ХПК, (iii) способствует последующему биологическому удалению питательных веществ, (iv) стабилизирует ил, полностью или частично; и (v) уменьшить набухание в процессе активного ила.Процессы предварительной обработки позволили добиться снижения содержания взвешенных твердых частиц на 63–83% и общего ХПК на 25–43% (ХПК _T ) [32,101,102]. Существует несколько вариантов предварительной обработки, а именно реактор с полностью перемешиваемым резервуаром (CSTR) [76,103], реактор UASR [33,99] и реактор HUSB [32,104,105]. Тип предварительной очистки зависит от сложности сточных вод. Гидролиз обычно является предпочтительным вариантом для сточных вод, содержащих COD _P в качестве сложного соединения. Вариант предварительной обработки CSTR включал включение варочного котла кислой фазы CSTR перед варочным котлом метановой фазы с восходящим потоком [87].Чтобы обеспечить оптимальные условия контакта и рециркулировать высвободившиеся местные ферменты или фракции клеточной биомассы, использовалась непрерывная рециркуляция выходящего ила в слой ила реактора. Двухфазный процесс разложения работает лучше, чем традиционный однофазный анаэробный метантенк с восходящим потоком. Снижение TVS в двухфазной системе составило 53%, что выше, чем в однофазной системе [87]. Предварительная очистка сложных сточных вод, содержащих высокую долю взвешенных твердых частиц, в реакторе UASR включает двухфазную систему с высоконагруженным реактором UASB в качестве первой стадии [83].Применяемая высокая скорость загрузки в реакторе первой ступени приведет к небольшому, если вообще будет, производству газа, и, следовательно, было достигнуто высокое удаление взвешенных твердых частиц [83]. Реактор HUSB — еще один вариант предварительной обработки, при котором выполняется удаление SS, в результате чего достигается определенная стабилизация ила и повышается способность к биологическому разложению оставшегося ХПК сточных вод [49]. Известно, что среди основных компонентов первичного ила (например, углеводов, липидов и белков) углеводы легко и быстро превращаются в простые сахара посредством гидролиза и впоследствии ферментируются до летучих жирных кислот (ЛЖК).Белок гидролизуется до аминокислот и далее разлагается до ЛЖК либо в результате анаэробного окисления, связанного с образованием водорода, либо в результате ферментации. Первый зависит от присутствия поглотителей водорода, а второй не зависит от метаногенной активности в реакторе. Среди липидов триглицериды гидролизуются до длинноцепочечных жирных кислот и далее окисляются посредством β-окисления до ацетата или пропионата [106]. В установке первичной ферментации почти во всех случаях наблюдалось удаление ХПК около 25%, даже если HRT равнялись 2.8 и 3,3 ч удаление взвешенных твердых частиц составило около 70% [101]. Этот дисбаланс между взвешенными твердыми частицами и удалением ХПК возникает из-за солюбилизации части твердых частиц органического вещества в сточных водах. Снижение ХПК из-за снижения концентрации COD _P компенсируется увеличением концентрации растворимого COD (COD _S ). Никакого образования растворенного ХПК не наблюдалось при ЗГТ 1,1 ч, и оно постепенно увеличивалось при ЗГТ от 2,1 до 2,8 ч. Максимальный производимый растворенный ХПК около 30 мг / л наблюдался для ЗГТ между 2.1 и 2,8 ч. При ЗГТ> 2,8 ч концентрация отфильтрованного ХПК снижалась из-за действия метаногенных микроорганизмов. При HRT 4,3 ч концентрация растворенного ХПК была порядка 19 мг / л [101]. Гидролиз липидов и углеводов увеличивается с увеличением SRT, тогда как гидролиз белков происходит только в метаногенных условиях [106]. В этом исследовании использовались пять реакторов с полностью перемешиваемым резервуаром (CSTR) с эффективным объемом 5 л, и они использовались для поддержания SRT в течение 3, 5, 8, 10 и 15 дней.Температура процесса поддерживалась на уровне 25 ± 1 ° C за счет рециркуляции воды с регулируемой температурой через двойные стенки реакторов. Реакторы инокулировали разбавленным сброженным первичным илом (20 гТС / л), то есть осажденными твердыми частицами бытовых сточных вод с очистных сооружений. Подача включала разбавленный первичный ил с той же станции очистки сточных вод. Определенный объем сброженного ила удаляли из реактора, и равный объем первичного ила закачивали в каждый реактор.Реакторы, работавшие на 3 и 5 сутках, питались два раза в день во избежание ударных нагрузок [91]. Исследование показало снижение гидролиза и закисления белка в ацидогенных условиях. Низкие значения, полученные для гидролиза и подкисления белка, частично объясняются относительно высокой концентрацией аммонийно-азота во входящем потоке, что позволяет предположить, что легко расщепляемый белок уже был гидролизован до того, как ил использовался в CSTR. Кроме того, низкий pH и высокие концентрации липидов могут влиять на гидролиз и осаждение аммония, поскольку струвит может способствовать снижению уровней аммоний-азота, что могло способствовать более низкому расчетному гидролизу [91].Кроме того, на скорость гидролиза захваченных органических веществ, как сообщается, значительно влияет температура, то есть 58% захваченных твердых частиц разжижаются при 25 ° C, которая снижается до 33% при 13 ° C [78]. Максимальная солюбилизация происходит только тогда, когда продукция CH ₄ эффективно подавляется. В гидролитическом реакторе не будет развиваться метаногенез, если он вообще будет, потому что pH снижается из-за кислотной ферментации. Только часть захваченного вещества будет гидролизоваться, и избыточный ил придется выпускать из реактора с относительно высокой частотой.Это означает, что возраст ила будет слишком низким для медленно растущих метаногенов. Выходящий поток из гидролитического реактора будет в основном растворенными соединениями, так что его можно удобно обработать во второй фазе реактора [63]. Результаты предварительного гидролиза бытовых сточных вод в стендовых и пилотных реакторах солюбилизации при различных рабочих условиях представлены в таблице 4. Исследования гидролиза твердых частиц в сточных водах в анаэробных условиях до сих пор проводились на лабораторных реакторах. [76].Во всех случаях гидролиз сопровождается снижением ХПК (табл. 4). Диапазон снижения ХПК составляет около 25–59%. Снижение COD _S в большинстве случаев указывает на преобразование растворимых фракций в газ CH ₄ . Это указывает на то, что помимо гидролиза имел место метаногенез. Причины метаногенеза в реакторе гидролиза или в установке предварительной обработки могут быть связаны с большим количеством осадка семян или низким соотношением пищи и микроорганизмов (F / M

3.3. Кинетика анаэробного сбраживания

При анаэробном сбраживании лимитирующая стадия общего Процесс связан с природой подложки, конфигурацией процесса, температурой и скоростью загрузки [110].Гидролиз, процесс предварительной обработки, используется для разложения сложных полимерных материалов, таких как полисахариды, белки и липиды (жир и жир), до простых растворимых продуктов внеклеточными ферментами, секретируемыми микроорганизмами, чтобы облегчить их транспорт или диффузию через клеточную мембрану. [111]. Аэробные, анаэробные и факультативные микроорганизмы могут катализировать гидролиз полимеров. Биополимеры в основном нерастворимы, за исключением некоторых небольших белковых молекул, декстрана, и они образуют волокна (целлюлоза), зерна (крахмал) или глобулы (казеин после ферментативного осаждения) или могут быть расплавлены или эмульгированы (жир).В то время как аэробы окисляют ацетат в цикле трикарбоновой кислоты и вдыхают восстановительные эквиваленты в виде кислорода, анаэробы (например, Ruminococcus sp., Clostridium sp. Или Eubacterium sp.) Либо выделяют молекулярный водород, либо превращают пируват или ацетат в сильно восстановленные метаболиты, такие как в виде лактата, сукцината, этанола, пропионата или н-бутирата. Эти восстановленные метаболиты далее окисляются в анаэробной пищевой цепи анаэробно ацетогенными микроорганизмами [41]. Как свободно растворимые экзоферменты, разбавленные основной массой жидкости, так и ферменты, выделяемые соседними колониями микроорганизмов, растущими на поверхности частиц, катализируют процесс гидролиза.Отношение площади поверхности к размеру частиц шлама сообщалось как важный аспект гидролиза твердых частиц органического вещества. В случае глюкозы, крахмала, карбоксиметилцеллюлозы, казеина и остатков пищи из ресторана гидролиз протекает быстрее, чем метаногенез, тогда как гидролиз является лимитирующим этапом для газет и листьев [41]. Целлюлоза и лигнин — самые распространенные биополимеры. Волокна целлюлозы имплантируются в матрицу из гемицеллюлозы, пектина или лигнина.Чтобы сделать волокна целлюлозы доступными для микроорганизмов, матрица гемицеллюлозы, пектина или лигнина должна быть разрушена под действием микробов или химической солюбилизацией. Ферментные гликозилгидролазы участвуют в деградации целлюлозы и гемицеллюлозы, расщепляя гликозидные связи между различными углеводами, а также между углеводами и неуглеводами. Целлюлосомы, стабильные ферментные комплексы, образованные в микроорганизмах, активны в разложении кристаллической целлюлозы. Гидролиз биологических структурных компонентов, таких как полимеры целлюлозы и лигнина, затруднен.По сравнению с медленным гидролизом целлюлозы, крахмал легко гидролизуется, чему в основном способствует разветвленная спиральная структура крахмала. В то время как целлюлоза образует волокна с большой поверхностью, покрытой лигнином, крахмал образует зерна с неблагоприятным отношением поверхности к объему для ферментативного расщепления. Таким образом, скорость гидролиза ограничена недостаточным доступом ферментов к субстрату. В то время как целлюлоза и крахмал являются биоразлагаемыми, другие клеточные соединения, полученные из углеводов, не являются биоразлагаемыми и после реакции с белками образуют остатки, подобные гуминовым кислотам [41].Окисление мертвой биомассы протекает аноксически или анаэробно за счет восстановления акцепторов электронов, таких как нитрат и нитрит, или восстановления сульфата, Fe ³⁺ , Mn ⁴⁺ или CO ₂ соответственно. Биополимеры листьев или растений разлагаются внеклеточным ферментативным гидролизом. Мономеры ферментируются, и продукты ферментации могут далее разлагаться до биогаза ацетогенными и метаногенными микроорганизмами. Единичные культуры строго анаэробных микроорганизмов не способны к полной деградации биополимеров до CH ₄ и CO ₂ .В анаэробных условиях биополимеры должны разлагаться пищевой цепью посредством деполимеризации (гидролиза), ферментации (ацидогенез), окисления жирных кислот (ацетогенез) и образования биогаза (метаногенез) на последнем этапе [112]. Henze et al. (1997) сообщили, что значения констант гидролиза k _h для растворенных органических полимеров составляют 3-20 дней ^-1 в аэробных условиях и 2-20 дней ^-1 в анаэробных условиях [113]. Сообщалось, что значения константы гидролиза k _h для твердых частиц равны 0.6–1,4 дня ^–1 в аэробных условиях и 0,3–0,7 дня ^–1 в анаэробных условиях [113]. Кинетическое описание анаэробной деградации сложного органического вещества, как правило, достигается с помощью ступенчатого подхода лимитирующего гидролиза. Для представления биоразложения бытовых сточных вод в комбинированной системе очистки использовались одноуровневые, нулевые и кинетические модели первого порядка. Из них модель первого порядка — единственная, которая адекватно представляет биоразложение как в аэробной, так и в анаэробной частях системы.В анаэробной установке кинетическая константа первого порядка составляет 0,31 ч ^-1 при летних температурах (~ 19 ° C) и 0,20 ч ^-1 при зимних температурах (~ 12,5 ° C), тогда как в аэробных единицах значения выше (~ 2.0 ч ^-1 ) [114]. В таблице 5 приведены характерные значения максимальных констант скорости роста биомассы и констант гидролиза первого порядка, используемых в модели МЕТАН [115,116]. Стадия гидролиза сложного органического вещества была определена как лимитирующая скорость анаэробного сбраживания [115,117].Ацетогенез или метаногенез могут быть стадиями, ограничивающими скорость в сложных отходах. Для сложных отходов стимуляция гидролиза (механически, химически или биологически) может привести к дальнейшему ингибированию стадий ацетогенеза или метаногенеза (эти стадии могут ограничивать скорость для сложных отходов), что в конечном итоге также влияет на гидролиз [117]. Ассоциация (IWA) разработала структурированную общую модель анаэробного пищеварения под названием «Модель анаэробного пищеварения № 1 (ADM1)», которая включает несколько шагов для описания биохимических, а также физико-химических процессов во время анаэробного пищеварения [119].Биохимические процессы были разделены на: (а) распад мертвой биомассы на составляющие в виде частиц, (б) ферментативный внеклеточный гидролиз этих частиц до их растворимых мономеров, (в) межклеточное разложение растворимых материалов (приводящее к росту биомассы и последующему распаду) [ 119]. Между тем, физико-химические процессы не были биологически опосредованными и включали ассоциацию / диссоциацию ионов и перенос жидкости в газ [119]. Эта модель предполагает стадию дезинтеграции сложных твердых частиц на субстрат в виде углеводов, белков и липидов, а также твердые частицы и растворимый инертный материал для облегчения моделирования процесса разложения активированного отходами ила.Стадия дезинтеграции была включена перед более сложными стадиями гидролиза, и эта стадия делает сложный полимерный материал более биодоступным для последующего гидролиза. Эта стадия дезинтеграции включает в себя ряд процессов, таких как лизис, неферментативный распад, разделение фаз и физическое разрушение (например, сдвиг). ADM1 — это мощный инструмент для прогнозирования стационарного режима работы анаэробных варочных котлов, обрабатывающих осадок сточных вод [120]. Определение доли биоразлагаемых веществ по сравнению с общим содержанием твердых веществ в исходном иле имеет решающее значение при использовании модели ADM1.Процесс дезинтеграции первого порядка использовался для описания разложения сложных композитных твердых частиц отходов на твердые субстраты из углеводов, белков и липидов вместе с инертными материалами. Когда рассматривалась стадия дезинтеграции, перед стадиями гидролиза в ADM1, было обнаружено, что она является стадией ограничения скорости по сравнению со стадией гидролиза и, следовательно, влияет на окончательные результаты моделирования. Использование ADM1 с константой скорости первого порядка, назначенной для дезинтеграции (K _dis ) и гидролиза (K _hyd ) как 0.5 день ^-1 и 10 день ^-1 , соответственно, отражали данные стационарного полномасштабного анаэробного сбраживания, собранные на двух установках очистки сточных вод разного размера с удовлетворительным уровнем точности [120]. ADM1 широко используется для моделирования анаэробного сбраживания твердых отходов и был изучен и модифицирован для отражения различных физико-химических и биохимических процессов в процессе анаэробного сбраживания [121,122,123,124]. ADM1 моделирует стадии дезинтеграции и гидролиза при анаэробном сбраживании, следуя кинетике первого порядка и предполагая, что их скорости не зависят от концентрации дезинтеграции / гидролитической биомассы.Однако для сложных субстратов кинетика первого порядка может быть изменена с учетом медленно разлагаемого материала [117,125]. Было продемонстрировано, что когда гидролиз сочетается с ростом гидролитических микроорганизмов, то предсказание модели улучшается при высокой или колеблющейся органической нагрузке [117]. Рамирес и др. [125] разработали слегка модифицированную модель ADM1 для имитации термофильного анаэробного сбраживания предварительно термически обработанного активного ила отходов с использованием модели Контуа для стадий дезинтеграции и гидролиза вместо кинетики первого порядка и функции Хилла для моделирования ингибирования аммиаком уксусно-пластичных метаногенов вместо неконкурентная функция.Модифицированный ADM1 был откалиброван и подтвержден с использованием серийных экспериментальных наборов данных, а параметры модели включают три биохимических параметра дезинтеграции, девять гидролитических биохимических параметров и четыре значения стехиометрических параметров. Модель была способна предсказывать данные, измеренные при различных условиях предварительной обработки, и могла объяснять динамику накопления ацетата в периодических экспериментах [125]. ADM1 также был откалиброван и утвержден (с использованием данных о работе за 360 дней), чтобы удовлетворительно моделировать динамические характеристики полномасштабного анаэробного варочного котла, обрабатывающего смешанный (первичный и вторичный) ил на заводе по очистке сточных вод в мезофильных условиях [126].Калибровка параметров ADM1 требует глубокого понимания взаимодействия между каждым процессом, функциональным микроорганизмом и условиями окружающей среды. Таким образом, только наиболее важные параметры должны быть откалиброваны для улучшения совместимости между измеренными данными и выходными данными модели. Минимальный набор параметров (скорость дезинтеграции твердых частиц, фракционирование твердых частиц органических веществ и кинетика утилизаторов ацетата, пропионата и водорода), которые были указаны как наиболее чувствительные параметры в результатах моделирования, был откалиброван вручную [126].

CAMBI Обработка осадка термическим гидролизом: от средних до крупных

Норвежская компания Cambi AS разработала и внедрила во всем мире свой уникальный процесс термогидролиза (THP) «паровой взрыв», технологию для обработки осадка на очистных сооружениях (очистных сооружениях) перед анаэробным сбраживанием.

пользователя Drs. Лекс Менко

Норвежская компания Cambi AS разработала и внедрила во всем мире свой уникальный процесс термогидролиза (THP) «паровой взрыв», технологию обработки осадка на очистных сооружениях (очистных сооружениях) перед анаэробным сбраживанием.Cambi THP оптимизирует производство биогаза и имеет множество других преимуществ, которые описаны ниже, а также некоторые примеры из реальной жизни на средних и крупных объектах.


Введение

• Основана в 1989 г. Офисы в Норвегии, Дании, Великобритании и США
• Мировой лидер в своем сегменте (передовое производство биогаза из шлама и биологических отходов) с 26 заводами по всему миру (530 000 метрических тонн сухого вещества в год) и 5 ​​заводами в стадии проектирования / строительства
• Мощность очистки отстоя и биоотходов эквивалентна 26 миллионам человек и 768000 метрических тонн сухих веществ (сухих веществ) в год
• Производственная мощность составляет 1 900 ГВт-ч тепловой энергии (биогаз) и 760 ГВт-ч электроэнергии при использовании когенерации на газовом двигателе.
• Производство зеленой энергии заменяет 760 000 тонн ископаемых выбросов CO ₂ . Кроме того, предотвращение выбросов метана со свалок, меньше транспорта и т. Д. (Около 2,5 млн тонн CO ₂ эквивалента)
• Cambi THP — это экологически чистая «технология, меняющая парадигмы», которая значительно улучшает дизайн и работу биогазовых установок по всему миру.

Использование процесса термогидролиза для обработки осадка на очистных сооружениях дает некоторые важные преимущества с точки зрения энергии, здоровья населения и защиты окружающей среды.Заводы среднего размера могут быть преобразованы с импортом ила с других близлежащих заводов в стратегические центры обработки ила. Здесь производство биогаза в результате анаэробного сбраживания максимально увеличивается с использованием существующей мощности, образуя пастеризованный ил с высоким содержанием сухих веществ. Производство электроэнергии из возобновляемых источников, производимых из биогаза, позволяет снизить затраты на электроэнергию самой станции очистки сточных вод, и на станции очистки сточных вод может даже быть избыточное производство энергии.


Процесс термического гидролиза «Паровой взрыв»

Процесс термического гидролиза (THP), запатентованный Cambi AS, представляет собой предварительную обработку осадка в сочетании с анаэробным сбраживанием.Cambi THP растворяет и разлагает ил под давлением и температурой. Первичный, биологический или смешанный ил предварительно обезвоживается и вводится в реактор, где прямое применение насыщенного пара гидролизует и изменяет его внутреннюю структуру. Это снижает вязкость ила, увеличивает его биоразлагаемость и сокращает время гидравлического удерживания. Термогидролиз увеличивает производство биогаза при сбраживании, уменьшает объем, необходимый для сбраживания, увеличивает сухость конечного обезвоживания сброженного ила, устраняет запахи и обеспечивает получение пастеризованного конечного ила класса А, ценного и естественного удобрения.




Термический гидролиз является частью установки очистки сточных вод в качестве предварительной обработки перед сбраживанием


Процесс термогидролиза Cambi разрушает клеточную структуру бактерий в биошламе за счет солюбилизации экзополимеров (белков, защищающих бактерии) с образованием легкоусвояемого продукта. Это достигается при температуре 165 градусов в течение 20 минут при давлении 6 бар, после чего происходит резкое падение давления, что приводит к так называемому «паровому взрыву», уникальному среди всех технологий термогидролиза, доступных на рынке.Паровой взрыв разрывает клетки и волокна, дополнительно улучшая эффект дезинтеграции.


Рисунок 1: Сгущенный смешанный ил без обработки, Фото = 400×550 мкм

Рисунок 2 : Сгущенный смешанный ил с термическим гидролизом при 165ºC за 20 минут — без перепада давления


Рисунок 3 : Сгущенный смешанный ил с «паровым взрывом» после процесса гидролиза при 165ºC и 20 минут.

Система гидролиза Cambi обеспечивает максимальное разрушение клеток и увеличивает производство биогаза при последующем анаэробном сбраживании и допускает высокие нагрузки в варочные котлы. На заводе Cambi на станции очистки сточных вод в Чертси Thames Water (Лондон, Великобритания) наши операторы настроили установку на исключительную производительность до 7 кг VS м3 / день и время удержания всего 10-12 дней.


Использование термогидролиза Cambi позволяет достичь следующего:

• Вырабатывает больше энергии (больше биогаза).

• Уменьшает окончательное количество осадка. Улучшает обезвоживание осадка до 40% сухого остатка.

• Обработка органических пищевых отходов и пищевых жиров и масел
• Обеспечивает пастеризацию осадка, т.е. осадка, не содержащего патогенов

• Производит стабилизированный продукт, похожий на компост, с уменьшением запаха на 70% [1].

• Увеличивает скорость и емкость пищеварения (меньший объем переваривания).

• Уменьшает углеродный след.

Центр обработки осадка среднего размера: пример Линдума (Норвегия).

Система гидролиза Cambi для средних мощностей (15-40 сухих тонн в сутки) построена на 6 м реакторах ³ . Система является модульной, что позволяет расширить ее до 3-х реакторов. Для производства меньшего количества шлама Cambi разработала еще более компактную установку (см. Пресс-релиз IFAT). Вся система гидролиза закрыта без утечки запаха и потерь энергии.

Драммен (Норвегия) недавно установил центр обработки осадка среднего размера для обезвоженного осадка из 9 муниципалитетов (18 500 влажных т / год), жиров пищевой промышленности (3000 т / год), ила из септиков (7000 т / год) и другие биологические субстраты (2000 т / год). Основная цель проекта заключалась в производстве биогаза и производстве безопасного продукта. Также учитывались инвестиционные, эксплуатационные и эксплуатационные расходы. Использование двухреакторной системы гидролиза Cambi B6 в Lindum позволяет производить 16 ГВтч / год биогаза и 12000 т / год обезвоженных твердых биологических веществ, используемых в качестве удобрений.Этот завод показывает, что можно развивать центры обработки осадка в среднем масштабе, где можно оптимизировать энергоэффективность оборудования, импортируя ил извне очистных сооружений.

Рисунок 4 : Система гидролиза Cambi с тремя реакторами объемом 6 м3 .

Рисунок 5 : Строящаяся ТЭС Линдума


Крупномасштабный термогидролиз: пример компании DC Water (Вашингтон, округ Колумбия, США)

Управление водоснабжения и канализации округа Колумбия (DC Water) на своем заводе в Блю-Плейнс обрабатывает поток сточных вод с расходом 370 млн баррелей в сутки (15 м3 / с), крупнейшее предприятие по очистке сточных вод с глубокой очисткой в ​​США.S. DC Water первой построит завод термогидролиза в Северной Америке. Этот термогидролизный завод будет крупнейшим в мире и будет построен Cambi AS в Вашингтоне, округ Колумбия, с вводом в эксплуатацию в 2014 году. Завод будет перерабатывать до 450 т шлама DS в день и 149 000 т шлама DS в год. Будет построено всего четыре метантенка, каждый объемом 14 400 м3. Биогаз пойдет на когенерационную установку, которая покроет все потребности в паре для самого процесса ТЭЦ и вырабатывает 13 МВт _e электроэнергии с первоначальной экономией 20 миллионов долларов США в год за счет производимой энергии, сокращение количества твердых биологических веществ. сельскому хозяйству и избегая использования извести.Углеродный след будет сокращен примерно на 60 000 т CO2 в год. Конечное количество обезвоженных твердых биологических веществ будет снижено с 500 000 т / год до 200 000 т / год с безопасным применением в сельском хозяйстве в качестве продукта, свободного от патогенов и без проблем с запахом. Проект демонстрирует эффективность подачи в варочные котлы при загрузке варочного котла более 4 кг VS / м ³ , что вдвое больше, чем при обычном варке, с низким временем удерживания в варочках. ТЭС Cambi состоит из 4 линий равной мощности.

Рисунок 6 : Обзор проекта термического гидролиза и разложения Cambi в воде постоянного тока (Вашингтон, США)
Параметры сравнительного гидролиза по сравнению с обычным гидролизом

Преимущества применения термического гидролиза суммированы в таблице ниже, в которой сравниваются обычные значения вываривания с термическим гидролизом и вывариванием смешанного ила.

Выводы

С 1996 года по настоящее время установленные и проектируемые / строящиеся во всем мире установки термогидролиза Cambi имеют мощность 768 000 т сухих веществ в год, чтобы обслуживать население, эквивалентное более 26 миллионам.Это полностью проверенная технология для малых и крупных заводов по анаэробному сбраживанию.

С помощью процесса термогидролиза Cambi вы можете:

• Повышение энергоэффективности очистных сооружений. Больше биогаза = больше энергии.
• Увеличьте производительность вашего варочного котла на 250%
• Уменьшить окончательный объем обезвоженного осадка на 40%
• Обработка органических пищевых отходов и пищевых жиров и масел
• Получите превосходные стабильные биотвердые вещества класса A, идеально подходящие для сельского хозяйства, со слабым запахом и без риска повторного роста патогенов.
• Устранение или уменьшение необходимости в последующем компостировании, термической сушке или сжигании.
• Имеют меньший углеродный след.
• Иметь надежную и надежную установку с высокой доступностью и автоматизацией.

Lex Menco M.Sc. Биохимия, микробиология
Генеральный директор Relex Process Consultancy

---

[1] «[Cambi] Снижает образование запаха твердых биологических веществ на 70% — твердые биологические вещества, произведенные из реакторов Cambi-MAD, были постоянно менее пахнущими и имели более высокую концентрацию твердых веществ, чем у Control-MAD», Virginia Tech (Dr.Новак) документ о выборе Камби, сделанный DCWATER, US Biosolids Conference, 2008

Биологический гидролиз осадка из первичных осадков

Доклад конференции

• 3 Цитаты
• 558 Загрузки

Реферат

Биологический гидролиз химически осажденного сырого ила проводился в лабораторной системе, состоящей из пяти полностью смешанных и непрерывно работающих 10-литровых реакторов.

Программа экспериментов включала исследования влияния температуры процесса (10–30 ° C) и времени удерживания (1–6 дней) на гидролиз. Кроме того, биологический гидролиз химически осажденного сырого ила сравнивали с гидролизом неосажденного сырого ила из тех же сточных вод. Наконец, были исследованы эффекты химической обработки (кислотной и щелочной) после биологического гидролиза. Влияние на гидролиз определяли с использованием измерений растворенного COD, Kjeldahl-N, летучих жирных кислот и путем измерения скорости денитрификации в результате добавления продуктов гидролиза к активному илу с установки биологической денитрификации.

Было обнаружено, что растворенный ХПК в биологических реакторах находится в диапазоне 10–15% от общего ХПК во входящем иле. 60–80% растворенного ХПК составляли ЛЖК. Не было обнаружено значительного влияния на солюбилизацию ХПК от добавления химикатов для осаждения к илу. Наблюдаемые скорости денитрификации, основанные на солюбилизированной ХПК, были высокими во всех экспериментах и ​​сравнимы с эталонными экспериментами с уксусной кислотой. Химическая обработка гидролизованного ила увеличивает растворенный ХПК и, таким образом, представляется возможностью сочетать высокий выход гидролиза с высоким потенциалом денитрификации.

Ключевые слова

Анаэробное разложение Летучие жирные кислоты Скорость денитрификации Кислотная фаза Первичный ил

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Ссылки

1. Bundgaard, E., Нильсен, Ф.М .: Стабильность сточных вод с установок по удалению биологических питательных веществ — долгосрочный опыт эксплуатации и оптимизации в Дании. Представлено на 62-й ежегодной конференции WPCF, Сан-Франциско, 16–19 октября 1989 г.

   Google Scholar

2. Christensen, M.H., Harremoës, P .: Biological Denitrification of Sewage — A Literature Review. Прог. Water Technol.

   8

   (1977) 509

   Google Scholar

3. Истман, Дж. А .: Солюбилизация органического углерода во время кислотной фазы анаэробного пищеварения.Кандидат наук. Диссертация, Вашингтонский университет, 1981

   Google Scholar

4. Истман, Дж. А., Фергюсон, Дж .: Солюбилизация твердых частиц органического углерода во время кислотной фазы анаэробного пищеварения. J. WPCF

   53

   (3) (1981) 352–366

   Google Scholar

5. Gujer, W., Zehnder, J.B .: Процессы преобразования в анаэробном пищеварении. Wat. Sci. Tech.

   15

   (1983) 127–167

   Google Scholar

6. Николлс, Х.А., Питман, А.Р., Осборн, Д. У .: Легко биоразлагаемая фракция сточных вод: ее влияние на удаление фосфора и измерение. Wat. Sci. Tech.

   17

   (1985) 73–87

   Google Scholar

7. Новаес, Р.Ф.В. Микробиология анаэробного пищеварения. Wat. Sci. Tech.

   18

   (12) (1986) 1–14

   Google Scholar

8. Рабинович Б., Олдхэм У.К .: Удаление избыточного биологического фосфора в процессе активированного ила с использованием первичной ферментации ила.Может. J. Civ. Англ.

   13

   (1986) 345–351

   CrossRefGoogle Scholar

9. Verstraete, W., De Baere, L.

   No related posts.