Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

Влияние предобработки сточных вод кондитерского производства в аппарате вихревого слоя на выход биоводорода в условиях непрерывной темновой ферментации

https://doi.org/10.15518/isjaee.2022.01.077-092

Полный текст:

Аннотация

Биологическое производство водорода из сточных вод производства конфитюра оценивали в непрерывном режиме в анаэробных биофильтрах с восходящим потоком жидкости. Сточные воды подвергались предварительной обработке в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц (АВС) в течение 1 мин и 3 мин при мощности АВС 14 кВт. Исследования проводили при постепенном снижении HRT в биофильтрах с 5.6 до 1.8 и 1.3 суток, что соответствовало OLR 2,0; 6,3; 8,8 кг ХПК/(м3 сутки). Предобработка в АВС привела к изменению ряда физико-химических характеристик субстрата: незначительному увеличению растворенного ХПК, повышению содержания растворимых сахаров, уксусной кислоты, а также снижению концентрации пропионовой, масляной и капроновой кислот. Показано, что за счет истирания стальных игл в предобработанном субстрате увеличивалась концентрация железа. Несмотря на то, что наибольший выход водорода наблюдали в реакторе без предварительной обработки субстрата в АВС, предобработка способствовала значительному увеличению выхода метана, возможно, за счет увеличения содержания железа в сточной воде. Таким образом, предобработка в АВС может быть перспективным методом улучшения процесса получения метановодородного биогаза (биогитана) из сточных вод.

Об авторах

Э. Р. Михеева
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Россия

Михеева Эльза Равилевна – кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий

SPIN: 9839-1087
Researcher ID: L-8818-2016

603950, г. Н. Новгород, пр. Гагарина, д. 23



И. В. Катраева
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет»
Россия

Катраева Инна Валентиновна – кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии 

SPIN: 3369-3091
Researcher ID: O-4715-2016

603950, г. Н. Новгород, ул. Ильинская, д. 65



A. А. Ковалев
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ”
Россия

Ковалев Андрей Александрович – кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории биоэнергетических и сверхкритических технологий

SPIN: 4267-3026
Researcher ID: F-7045-2017
Scopus Author ID: 57205285134

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5



Д. А. Ковалев
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение “Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ”
Россия

Ковалев Дмитрий Александрович  – кандидат технических наук, заведующий лабораторией биоэнергетических технологий

SPIN: 6513-5547
Researcher ID: K-4810-2015

109428, Москва, 1-й Институтский проезд, 5



Ю. В. Литти
Институт микробиологии им. С.Н. Виноградского, Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук
Россия

Литти Юрий Владимирович – кандидат биологических наук, заведующий лабораторией микробиологии антропогенных мест обитания

SPIN: 1487-7611
Researcher ID: C-4945-2014
Scopus Author ID: 55251689800

119071 Москва, Ленинский пр-т, 33



Список литературы

1. Lin, C.-Y.; Lay, C.-H.; Sen, B.; Chu, C.-Y.; Kumar, G.; Chen, C.-C.; Chang, J.-S. Fermentative Hydrogen Production from Wastewaters: A Review and Prognosis. International Journal of Hydrogen Energy 2012, 37 (20), 15632–15642. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.02.072.

2. Zhang, T.; Jiang, D.; Zhang, H.; Lee, D.-J.; Zhang, Z.; Zhang, Q.; Jing, Y.; Zhang, Y.; Xia, C. Effects of Different Pretreatment Methods on the Structural Characteristics, Enzymatic Saccharification and Photo Fermentative Bio-Hydrogen Production Performance of Corn Straw. Bioresource Technology 2020, 304, 122999. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.122999.

3. Chong, M.-L.; Sabaratnam, V.; Shirai, Y.; Hassan, M. A. Biohydrogen Production from Biomass and Industrial Wastes by Dark Fermentation. International Journal of Hydrogen Energy 2009, 34 (8), 3277–3287. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2009.02.010.

4. Park, J.-H.; Chandrasekhar, K.; Jeon, B.-H.; Jang, M.; Liu, Y.; Kim, S.-H. State-of-the-Art Technologies for Continuous High-Rate Biohydrogen Production. Bioresource Technology 2021, 320, 124304. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2020.124304.

5. Elbeshbishy, E.; Dhar, B. R.; Nakhla, G.; Lee, H.-S. A Critical Review on Inhibition of Dark Biohydrogen Fermentation. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2017, 79, 656–668. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.05.075.

6. Wicher, E.; Seifert, K.; Zagrodnik, R.; Pietrzyk, B.; Laniecki, M. Hydrogen Gas Production from Distillery Wastewater by Dark Fermentation. International Journal of Hydrogen Energy 2013, 38 (19), 7767–7773. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.04.008.

7. Nunes Ferraz Júnior, A. D.; Etchebehere, C.; Zaiat, M. Mesophilic Hydrogen Production in Acidogenic Packed-Bed Reactors (APBR) Using Raw Sugarcane Vinasse as Substrate: Influence of Support Materials. Anaerobe 2015, 34, 94–105. https://doi.org/10.1016/j.anaerobe.2015.04.008.

8. Litti YU.V., Potekhina M.A., Zhuravleva E.A., Vishnyakova A.V., Grouzdev D.S., Kovalev A.A., Kovalev D.A., Katraeva I.V., Parshina S.N. Biohydrogen production from simple sugars and real wastewater by a new stain of thermophilic anaerobic bacterium thermoanaerobacterium themosaccharolyticum SP-H2. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2021;(0103):359-361 (in Russian) https://doi.org/10.15518/isjaee.2021.10.003.

9. Kuang, Y.; Zhao, J.; Gao, Y.; Lu, C.; Luo, S.; Sun, Y.; Zhang, D. Enhanced Hydrogen Production from Food Waste Dark Fermentation by Potassium Ferrate Pretreatment. Environmental Science and Pollution Research 2020, 27. https://doi.org/10.1007/s11356-02008207-3.

10. Yun, Y.-M.; Lee, M.-K.; Im, S.-W.; Marone, A.; Trably, E.; Shin, S.-R.; Kim, M.-G.; Cho, S.-K.; Kim, D.-H. Biohydrogen Production from Food Waste: Current Status, Limitations, and Future Perspectives. Bioresource Technology 2018, 248, 79–87. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.06. 107.

11. Soares, J. F.; Confortin, T. C.; Todero, I.; Mayer, F. D.; Mazutti, M. A. Dark Fermentative Biohydrogen Production from Lignocellulosic Biomass: Technological Challenges and Future Prospects. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2020, 117, 109484. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109484

12. Rajesh Banu, J.; Merrylin, J.; Mohamed Usman, T. M.; Yukesh Kannah, R.; Gunasekaran, M.; Kim, S.H.; Kumar, G. Impact of Pretreatment on Food Waste for Biohydrogen Production: A Review. International Journal of Hydrogen Energy 2020, 45 (36), 18211–18225. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.09.176.

13. Karim, A.; Islam, M. A.; Mishra, P.; Yousuf, A.; Faizal, C. K. M.; Khan, M. M. R. Technical Difficulties of Mixed Culture Driven Waste Biomass-Based Biohydrogen Production: Sustainability of Current Pretreatment Techniques and Future Prospective. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2021, 151, 111519. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111519

14. Voitovich V.A., Shvarev R.R., Zakharychev E.A., Feoktistova E.P., Deberdeev R.Y., Zakharycheva N.S. the efficiency of the vortex layer plants using when powder-like materials grinding. NOVYE OGNEUPORY (NEW REFRACTORIES) 2017;(10):48-53. (In Russ.) https://doi.org/10.17073/1683-4518-2017-10-48-53.

15. Litti, Y., Katraeva, I., Kovalev, D., & Mikheeva, E. Effect of the sewage sludge treatment in vortex layer apparatus on the viability of microorganisms and protozoa. Procedia Environmental Science, Engineering and Management. 2019;6(3):413-421.

16. Kovalev, A.; Kovalev, D.; Grigoriev, V.; Litti, Y. The Vortex Layer Apparatus as a Source of Low-Grade Heat in the Process of Pretreatment of the Substrate before Anaerobic Digestion. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science 2021, 938, 12004. https://doi.org/10.1088/1755-1315/938/1/012004.

17. Mikheeva, E.; Katraeva, I.; Vorozhtsov, D.; Litti, Y.; Nozhevnikova, A. Efficiency of Two-Phase Anaerobic Fermentation and the Physicochemical Properties of the Organic Fraction of Municipal Solid Waste Processed in a Vortex-Layer Apparatus. Applied Biochemistry and Microbiology 2020, 56, 736–742. https://doi.org/10.1134/S0003683820060113.

18. Litti, Y.; Kovalev, D.; Kovalev, A.; Katraeva, I.; Russkova, Y.; Nozhevnikova, A. Increasing the Efficiency of Organic Waste Conversion into Biogas by Mechanical Pretreatment in an Electromagnetic Mill. In Journal of Physics: Conference Series; 2018; Vol. 1111. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1111/1/012013.

19. Nozhevnikova, A. N.; Russkova, Y. I.; Litti, Y. V; Parshina, S. N.; Zhuravleva, E. A.; Nikitina, A. A. Syntrophy and Interspecies Electron Transfer in Methanogenic Microbial Communities. Microbiology 2020, 89 (2), 129–147. https://doi.org/10.1134/S0026261720020101.

20. Zhao, Z.; Li, Y.; Zhang, Y.; Lovley, D. Sparking Anaerobic Digestion: Promoting Direct Interspecies Electron Transfer to Enhance Methane Production. iScience 2020, 23, 101794. https://doi.org/10.1016/j.isci.2020.101794.

21. Srivastava, N.; Srivastava, M.; Malhotra, B. D.; Gupta, V. K.; Ramteke, P. W.; Silva, R. N.; Shukla, P.; Dubey, K. K.; Mishra, P. K. Nanoengineered Cellulosic Biohydrogen Production via Dark Fermentation: A Novel Approach. Biotechnology advances 2019, 37 (6), 107384. https://doi.org/10.1016/j.biotechadv.2019.04.006.

22. Kumar, G.; Mathimani, T.; Rene, E. R.; Pugazhendhi, A. Application of Nanotechnology in Dark Fermentation for Enhanced Biohydrogen Production Using Inorganic Nanoparticles. International Journal of Hydrogen Energy 2019, 44 (26), 13106–13113. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.131.

23. Shanmugam, S.; Hari, A.; Pandey, A.; Mathimani, T.; Felix, L.; Pugazhendhi, A. Comprehensive Review on the Application of Inorganic and Organic Nanoparticles for Enhancing Biohydrogen Production. Fuel 2020, 270, 117453. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117453.

24. Wang, J.; Yin, Y. Principle and Application of Different Pretreatment Methods for Enriching Hydrogen-Producing Bacteria from Mixed Cultures. International Journal of Hydrogen Energy 2017, 42 (8), 4804–4823. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.01.135.

25. Mikheeva, E. R.; Katraeva, I. V; Kovalev, A. A.; Kovalev, D. A.; Nozhevnikova, A. N.; Panchenko, V.; Fiore, U.; Litti, Y. V. The Start-Up of Continuous Biohydrogen Production from Cheese Whey: Comparison of Inoculum Pretreatment Methods and Reactors with Moving and Fixed Polyurethane Carriers. Applied Sciences 2021, 11 (2). https://doi.org/10.3390/app11020510.

26. Guruchandran, S.; Muninathan, C.; Bakshi, A.; Ganesan, N. Improving Process Stability, Biogas Production and Energy Recovery Using Two-Stage Mesophilic Anaerobic Codigestion of Rice Wastewater with Cow Dung Slurry. Biomass and Bioenergy 2021, 152, 106184. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2021.106184.

27. Liu, X.; Wang, J.; Duan, L.; Song, Y.; Hu, X.; Wei, J. Enhancing the Production of Butyric Acid from Sludge Fermentation with an Emphasis on Zinc, Cobalt, Cuprum, Ferrum and Manganese. Environmental Earth Sciences 2015, 73 (9), 5057–5066. https://doi.org/10.1007/s12665-015-4289-7.

28. Ivetić, D. Ž.; Omorjan, R. P.; Đorđević, T. R.; Antov, M. G. The Impact of Ultrasound Pretreatment on the Enzymatic Hydrolysis of Cellulose from Sugar Beet Shreds: Modeling of the Experimental Results. Environmental Progress & Sustainable Energy 2017, 36 (4), 1164–1172. https://doi.org/10.1002/ep.12544.

29. Kumar, G.; Sen, B.; Lin, C.-Y. Pretreatment and Hydrolysis Methods for Recovery of Fermentable Sugars from De-Oiled Jatropha Waste. Bioresource technology 2013, 145. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2013.02.080.

30. Zhao, C.; Sharma, A.; Ma, Q.; Zhu, Y.; Li, D.; Liu, Z.; Yang, Y. A Developed Hybrid Fixed-Bed Bioreactor with Fe-Modified Zeolite to Enhance and Sustain Biohydrogen Production. Science of The Total Environment 2021, 758, 143658. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.1 3658.

31. Lee, Y. J.; Miyahara, T.; Noike, T. Effect of Iron Concentration on Hydrogen Fermentation. Bioresource Technology 2001, 80 (3), 227–231. https://doi.org/32. Chu, C.-Y.; Liu, P.-Y.; Lai, P.-J.; Chun-Te Lin, J.; Sinsuw, A. A. E. An Approach of Auxiliary Carbohydrate Source on Stabilized Biohythane Production and Energy Recovery by Two-Stage Anaerobic Process from Swine Manure. International Journal of Hydrogen Energy 2021. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.10.078.

32. Abdur Rawoof, S. A.; Kumar, P. S.; Vo, D.-V. N.; Devaraj, T.; Subramanian, S. Biohythane as a High Potential Fuel from Anaerobic Digestion of Organic Waste: A Review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2021, 152, 111700. https://doi.org/10.1016/j.rser.2021.111700

33. Bélaich, J. P., Bruschi, M., & Garcia, J. L. (Eds.). Microbiology and biochemistry of strict anaerobes involved in interspecies hydrogen transfer (Vol. 54). 2012 Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-1-4613-0613-9.

34. Ferry, J. G. Methanogenesis: ecology, physiology, biochemistry & genetics. 2012 Springer Science & Business Media. https://doi.org/10.1007/978-1-46152391-8.

35. Valdez-Vazquez, I.; Poggi-Varaldo, H. M. Hydrogen Production by Fermentative Consortia. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2009, 13 (5), 1000– 1013. https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.03.003.

36. Monnet, F. ыыыAn Introduction to Anaerobic Digestion of Organic Wastes. A Report by Remade Scotland, 2003.

37. Mamimin, C.; Prasertsan, P.; Kongjan, P.; OThong, S. Effects of Volatile Fatty Acids in Biohydrogen Effluent on Biohythane Production from Palm Oil Mill Effluent under Thermophilic Condition. Electronic Journal of Biotechnology 2017, 29, 78–85. https://doi.org/10.1016/j.ejbt.2017.07.006.

38. Nualsri, C.; Kongjan, P.; Reungsang, A. Direct Integration of CSTR-UASB Reactors for Two-Stage Hydrogen and Methane Production from Sugarcane Syrup. International Journal of Hydrogen Energy 2016, 41 (40), 17884–17895. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.07.135.


Рецензия

Для цитирования:


Михеева Э.Р., Катраева И.В., Ковалев A.А., Ковалев Д.А., Литти Ю.В. Влияние предобработки сточных вод кондитерского производства в аппарате вихревого слоя на выход биоводорода в условиях непрерывной темновой ферментации. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2022;(01):77-92. https://doi.org/10.15518/isjaee.2022.01.077-092

For citation:


Mikheeva E.R., Katraeva I.V., Kovalev A.A., Kovalev D.A., Litti Yu.V. Effect of confectionery wastewater pretreatment in a vortex layer apparatus on the biohydrogen production through continuous dark fermentation. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2022;(01):77-92. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2022.01.077-092

Просмотров: 155


ISSN 1608-8298 (Print)