В определённых кругах кипят споры относительно необходимости пастеризации на заводах анаэробного сбраживания. Несмотря на то, что этот процесс даёт несомненные преимущества, в том числе соблюдение стандарта PAS 110 для дигестата, многие владельцы существующих предприятий и те, кто только собирается начать производство биогаза, рассматривают пастеризацию как источник бесполезных затрат и необоснованного усложнения технологического процесса.
Однако шестилетний опыт поставки оборудования для пастеризации и теплообмена в сектор анаэробного сбраживания убедил меня, что пастеризация исходного сырья и дигестата может быть полезным и экономически выгодным методом улучшения продукта и его качества. Однако её нельзя рассматривать как универсальное решение для всех. Причины сомнений относительно пользы этой технологии легко понять, если рассмотреть следующие восемь популярных заблуждений или «мифов»:
Хотя точная величина затрат на внедрение пастеризации будет варьироваться в зависимости от конкретной установки, нет никаких сомнений, что капитальные затраты будут немалыми. Например, поточный пастеризатор осадка с тремя резервуарами, предназначенный для переработки 80-85 тыс. тонн дигестата в год, потребует капитальных затрат около 450000 фунтов стерлингов в зависимости от характеристик. Безусловно, это довольно значительная сумма, но пастеризация также обеспечит целый ряд управленческих и качественных преимуществ. Кроме того, опыт других предприятий показывает, что в чистом экономическом плане обработанный дигестат стоит больше, чем необработанный материал.
Наряду с капитальными затратами необходимо учитывать текущие расходы на модуль пастеризации. Все теплообменники и пастеризаторы HRS спроектированы таким образом, чтобы уменьшить степень загрязнения и частоту технического обслуживания. В то же время, использование множества вариантов рекуперации тепла гарантирует сведение к минимуму затрат на энергию (см. ниже).
Сама по себе пастеризация является относительно простым процессом. Всё, что требуется — это выдержать материал в течение определённого времени при заданной температуре, чтобы убить микроорганизмы. Несомненно, она усложняет технологический процесс анаэробного сбраживания, добавляя в него дополнительный шаг, но при грамотном проектировании это не должно привести к снижению пропускной способности линии или дополнительной нагрузке на установку.
Например, пастеризатор осадка непрерывного действия с тремя резервуарами от компании HRS обрабатывает партию сырья в одной ёмкости, в то время как другая опорожняется, а третья заполняется, что гарантирует непрерывность пастеризации и сохранение общей пропускной способности линии. В конечном счёте, это более простое решение, чем вариант с одним резервуаром, который может потребовать буферных ёмкостей и дополнительных элементов управления для ограничения потока на другой операции технологического процесса.
Пастеризация используется при обработке самых разных жидких и полужидких материалов. Пастеризаторы осадка от компании HRS рассчитаны на эффективную работу с дигестатом, имеющим конкретные характеристики, например, содержание твёрдых веществ. Существуют решения практически для любого материала. Инновации HRS, такие как теплообменники со спиральной накаткой труб, гарантируют возможность обработки жидкостей с любой вязкостью, требующих деликатного обращения, или с низкой теплопроводностью. Пастеризаторы HRS также подходят для обработки сложных смесей, включая дигестат, которые при использовании другого оборудования могли бы привести к засорению теплообменника, снижению эффективности теплопередачи и необходимости регулярного обслуживания для очистки.
Расход энергии, необходимый для пастеризации материала при 70 °C в течение 1 часа (согласно стандарту PAS110), будет зависеть от начальной температуры. Обычно для такого типа обработки продукта, извлечённого из биореактора, требуется около 41 кВт энергии на каждую тонну дигестата. Традиционные модули пастеризации с одним резервуаром просто теряют это тепло впоследствии, то есть они невероятно неэкономичны и неэффективны.
Теплообменники HRS рассчитаны на рекуперацию тепла и могут снова его использовать, что делает их на 70 % более эффективными, чем традиционные системы пастеризации типа «тепловая рубашка».
Правильно сконструированная система пастеризации не должна замедлять общий процесс. Благодаря наличию трех резервуаров, система HRS может обрабатывать одну партию дигестата, в то время как другая ёмкость опорожняется, а третья заполняется. Такая схема гарантирует сохранение общей пропускной способности линии.
Использование труб со спиральной накаткой вместе с режимом очистки минимизирует степень загрязнения оборудования и, следовательно, частоту очистки, необходимую для поддержания эффективности пастеризационных систем HRS. Кроме того, конструкция труб такова, что при необходимости их можно легко разобрать для очистки, осмотра или замены.
Согласно стандарту PAS110, имеются некоторые исключения, касающиеся требований к операции пастеризации. К ним относятся:
Также пастеризация необязательна для «конкретных сырьевых материалов, которые создаются внутри помещения или склада производителя, и обрабатываются совместно с пастеризованными биологически разлагаемыми материалами/отходами, созданными за пределами помещения или склада производителя, при условии, что переработанный материал полностью используется в пределах производственного помещения».
В большинстве других случаев пастеризация исходного сырья или дигестата необходима и должна производиться в течение как минимум одного часа при температуре 70 °C. Однако стандарт PAS110 действительно описывает некоторые конкретные исключения. Например, если все исходные материалы, обработанные заводом (за исключением любых продуктов, указанных в нормах регулирования животных отходов или ABP), поступают из производственных процессов изготовления продуктов питания или напитков, которые уже подвергли эквивалентному уровню пастеризации (определяется единицами пастеризации, PU), то дальнейшая пастеризация дигестата не требуется.
Этот «миф» в целом справедлив для большинства операторов, однако допустимы и другие режимы пастеризации (обработка при более низких температурах с увеличением времени) при условии, что их эффективность может быть проверена и доказана с точки зрения обеспечения эквивалентного стандарту уровня пастеризации. Большинство исследований процесса пастеризации показывают линейную зависимость между температурой и временем (т. е. чем выше температура, тем короче время обработки), но эта взаимосвязь справедлива не для всех патогенов. Поэтому перед началом использования в любой системе следует проконсультироваться со специалистами и провести полноценное научное испытание таких режимов.
Интересно отметить, что работа, проделанная в рамках программы по уничтожению отходов WRAP (анализ требований к пастеризации в PAS110:2010 и возможные альтернативы), указывает на то, что пастеризации при 70 °C в течение одного часа достаточно для инактивации большинства тестируемых патогенов. Фактически некоторые из них, такие как некоторые виды Phytophthora и Fusarium, уничтожаются в течение одного часа при 57 °C, но другие, такие как Spongospora Subperranean, являются более стойкими. Их жизнеспособные клетки могут оставаться в продукте даже после такой пастеризации. Однако они переходят в неактивное состояние под воздействием мезофильных температур, возникающих при анаэробном сбраживании.
Надеюсь, вышеизложенное показывает, что добавление операции пастеризации до или после сбраживания необязательно связано с большими трудностями. Разумеется, при правильном выборе оборудования для пастеризации, которое не окажет отрицательного влияния на пропускную способность, эффективность или эксплуатационные затраты установки. Правильно спроектированная система, использующая рекуперацию тепла и трубы со спиральной накаткой, должна улучшить рентабельность предприятия и увеличить гибкость использования полученного дигестата.
