ПОЛУЧЕНИЕ БИОГАЗА ПРИ ОЧИСТКЕ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД СПИРТЗАВОДА

Рассматривалась проблема утилизации отходов спиртовой промышленности, обусловленная широким использованием спирта как биотоплива. В технологии производства спирта из зерновых культур образуется послеспиртовая барда (ПСБ) (на 1 дм3 спирта 10–20 дм3 ПСБ), которая относится к высококонцентрированным сточным водам (значение ХПК достигает 40 г O2/дм3). Поскольку существующие физико-химические методы переработки послеспиртовой барды не рентабельны, разрабатываются новые технологии ее утилизации, например анаэробное сбраживание. Кроме очистки высококонцентрированной сточной воды, преимущество данной технологии заключается в получении биогаза и высококачественного удобрения. Однако к проблемам биотехнологии получения биогаза из барды относятся ее высокая кислотность – рН 3,7–5,0 (оптимальное значение рН для процесса метаногенеза 6,8–7,4) и низкое содержание азота, недостаток которого ингибирует развитие ассоциации микроорганизмов. Для решения этих проблем используют дополнительное сырье различного происхождения (химические соединения, отработанный анаэробный ил, отходы животноводческих ферм и др.). В данной работе определено рациональное соотношение компонентов сбраживаемой смеси: косубстрата, послеспиртовой барды и сточной воды предприятия – при коферментации для получения энергоносителя (биогаза) и эффективной очистки сточной воды спиртзавода. Для обеспечения оптимального для метаногенеза значения рН в качестве косубстрата использовали помет. Процесс коферментации ПСБ с пометом проводили при соотношениях по сухому веществу 1:1; 1:3; 1:5; 1:7 соответственно. Установлено, что при недостаточной концентрации помета в смеси (соотношение ПСБ/помет – 1:1; 1:3) в процессе ферментации значение рН снижается, что отрицательно влияет на образование метана. При повышении концентрации помета в среде (соотношение ПСБ/помет – 1:5; 1:7) процесс характеризуется высоким выходом биогаза и содержанием в нем метана. Максимальный выход биогаза наблюдался при соотношении компонентов по сухому веществу «сточная вода : барда : помет» – 0,2:1:7 соответственно с концентрацией метана 70±2 %. После очистки сточной воды показатель ХПК снизился на 70 % при коферментации с комбинацией компонентов «сточная вода : барда : помет» – 0,3:1:5 соответственно.

1. Kaparaju, P. Optimization of biogas production from wheat straw stillage in UASB reactor / P. Kaparaju, M. Serrano, I. Angelidaki // Applied Energy. – 2010. – No. 87. – Р. 3779–3783.

2. Moraes, S.B. Anaerobic digestion of vinasse from sugarcane ethanol productionin Brazil: Challenges and perspectives [E-resource] / S.B. Moraes, M. Zaiat, A. Bonomi // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – No. 44. – Р. 888–903. Available on: DOI: 10.1016/j.rser.2015.01.023

3. Gupta, S.K. Biodegradation of distillery spent wash in anaerobic hybrid reactor / S.K. Gupta, G. Singh // Water research. – 2007. – No. 41. – Р. 721–730.

4. Pant, D. Biological approaches for treatment of distillery wastewater: A review / D. Pant, A. Adholeya // Bioresource Technology. – 2007. – No. 98. – Р. 2321– 2334.

5. Kumar, V. Bioremediation and decolorization of anaerobically digested distillery spentwash / V. Kumar [et al.] // Biotech. Lett. – 1997. – No. 19. – Р. 311– 313.

6. Маляренко, В.А. Перспективы использования биоэнергетических технологий в Украине / В.А. Маляренко, И.И. Капцов, И.Г. Жиганов // Интегрированные технологии и энергосбережение. – 2005. – № 2. – С. 22 – 28.

7. Желєзна, Т.А. Біоенергетика в Україні / Т.А. Желєзна, Г.Г. Гелетуха // Зелена енергетика. – 2004. – № 4. – С. 11 – 13.

8. Mao, Ch. Review on research achievements of biogas from anaerobic digestion / Ch. Mao [et al.] // Renewable and Sustainable Energy Reviews. – 2015. – No. 45. – Р. 540–555.

9. Дыганова, Р.Я. Разработка методики выбора технологий переработки отходов спиртовой промышленности как инструмента экологического менеджмента / Р.Я. Дыганова, Ю.С. Беляева // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16. – № 4 (2). – С. 1728–1736.

10. Кузнецов, И.Н. Анализ мирового опыта в технологии переработки послеспиртовой барды / И. Н. Кузнецов, Н.С. Ручай // Труды БГТУ. Серия 4: Химия, технология органических веществ и биотехнология. – 2010. – Т. 1. – № 4. – С. 294–301.

11. Krzywonos, M. Utilization and biodegradation of starch stillage (distillery wastewater) [Электронный ресурс] / M. Krzywonos, E. Cibis, T. Miśkiewicz, A. Ryznar-Luty // Electronic Journal of Biotechnology. – 2009. – No. 12. – Р. 1–9. – Режим доступа: http://www.ejbiotechnology.info/index.php/ejbiotechnology/article/view/v12n1-5/685.

12. Гладченко, М.А. Обзор современного состояния анаэробной очистки сточных вод бродильных производств / М.А. Гладченко [и др.] // Производство спирта и ликероводочных изделий. — 2002. — № 1. — С. 22–23.

13. Pathe, P.P. Performance evaluation of a full scale effluent treatment plant for distillery spent wash / P.P. Pathe [et al.] // Intern. J. Environ. Studies. – 2002. – Vol. 59. – No. 4. – P. 415–437.

14. Дыганова, Р.Я. Экспериментальное определение оптимального состава комплексного субстрата для анаэробного сбраживания в спиртовой промышленности / Р.Я. Дыганова, Ю.С. Беляева // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2014. – Т. 16. – № 1(6). – С. 1737–1740.

15. Hutnan, M. Anaerobic Treatment of Wheat Stillage / M. Hutnan [et al.] // Chem. Biochem. Eng. Q. – 2003. – Vol. 17. – No. 3. – Р. 233–241.

16. Wilkie, A.C. Stillage characterization and anaerobic treatment of ethanol stillage from conventional and cellulosic feedstocks / A.C. Wilkie [et al.] // Biomass and Bioenergy. – 2000. – No. 19. – Р. 63–102.

17. Mise, Sh.R. Treatment of distillery spent wash by anaerobic digestion process / Sh.R. Mise, R. Saranadgoudar, R. Lamkhade // International Journal of Research in Engineering and Technology. – 2013. – No. 11. – Р. 310–313.

18. Prakash, N.B. Anaerobic Digestion of Distillery Spent Wash / N.B. Prakash, V. Sockan, V.S. Raju // Journal of Science and Technology. – 2014. – Vol. 4. – No. 3. – Р. 134–140.

19. Venkatasamy, G. Treatment of Distillery Spentwash in Upflow Anaerobic Contact Filter / G. Venkatasamy, S. Aruna // Іndian journal of applied research. – 2013. – Vol. 3. – No. 7. – Р. 199–200.

20. Лурье, Ю.Ю. Аналитическая химия производственных сточных вод / Ю.Ю. Лурье – М.: Химия, 1984. – 448 с.

21. Агеев, Л.М. Химико-технический контроль и учет гидролизного и сульфитно-спиртового производства / Л. M. Агеев, С. А. Корольков. – М., Л. : Гослесбумиздат, 1953. – 404 с.

22. Хроматограф лабораторный ЛХМ–8МД: техническое описание, инструкция по эксплуатации. Опытный завод «Хроматограф». Москва. 1992. – 50 с.

23. Степанов, Д. В. Оцінка можливостей отримання енергоносіїв з органічних відходів з урахуванням техногенного навантаження на навколишнє середовище / Д. В. Степанов, С. Й. Ткаченко, A. П. Ранський // Наукові праці ВНТУ. – 2012. – № 1. – С. 1–7.

24. Куріс, Ю. В. Способи утилізації біогазу / Ю. В. Куріс, С. І. Ткаченко, Н. В. Семененко // Энергосбережение. Энергетика. Энергоаудит. – 2010. – № 7(77). – С. 20–30.

25. Салюк, А.І. Виробництво біогазу з курячого посліду та його оптимізація / А.І. Салюк, С.О.Жадан, Є.Б. Шаповалов // Харчова промисловість. – 2012. – № 13. – С. 33.

26. Эдер, Б. Биогазовые установки. Практическое пособие / Б. Эдер, Х. Шульц. – Пер. с нем.: Zorg Biogas. – 2008. – С. 268.

27. Гюнтер, Л.И. Метантенки. / Л.И. Гюнтер – М.: Строй-издат, 1991. – 128 с.

28. Хенце, М. Очистка сточных вод. / М. Хенце – М.: Мир, 2009. – 480 с.

29. Rongzhong, Ye. pH controls over anaerobic carbon mineralization, the efficiency of methane production, and methanogenic pathways in peatlands across an ombrotrophic-minerotrophic gradient / Ye. Rongzhong [et al.] // Soil Biology & Biochemistry. – 2012. – No. 54. – Р. 36–47.

30. Zhang, Qu. Biogas from anaerobic digestion processes: Research updates / Qu. Zhang, J. Hu, Duu-J. Lee // Renewable Energy. – 2016. – No. 98. – Р. 1–12