TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH
Today, considering the problems of anthropogenic impact on the environment and depletion of natural resources, the development of technological schemes that are the basis for the creation of technologies for the waste processing with the simultaneous receipt of alternative energy sources is relevant...
Saved in:
| Date: | 2018 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2018
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/150 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103174346014720 |
|---|---|
| author | Golub, N. Potapova, M. |
| author_facet | Golub, N. Potapova, M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. Golub",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»"
},
{
"author": "M. Potapova",
"institution": "National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»"
}
] |
| author_sort | Golub, N. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:11Z |
| description | Today, considering the problems of anthropogenic impact on the environment and depletion of natural resources, the development of technological schemes that are the basis for the creation of technologies for the waste processing with the simultaneous receipt of alternative energy sources is relevant.
The alcohol industry has a problem with the utilization of distillery spent wash (DSW), which is formed in large quantities in the process of alcohol production. The use of anaerobic fermentation will allow not only to clear highly concentrated wastewater but also to obtain biogas. The problem of using anaerobic fermentation of pure form of DSW lies in its low pH values, which makes it impossible for fermentation processes and insufficient content of nitrogen compounds to be necessary for the development of microorganisms-destructors and methane producers. Unlike the investigated methods, where chemicals are used to neutralize pH and provide nutrients, we propose to carry out the process of DSW co-fermentation with a poultry manure.
The purpose of the work is to develop a technological scheme for the purification of highly concentrated distillery wastewater with the simultaneous production of biogas.
The proposed technological scheme consists of two stages of fermentation, which allows a high yield of biogas at the expense of a balanced content of nutrients and a dry organic matter content in the first fermenter and stabilizes the pH at the level of 7,0±0,5. In order to achieve the required degree of purification of highly concentrated distillery wastewater (DSW) and the maximum conversion of pollutants into biogas, fermentation of the liquid fraction, after separation of the solid residue, is carried out in a second fermenter.
The rational parameters of the anaerobic fermentation of DSW for obtaining the maximum biogas yield are established: the ratio for dry organic matter of wastewater /DSW /poultry manure – 0.2: 1: 7, the concentration of dry organic matter in the first fermenter - up to 10%, temperature – 40 ± 2 0С, stirring rate – 100 rpm, pH=7,0±0,5.
With the use of the given technological scheme, the output of biogas is 380±20 cm3 /g of dry organic matter, the content of methane in biogas – 70±2%. The COD of water after the solid phase removal after the second fermenter is 500±20 mg O2 /dm3. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:24Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 70
УДК 620.92
ТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ З ПІСЛЯСПИРТОВОЇ БАРДИ
Н.Б. Голуб, доктор технічних наук, професор, М.В. Потапова, аспірант.
Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут ім. І. Сікорського»
03056 м. Київ, пр-т Перемоги 37.
Технологія переробки післяспиртової барди з одержанням біогазу містить декілька етапів: напрацювання високопродукти-
вного посівного матеріалу, змішування косубстратів в контактному резервуарі, два ступеня анаеробного зброджування,
що чергуються стадіями відстоювання. Ця технологічна схема дозволяє досягти допустимих концентрацій забруднень
(ХСК≤500 мг О2 /дм3) для аеробного доочищення висококонцентрованих стічних вод спиртзаводу. Також двоступеневий
процес дозволяє досягти високого ступеня конверсії органічних забруднень в енергоносій – біогаз. Вихід біогазу –
380±20 см3 /г СОР, вміст метану – 70±2%. Бібл. 10, рис. 2.
Ключові слова: післяспиртова барда, біогаз, анаеробне зброджування, послід, метан, коферментація, відходи.
TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH
N. Golub, doctor of technical science, professor, M. Potapova, postgraduate student.
National Technical University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute»
03056, 37 Peremohy Avenue, Kyiv, Ukraine.
The technology of processing distillery spent wash for the biogas production involves several steps: development of highly-efficient
seed material, mixing of cosubstrates in a contact tank, two stages of anaerobic digestion, alternating with the stages of
sedimentation. This technological scheme allows reaching permissible concentrations of contaminants (COD≤500 mg О2/dm3) for
aerobic pretreatment of highly concentrated distillery wastewater. Also, the two-stage process allows to achieve a high degree of
conversion of organic contaminants into the energy carrier – biogas. The biogas output is 380±20 cm3 /g of dry organic weight, the
methane content is 70±2%. References 10, fig. 2.
Keywords: distillery spent wash, biogas, anaerobic digestion, poultry manure, methane, cofermentation, waste.
Н.Б. Голуб
N. Golub
Відомості про автора: професор кафедри еко-
біотехнології та біоенергетики Національного
технічного університету України «Київський
політехнічний інститут ім. І. Сікорського», док-
тор технічних наук, доцент, старший науковий
співробітник.
Освіта: Київський державний університет
ім. Т. Шевченка.
Публікації: монографія, підручник і 3 навчаль-
них посібники з грифом Міністерства освіти і
науки України, 57 статей, 11 патентів.
ORСID: 0000-0003-1448-1872
Контакти:
тел /факс +38 (044) 406-81-84
e-mail: golubnb@ukr.net
Information about the author: professor of
Ecological Biotechnology and Bioenergetics
Department of The National Technical
University of Ukraine «Igor Sikorsky Kyiv
Polytechnic Institute», Doctor of Technical
Science, assistant professor, research fellow.
Education: graduated from the Taras
Shevchenko National University of Kyiv.
Publications: monograph, textbook and 3
manuals approved by the Ministry of
Education and Science of Ukraine, 57
articles, 11 patents.
ORСID: 0000-0003-1448-1872
Contacts: phone /fax +38 (044) 406-81-84
e-mail: golubnb@ukr.net
© Н.Б.Голуб, М.В.Потапова, 2018
mailto:golubnb@ukr.net
mailto:golubnb@ukr.net
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 71
М.В. Потапова
M. Potapova
Відомості про автора: аспірант кафедри екобі-
отехнології та біоенергетики Національного
технічного університету України «Київський
політехнічний інститут ім. І. Сікорського».
Освіта: Національний технічний університет
України «Київський політехнічний інститут
ім. І. Сікорського».
Публікації: 5.
ORСID: 0000-0001-9689-3912
Контакти: тел /факс +38 (044) 406-81-84
e-mail: maryana.potapova2@gmail.com
Information about the author: postgraduate
student of Ecological Biotechnology and
Bioenergetics Department of the National
Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute».
Education: graduated from the National
Technical University of Ukraine «Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute».
Publications: 5.
ORСID: 0000-0001-9689-3912
Contacts: phone /fax +38 (044) 406-81-84
e-mail: maryana.potapova2@gmail.com
Перелік використаних позначень та скорочень:
ХСК – хімічне споживання кисню, мг О2/дм3;
СОР – суха органічна речовина;
ПСБ – післяспиртова барда;
GC< – післяспиртова барда;
DDG – суха барда (dried distillers grains).
Вступ. Нинішні проблеми сьогодення – ан-
тропогенний вплив на навколишнє середовище
відходів промисловості та побуту і виснаження
природних ресурсів, – спонукають до створення
безвідходних циклів виробництва та розширення
використання альтернативних джерел енергії.
Спирт окрім харчової, хімічної та фармацевтич-
ної промисловостей можна використовувати як
паливо для карбюраторних двигунів або домішку
до бензинів, яка підвищує октанове число і зни-
жує кількість антидетонаторів. В процесі вироб-
ництва спирту утворюється широкий спектр від-
ходів, які містять різні класи органічних речовин:
сивушні масла, етероальдегідна фракція, післяс-
пиртова барда, вуглекислий газ, дріжджі-
сахароміцети. Більшість із них повторно викорис-
товують на самому спиртовому виробництві чи в
інших галузях народного господарства, на відміну
від післяспиртової барди, яка раніше використо-
вувалася в кормових цілях, а зараз, майже в пов-
ному обсязі, розміщується на полях фільтрації [1].
Післяспиртова барда (ПСБ) є основним від-
ходом спиртової галузі і утворюється у великих
обсягах – 8–15 дм3 на 1 дм3 спирту. Така високо-
концентрована стічна вода характеризується ви-
соким умістом органічних забруднень, які міс-
тяться в розчиненому та нерозчиненому стані,
показники ХСК та БСК досягають рівня 40–
150 г /дм3 та 20–90 г /дм3, відповідно. ПСБ на ви-
ході має кислу реакцію середовища – рН = 3,7–
4,6, значення якої швидко знижується в процесі
зберігання [1, 7].
Сьогодні альтернативою фізико-хімічним
методам переробки ПСБ є її біологічна утиліза-
ція, а саме, анаеробна переробка з одержанням
біогазу, який можна використати для потреб ви-
робництва.
Серед необхідних умов перебігу анаеробного
процесу метаноутворення є нейтральне або слаб-
колужне значення рН = 6,8–8, та вміст елементів
живлення мікроорганізмів, основним показником
якого є співвідношення C:N = (30-25):1. Післяс-
пиртова барда має високу концентрацію органіч-
них речовин, які легко розкладаються, але міс-
тить недостатню кількість нітрогену, що унемо-
жливлює інтенсивний перебіг процесу утворення
метану. Низький вміст нітрогену та кисле значен-
ня рН розчину інгібують процес метаногенезу.
У ряді досліджень коригування співвідно-
шення елементів живлення проводили шляхом
введення в реакційне середовище різних хімічних
речовин: сечовини, фосфату (KH2PO4) та мікрое-
лементів [1]; FeCl3·6H2O, нікелю та цинку, вап-
няного добрива, мікрокристалічної целюлози
(Avicel PH 101), соломи [2]; (NH4)2HPO4 та сечо-
вини [3]. Іншим методом досягнення оптималь-
ного співвідношення поживних речовин є ко-
ферментація. У роботах [2, 6] як ко-субстрат ви-
користовували коров’ячий гній, в роботі [9] –
відпрацьований анаеробний мул біологічної ста-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 72
нції очистки стічної води спиртзаводу або очис-
них споруд міста.
Для коригування значення рН пропонується
додавати в реактор такі речовини: розчин CaCO3
[3], 40% NaOH та 20% H2SO4 [4], NaHCO3 [5].
Таким чином, технології, що пропонуються
для зброджування ПСБ, містять стадії деструкції
органічних речовин та метаноутворення, які про-
водять в анаеробному реакторі з перемішуван-
ням. Для забезпечення мікроелементами при за-
пуску процесу використовують коров’ячий гній
чи анаеробний активний мул очисних станцій.
Для регулювання значення рН використовуються
хімічні речовини. За таких умов спостерігається
низька швидкість ферментації і вихід біогазу. Ви-
користання неорганічних солей знижує рентабе-
льність процесу з огляду на велику кількість ПСБ,
що утворюються в процесі виробництва спирту.
Іншим напрямком переробки ПСБ є її попе-
реднє розділення на тверду та рідку фазу. Тверду
фазу висушують і з неї одержують корм – сушену
барду (DDG – dried distillers grains) [10]. Рідка
фаза направляється на анаеробне зброджування,
яке проводиться в дві стадії з попередньою аци-
дофікацією. В цій технології також використо-
вуються хімічні речовини для підтримання необ-
хідного для процесу метаногенезу значення рН.
Таким чином, розробка технологічних рішень,
які б дали змогу проводити процес очищення ви-
сококонцентрованої стічної води (утилізації ПСБ)
з одночасним одержанням біогазу без додавання
хімічних реагентів є актуальною проблемою.
Постановка завдання. Метою роботи є роз-
робка технологічної схеми очищення висококон-
центрованих стічних вод спиртового виробницт-
ва з одночасним одержанням біогазу.
Для досягнення поставленої мети потрібно
вирішити такі задачі:
- визначити умови перебігу процесу утилізації
післяспиртової барди з одержанням біогазу;
- встановити параметри (співвідношення ко-
субстратів за сухою органічною речовиною,
рН, t0 , швидкість перемішування) процесу
ко-ферментації відходів спиртового вироб-
ництва – післяспиртової барди, стічної води,
і також посліду птахів.
Виклад основного матеріалу. Умови пере-
бігу процесу утилізації післяспиртової барди.
Оскільки основними проблемами утилізації після-
спиртової барди в біогаз є низьке значення рН ро-
зчину та недостатня кількість сполук нітрогену
для розвитку мікроорганізмів, пропонується про-
водити ко-ферментаційний процес, в якому в яко-
сті ко-субстрату використовувати послід птахів.
Послід обрано виходячи з того, що він має висо-
кий вміст сполук нітрогену і може забезпечити
необхідне співвідношення С:N в сировині та луж-
не значення рН середовища, що дозволяє корегу-
вати значення рН без внесення додаткових хіміч-
них джерел. Тому коригуючою речовиною для
процесу бродіння ПСБ обрано послід птахів [8].
В процесі виробництва спирту також утво-
рюється стічна вода, яка має близьке до нейтра-
льного значення рН і вміст органічної речовини
за ХСК 0,9 г О2 /дм3 (сухої органічної речовини
0,3%). Вона також потребує очищення перед на-
дходженням до каналізаційної мережі і може
слугувати додатковим субстратом для отримання
біогазу. Оскільки стічної води утворюється у 2
рази менше, ніж ПСБ, то її можна використовува-
ти для розведення утвореної суміші послід /ПСБ і
для доведення вмісту субстрату за сухою органіч-
ною речовиною до 10%, – що сприяє раціональ-
ному перебігу процесу метаногенезу.
Було встановлено, що за використання спів-
відношення за сухою речовиною стічна во-
да /ПСБ /послід 0,2:1:7 вихід біогазу найвищий і
складає 265 см3 /г сухої органічної речовини
(СОР) з умістом метану 72±2%.
Тому перед запуском процесу ферментації
необхідно здійснити змішування компонентів
субстрату. При цьому головним критерієм для
створюваного співвідношення є нейтральне зна-
чення рН та концентрація СОР – до 10%.
Одержання інокуляту для виробництва бі-
огазу. Асоціація анаеробних мікроорганізмів, що
здійснюють зброджування відходів спиртових
виробництв, в основному представлена гідролі-
тичними бактеріями групи Firmicutes, кислотоп-
родукуючими бактеріями групи Proteobacteria,
метаногенами роду Methanosaeta spp. та поряд-
ком архей Methanobacteriales.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 73
Для продуктивного виробництва біогазу із
післяспиртової барди як інокулят пропонується
використовувати інокулят з наявних метантенків
– зброджені в анаеробних умовах відходи тварин
або посліду з різними видами рослинної сирови-
ни. У разі відсутності готового інокуляту суміш
посліду, післяспиртової барди та целюлозовміс-
них відходів зброджують протягом 20 діб у реак-
торі, де буде відбуватися перша стадія фермента-
ції. Нарощування інокуляту відбувається в анае-
робному реакторі при перемішуванні, швидкість
перемішування 100 об /хв. Температура процесу
відповідає температурі, що встановлюється в ре-
акторі одержання біогазу і дорівнює 40±2 0С. Для
збільшення швидкості продукування біогазу та
вмісту метану в ньому інокулят може бути збага-
чений спеціально вирощеними мікроорганізмами
роду Methanosaeta spp.
Технологічний процес очищення висококо-
нцентрованої стічної води та одержання біо-
газу із ПСБ. В контактному резервуарі відбува-
ється змішування ПСБ, яка має температуру
80 0С, стічної води, посліду та інокуляту у визна-
ченому співвідношенні. При цьому відбувається
охолодження суміші до 55 0С. Для досягнення
однорідної суміші використовують перемішу-
вання протягом 15 хв. при швидкості обертів мі-
шалки 150 об / хв.
Концентрація інокуляту, що вноситься під
час запуску реактора, за сухою органічною речо-
виною повинна становити 20÷25% від загального
вмісту органічної речовини. Така кількість посів-
ного матеріалу дозволяє швидко запустити про-
цес ферментації і вийти на стаціонарний режим.
Для ефективної неперервної роботи реактора
вміст інокуляту може бути збільшено у 2–3 рази.
Внесення посліду збільшує концентрацію
органічної речовини і, відповідно, термін знахо-
дження стічної води у ферментері для зниження
значення ХСК. Тому пропонується проводити
анаеробне очищення стічної води і отримання біо-
газу у двостадійному процесі. Перша стадія необ-
хідна для стабілізації значення рН в процесі фер-
ментації спочатку за рахунок введення посліду і
наступної саморегуляції процесу за рахунок зміни
метаболізму мікроорганізмів. Оскільки відомо, що
зміна метаболічних шляхів залежить від факторів
середовища: рН, парціального тиску водню, наяв-
ності кислот, СО2 та інше. На рис. 1. наведено ме-
таболічні шляхи перетворення цукрів.
Рис. 1. Метаболічні шляхи перетворення цукрів: 1 – фосфоглюкомутаза, 2 – піруватсинтаза, 3 – фосфат–
ацетилтрансфераза, 4 – ацетаткіназа, 5 – коензим–М, 6 – NADH: фередоксин–оксидоредуктаза + гідрогеназа,
7 – форміатдегідрогеназа.
Fig. 1. Metabolic pathways for the conversion of sugars: 1 – phosphoglucomutase, 2 – pyruvate synthase,
3 – phosphate acetyltransferase, 4 – acetate kinase, 5 – coenzyme-M, 6–NADH: ferredoxin-oxidoreductase + hydrogenase,
7 – formate dehydrogenase.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 74
Внаслідок зниження значення рН до 6,5 спо-
вільнюється процес метаногенезу за рахунок на-
копичення кислот. При цьому підвищується
швидкість процесу гідролізу високомолекуляр-
них речовин, що призводить до збільшення кіль-
кості низькомолекулярних речовин, таких як пі-
руват, гліцеральдегід–3–фосфат, форміат тощо.
При цьому одночасно відбувається процес мета-
ноутворення за реакціями:
СН3СООН → СН4 + СО2, (1)
СО2 + 4Н2 →СН4 + 2Н2О. (2)
Накопичення нейтральних продуктів та пере-
творення оцтової кислоти та СО2 у метан сприяє
підвищенню значення рН. Також в реакторі утво-
рюється гідрокарбонатна буферна система:
HCO3
+ + Н+ ↔ H2CО3 ↔ Н2О + СО2, (3)
яка стабілізує значення рН. Також стабілізації
значення рН сприяють амінні сполуки, що утво-
рюються внаслідок перетворення білків та інших
азотвміщуючих речовин, що містяться в посліді.
Такі процеси дозволяють періодично (1–2 ра-
зи на добу) визначений період замінювати вста-
новлену кількість суміші на нову порцію ПСБ без
додавання посліду. Це дозволяє підтримувати
постійну концентрацію органічних речовин, що в
свою чергу сприяє високому виходу біогазу.
Тривалість очищення висококонцентрованої сті-
чної води в першому ферментері без додавання
нових порцій посліду 10–15 діб за умови постій-
ної заміни частини субстрату на нову ПСБ. Зна-
чення рН в середовищі реактора становить 7±0,5,
що є оптимальним для процесу метаногенезу.
Процес анаеробного зброджування поводять
в мезофільному режимі – t0=40±2 0C, оскільки за
такої температури спостерігається високий вихід
біогазу з високим умістом метану в ньому. Тем-
пература підтримується за рахунок періодичного
введення ПСБ з температурою 80 0С.
Для інтенсифікації масообмінних процесів та
усереднення температури реактор містить пере-
мішувальні пристрої. Швидкість перемішування
100 об /хв. Процес перемішування дозволяє уни-
кати формування застійних зон та кірки на пове-
рхні реакційної суміші. Також механічне пере-
мішування сприяє швидшому вивільненню пухи-
рців газу, що додатково перемішує субстрат.
Для високого виходу біогазу та вмісту мета-
ну в ньому, а також виведення значення рН до
7±0,5, в першому ферментері постійно підтриму-
ється достатньо висока концентрація СОР. Для
досягнення необхідного ступеня очищення висо-
коконцентрованих стічних вод (ПСБ) спиртзаво-
ду та максимальної конверсії забруднювальних
речовин в біогаз пропонується проводити ферме-
нтацію рідкої фракції у другому ферментері.
Для цього за допомогою насосу реакційна су-
міш спрямовується в анаеробний відстійник, де
відбувається розділення фаз. Осад, який містить
анаеробні мікроорганізми та не зброджені органі-
чні речовини, спрямовується до першого реактора
на подальше анаеробне зброджування, а рідка фа-
за – до другого ферментера. В разі утворення над-
лишкового анаеробного мулу, він відправляється
на стадію осушування для можливого подальшого
використання його в якості добрива.
У другий ферментер стічна вода подається
знизу реактора. Для підвищення ефективності про-
цесу та збільшення концентрації асоціації мікроор-
ганізмів активного мулу необхідно використовува-
ти або гранульований активний мул або іммобілі-
зовану на інертному носії асоціацію мікроорганіз-
мів. Для утворення гранул активного мулу у метан-
тенк вводять центри грануляції (активоване вугіл-
ля, силікагель, FeCl3, дробина тощо).
В метантенку другого ступеня анаеробного
зброджування відбувається подальший розклад
розчинених у середовищі органічних речовин з
отриманням біогазу та очищенням стічних вод.
Тут зберігаються такі ж параметри процесу, як і в
реакторі першого ступеня: t0=40±2 0C, швидкість
перемішування 100 об /хв, рН=7±0,5. Реактор
оснащено системою підігріву за рахунок темпе-
ратури післяспиртової барди. Час знаходження
води в реакторі залежить від вихідної концентра-
ції забруднювальних речовин та концентрації
активного мулу. Маючи значення ХСК 6 г О2 /дм3
і вміст активного гранульованого мулу у другому
реакторі 10 ± 1 г /дм3, питома швидкість очищен-
ня стічної води досягала 30 ± 2 мг ХСК /(г·год).
Біогаз, що утворюється на першому та дру-
гому ступені анаеробного зброджування, накопи-
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 75
чується в газгольдерах мокрого типу, з яких че-
рез систему очищення від води та Н2S подається
на когенераційну установку. Вихід біогазу при
зброджуванні післяспиртової барди з пташиним
послідом становить 380±20 см3 /г СОР з вмістом
метану в ньому 70±2%.
Очищена вода поступає в анаеробний другий
відстійник, звідки частина надлишкового мулу
рухається до другого ферментера, а частина на
осушування. Осад з відстійників першого та дру-
гого ступеня після підсушування на мулових
майданчиках є добривом, яке може застовуватися
для підвищення врожайності зернових культур,
що використовуються для виробництва спирту.
Рис. 2. Технологічна схема одержання біогазу
з післяспиртової барди.
Fig. 2 Process map of biogas production from
distillery spent wash.
Після очищення стічної води в анаеробному
реакторі до значень ХСК, які не перевищують
500 мг О2 /дм3, стічна вода направляється на до-
очищення в аеробний реактор. Очищена до норм
скиду вода після відстоювання у третьому відс-
тійнику надходить до каналізаційної мережі.
Дренажна вода з мулових майданчиків також
спрямовується до аеротенків.
Технологічна схема одержання біогазу з від-
ходів спиртового виробництва та очищення ви-
сококонцентрованої стічної води наведена на
рис. 2.
Висновки. 1. Використання посліду як ко-
субстрату дозволяє корегувати значення рН сере-
довища, забезпечує мікроорганізми необхідними
мікроелементами та дає можливість створити
співвідношення С:N (30:1) для забезпечення ра-
ціональних параметрів процесу зброджування
післяспиртової барди з утворенням метану.
2. Висока температура післяспиртової барди
(80–90 0С) та генерація тепла при метаногенезі
дозволяє проводити ферментативний процес в
мезофільному режимі (t0=40±2 0C) без викорис-
тання додаткових енергоресурсів для підігріву.
3. Запропонована двостадійна технологічна
схема утилізації відходів спиртового виробницт-
ва при коферментації з послідом дозволяє отри-
мати енергоносій – біогаз з виходом 380±20 см3 /г
СОР з вмістом метану в ньому 70±2% та очисти-
ти концентровані стічні води до норм, які вико-
ристовуються в аеробному процесі очищення
стічних вод.
1. Mohana S., Acharya Bh.K., Madamwar D. Distillery
Spent Wash: Treatment Technologies and Potential
Applications. Journal of Hazardous Materials. – 2009. –
Vol. 163, №1. – Р. 2–25.
2. Moraes B.S., Triolo J.M., Lecona V.P., Zaiat M.,
Sommer S.G. Biogas Production Within The Bioethanol
Production Chain: Use of Co-substrates For Anaerobic Digestion
of Sugar Beet Vinasse. Bioresource Technology. – 2015. –
Vol. 190. – P. 227–234.
3. Prakash N.B., Sockan V., Sitarama Raju V.
Anaerobic Digestion of Distillery Spent Wash. Journal of
Science and Technology. – 2014. – Vol. 4. – №3. – Р. 134–140.
4. Silva C.E., Abud A.K. Anaerobic Biodigestion of
Sugarcane Vinasse Under Mesophilic Conditions Using Manure
As Inoculum [Електронний ресурс]. SciELO. 2016. Режим
доступу: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-
993X2016000400763&script=sci_arttext (20.09.2017).
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-993X2016000400763&script=sci_arttext
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-993X2016000400763&script=sci_arttext
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 76
5. Syaichurrozi I., Budiyono V., Sumardiono S.
Predicting Kinetic Model of Biogas Production and
Biodegradability Organic Materials: Biogas Production From
Vinasse At Variation of COD/N Ratio. Bioresource Technology.
– 2013. – №149. – Р. 390–397.
6. Westerholma M., Hansson M., Schnürer A. Improved
Biogas Production From Whole Stillage By Co-digestion With
Cattle Manure. Bioresource Technology. – 2012. – №114. –
Р. 314–319.
7. Wilkie A.C., Riedesel K.J., Owens J.M. Stillage
Characterization and Anaerobic Treatment of Ethanol Stillage
From Conventional and Cellulosic Feedstocks. Biomass and
Bioenergy. – 2000. – №19. – Р. 63–102.
8. Голуб Н.Б., Потапова М.В. Вплив співвідношення
косубтратів на вихід біогазу при утилізації післяспиртової
барди. Відновлювана енергетика. – 2017. – №2(49). – С. 90-97.
9. Дыганова Р.Я., Беляева Ю.С. Экспериментальное
определение оптимального состава комплексного субстрата
для анаэробного сбраживания в спиртовой промышленнос-
ти. Известия Самарского научного центра Российской ака-
демии наук. – 2014. – Т. 16. – №1(6). – С. 1737–1740.
10. Кузнецов И.Н., Ручай Н.С. Анализ мирового
опыта в технологии переработки послеспиртовой барды.
Труды Белорусского государственного технологического
университета. Серия 4: Химия, технология органических
веществ и биотехнология. – 2010. – Т. 1, №4. – С. 294 – 301.
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА С ПОСЛЕС-
ПИРТОВОЙ БАРДЫ
Н.Б. Голуб, доктор технических наук, профессор,
М.В. Потапова, аспирант.
Национальный технический университет Украины «Киевс-
кий политехнический институт им. И. Сикорского»
03056 г. Киев, пр-т Перемогы, 37.
Технология переработки послеспиртовой барды с получе-
нием биогаза включает в себя несколько этапов: наработка
высокопроизводительного посевного материала, смешива-
ние косубстратов в контактном резервуаре, две ступени
анаэробного сбраживания, чередующиеся стадиями отст-
аивания. Данная технологическая схема позволяет достичь
допустимых концентраций загрязнений (ХСК≤500 мг /дм3)
для аэробной доочистки высококонцентрированных сточ-
ных вод спиртзавода. Также двухступенчатый процесс поз-
воляет достичь высокой степени конверсии органических за-
грязнений в энергоноситель – биогаз. Выход биогаза – 380±20
см3 /г СОР, содержание метана – 70±2%. Библ. 10, рис. 2.
Ключевые слова: послеспиртовая барда, биогаз, анаэроб-
ное сбраживание, помет, метан, коферментация, отходы.
REFERENCES
1. Mohana S., Acharya Bh.K., Madamwar D. Distillery
Spent Wash: Treatment Technologies and Potential
Applications. Journal of Hazardous Materials. – 2009. –
Vol. 163, №1. – Р. 2–25.
2. Moraes B.S., Triolo J.M., Lecona V.P., Zaiat M.,
Sommer S.G. Biogas Production Within The Bioethanol
Production Chain: Use of Co-substrates For Anaerobic Digestion
of Sugar Beet Vinasse. Bioresource Technology. – 2015. –
Vol. 190. – P. 227–234.
3. Prakash N.B., Sockan V., Sitarama Raju V.
Anaerobic Digestion of Distillery Spent Wash. Journal of
Science and Technology. – 2014. – Vol. 4. – №3. – Р. 134–140.
4. Silva C.E., Abud A.K. Anaerobic Biodigestion of
Sugarcane Vinasse Under Mesophilic Conditions Using Manure
As Inoculum [Електронний ресурс]. SciELO. 2016. Режим
доступу: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-
993X2016000400763&script=sci_arttext (20.09.2017).
5. Syaichurrozi I., Budiyono V., Sumardiono S.
Predicting Kinetic Model of Biogas Production and
Biodegradability Organic Materials: Biogas Production From
Vinasse At Variation of COD/N Ratio. Bioresource Technology.
– 2013. – №149. – Р. 390–397.
6. Westerholma M., Hansson M., Schnürer A. Improved
Biogas Production From Whole Stillage By Co-digestion With
Cattle Manure. Bioresource Technology. – 2012. – ¹114. –
Ð. 314–319.
7. Wilkie A.C., Riedesel K.J., Owens J.M. Stillage
Characterization and Anaerobic Treatment of Ethanol Stillage
From Conventional and Cellulosic Feedstocks. Biomass and
Bioenergy. – 2000. – ¹19. – Ð. 63–102.
8. Golub N., Potapova M. Influence Of The
Cosubstrates Ratio To The Output of Biogas Under Utilization
of Distillery Spent Wash. Vidnovluvana energetika. – 2017. –
¹2(49). – Ñ. 90–97 (Ukr.)
9. Dyganova R., Belyaeva Yu. Experimental
Determination of The Optimal Composition of A Complex
Substrate For Anaerobic Digestion In The Alcohol Industry.
Izvestiya of the Samara Scientific Center of the Russian
Academy of Sciences. – 2014. – Vol. 16. – ¹1 (6). – P. 1737–
1740 (Rus.)
10. Kuznetsov I., Ruchai N. Analysis of The World
Experience In The Technology of Distillery Spent Wash
Processing. Proceedings of BSTU. Series 4: Chemistry, organic
matter technology and biotechnology. – 2010. – Vol. 1. – ¹4. –
P. 294–301 (Rus.)
SYNOPSES
Today, considering the problems of anthropogenic impact
on the environment and depletion of natural resources, the
development of technological schemes that are the basis for the
creation of technologies for the waste processing with the
simultaneous receipt of alternative energy sources is relevant.
The alcohol industry has a problem with the utilization of
distillery spent wash (DSW), which is formed in large quantities
in the process of alcohol production. The use of anaerobic
fermentation will allow not only to clear highly concentrated
wastewater but also to obtain biogas. The problem of using
anaerobic fermentation of pure form of DSW lies in its low pH
values, which makes it impossible for fermentation processes
and insufficient content of nitrogen compounds to be necessary
for the development of microorganisms-destructors and methane
http://cyberleninka.ru/journal/n/trudy-belorusskogo-gosudarstvennogo-tehnologicheskogo-universiteta-seriya-4-himiya-tehnologiya-organicheskih-veschestv-i
http://cyberleninka.ru/journal/n/trudy-belorusskogo-gosudarstvennogo-tehnologicheskogo-universiteta-seriya-4-himiya-tehnologiya-organicheskih-veschestv-i
http://cyberleninka.ru/journal/n/trudy-belorusskogo-gosudarstvennogo-tehnologicheskogo-universiteta-seriya-4-himiya-tehnologiya-organicheskih-veschestv-i
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-993X2016000400763&script=sci_arttext
http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-993X2016000400763&script=sci_arttext
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2018. № 2 77
producers. Unlike the investigated methods, where chemicals are
used to neutralize pH and provide nutrients, we propose to carry
out the process of DSW co-fermentation with a poultry manure.
The purpose of the work is to develop a technological
scheme for the purification of highly concentrated distillery
wastewater with the simultaneous production of biogas.
The proposed technological scheme consists of two stages
of fermentation, which allows a high yield of biogas at the
expense of a balanced content of nutrients and a dry organic
matter content in the first fermenter and stabilizes the pH at the
level of 7,0±0,5. In order to achieve the required degree of
purification of highly concentrated distillery wastewater (DSW)
and the maximum conversion of pollutants into biogas,
fermentation of the liquid fraction, after separation of the solid
residue, is carried out in a second fermenter.
The rational parameters of the anaerobic fermentation of
DSW for obtaining the maximum biogas yield are established:
the ratio for dry organic matter of wastewater /DSW /poultry
manure – 0.2: 1: 7, the concentration of dry organic matter in the
first fermenter - up to 10%, temperature – 40 ± 2 0С, stirring rate
– 100 rpm, pH=7,0±0,5.
With the use of the given technological scheme, the output
of biogas is 380±20 cm3 /g of dry organic matter, the content of
methane in biogas – 70±2%. The COD of water after the solid
phase removal after the second fermenter is 500±20 mg O2 /dm3.
РЕФЕРАТ
Сьогодні на фоні проблем антропогенного впливу на
навколишнє середовище та виснаження природних ресурсів,
розробка технологічних схем, які є підґрунтям для ство-
рення технологій переробки відходів з одночасним одер-
жанням альтернативних джерел енергії, є актуальною.
Спиртова промисловість має проблему утилізації піс-
ляспиртової барди (ПСБ), яка утворюється у великому обся-
зі в процесі виробництва спирту. Використання процесів
анаеробної ферментації дозволить не тільки очистити висо-
коконцентровану стічну воду, а і одержати біогаз. Проблема
використання процесу анаеробного зброджування барди в
чистому вигляді полягає у її низьких значеннях рН, що уне-
можливлює ферментаційні процеси, та у недостатньому
вмісті сполук нітрогену, які необхідні для розвитку мікроор-
ганізмів-деструкторів і продуцентів метану. На відміну від
досліджуваних способів, де використовують хімічні речови-
ни для нейтралізації рН та забезпечення живильними речо-
винами, нами пропонується проводити процес кофермента-
ції ПСБ з пташиним послідом.
Метою роботи є розробка технологічної схеми очи-
щення висококонцентрованих стічних вод спиртового виро-
бництва з одночасним одержанням біогазу.
Запропонована технологічна схема складається з двох
стадій ферментації, що дозволяє в першому ферментері за
рахунок збалансованого вмісту поживних речовин і вмісту
сухої органічної речовини 10% одержувати високий вихід
біогазу та стабілізувати значення рН на рівні 7,0±0,5. Для
досягнення необхідного ступеня очищення висококонцент-
рованих стічних вод (ПСБ) спиртзаводу та максимальної
конверсії забруднювальних речовин у біогаз, ферментацію
рідкої фракції, після відокремлення твердого залишку, про-
водять у другому ферментері.
Встановлено раціональні параметри процесу анаероб-
ного зброджування ПСБ для отримання максимального ви-
ходу біогазу: співвідношення за сухою речовиною стічна
вода /ПСБ /послід – 0,2:1:7, концентрація СОР в першому
ферментері – до 10%, температура – 40±2 0С, швидкість
перемішування – 100 об /хв, рН=7,0±0,5.
За використання наведеної технологічної схеми вихід
біогазу становить 380±20 см3 /г СОР, вміст метану в ньому –
70±2%. Показник ХСК води після вилучення твердої фази
після другого ферментера складає 500±20 мг О2 /дм3.
Стаття надійшла до редакції 23.01.18
Остаточна версія 08.06.18
|
| id | veorgua-article-150 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:04:00Z |
| publishDate | 2018 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/03/2479ec3c9c353f0f0df96c138ffb0003.pdf |
| spelling | veorgua-article-1502026-07-18T06:32:11Z TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА С ПОСЛЕСПИРТОВОЙ БАРДЫ ТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ З ПІСЛЯСПИРТОВОЇ БАРДИ Golub, N. Potapova, M. distillery spent wash biogas anaerobic digestion poultry manure methane cofermentation waste післяспиртова барда біогаз метан коферментація відходи послід анаеробне зброджування послеспиртовая барда биогаз помет метан коферментация отходы анаэробное сбраживание Today, considering the problems of anthropogenic impact on the environment and depletion of natural resources, the development of technological schemes that are the basis for the creation of technologies for the waste processing with the simultaneous receipt of alternative energy sources is relevant. The alcohol industry has a problem with the utilization of distillery spent wash (DSW), which is formed in large quantities in the process of alcohol production. The use of anaerobic fermentation will allow not only to clear highly concentrated wastewater but also to obtain biogas. The problem of using anaerobic fermentation of pure form of DSW lies in its low pH values, which makes it impossible for fermentation processes and insufficient content of nitrogen compounds to be necessary for the development of microorganisms-destructors and methane producers. Unlike the investigated methods, where chemicals are used to neutralize pH and provide nutrients, we propose to carry out the process of DSW co-fermentation with a poultry manure. The purpose of the work is to develop a technological scheme for the purification of highly concentrated distillery wastewater with the simultaneous production of biogas. The proposed technological scheme consists of two stages of fermentation, which allows a high yield of biogas at the expense of a balanced content of nutrients and a dry organic matter content in the first fermenter and stabilizes the pH at the level of 7,0±0,5. In order to achieve the required degree of purification of highly concentrated distillery wastewater (DSW) and the maximum conversion of pollutants into biogas, fermentation of the liquid fraction, after separation of the solid residue, is carried out in a second fermenter. The rational parameters of the anaerobic fermentation of DSW for obtaining the maximum biogas yield are established: the ratio for dry organic matter of wastewater&nbsp;/DSW&nbsp;/poultry manure – 0.2: 1: 7, the concentration of dry organic matter in the first fermenter - up to 10%, temperature – 40 ± 2&nbsp;0С, stirring rate – 100&nbsp;rpm, pH=7,0±0,5. With the use of the given technological scheme, the output of biogas is 380±20&nbsp;cm3&nbsp;/g of dry organic matter, the content of methane in biogas – 70±2%. The COD of water after the solid phase removal after the second fermenter is 500±20&nbsp;mg&nbsp;O2&nbsp;/dm3. Технология переработки послеспиртовой барды с получением биогаза включает в себя несколько этапов: наработка высокопроизводительного посевного материала, смешивание косубстратов в контактном резервуаре, две ступени анаэробного сбраживания, чередующиеся стадиями отстаивания. Данная технологическая схема позволяет достичь допустимых концентраций загрязнений (ХСК≤500&nbsp;мг&nbsp;/дм3) для аэробной доочистки высококонцентрированных сточных вод спиртзавода. Также двухступенчатый процесс позволяет достичь высокой степени конверсии органических загрязнений в энергоноситель – биогаз. Выход биогаза – 380±20 см3&nbsp;/г СОР, содержание метана – 70±2%. Библ.&nbsp;10, рис.&nbsp;2. Сьогодні на фоні проблем антропогенного впливу на навколишнє середовище та виснаження природних ресурсів, розробка технологічних схем, які є підґрунтям для створення технологій переробки відходів з одночасним одержанням альтернативних джерел енергії, є актуальною. Спиртова промисловість має проблему утилізації післяспиртової барди (ПСБ), яка утворюється у великому обсязі в процесі виробництва спирту. Використання процесів анаеробної ферментації дозволить не тільки очистити висококонцентровану стічну воду, а і одержати біогаз. Проблема використання процесу анаеробного зброджування барди в чистому вигляді полягає у її низьких значеннях рН, що унеможливлює ферментаційні процеси, та у недостатньому вмісті сполук нітрогену, які необхідні для розвитку мікроорганізмів-деструкторів і продуцентів метану. На відміну від досліджуваних способів, де використовують хімічні речовини для нейтралізації рН та забезпечення живильними речовинами, нами пропонується проводити процес коферментації ПСБ з пташиним послідом. Метою роботи є розробка технологічної схеми очищення висококонцентрованих стічних вод спиртового виробництва з одночасним одержанням біогазу. Запропонована технологічна схема складається з двох стадій ферментації, що дозволяє в першому ферментері за рахунок збалансованого вмісту поживних речовин і вмісту сухої органічної речовини 10% одержувати високий вихід біогазу та стабілізувати значення рН на рівні 7,0±0,5. Для досягнення необхідного ступеня очищення висококонцентрованих стічних вод (ПСБ) спиртзаводу та максимальної конверсії забруднювальних речовин у біогаз, ферментацію рідкої фракції, після відокремлення твердого залишку, проводять у другому ферментері. Встановлено раціональні параметри процесу анаеробного зброджування ПСБ для отримання максимального виходу біогазу: співвідношення за сухою речовиною стічна вода&nbsp;/ПСБ&nbsp;/послід – 0,2:1:7, концентрація СОР в першому ферментері – до 10%, температура – 40±2&nbsp;0С, швидкість перемішування – 100&nbsp;об&nbsp;/хв, рН=7,0±0,5. За використання наведеної технологічної схеми вихід біогазу становить 380±20&nbsp;см3&nbsp;/г СОР, вміст метану в ньому – 70±2%. Показник ХСК води після вилучення твердої фази після другого ферментера складає 500±20&nbsp;мг&nbsp;О2&nbsp;/дм3. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2018-06-18 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/150 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (53) (2018): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 70-77 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (53) (2018): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 70-77 Відновлювана енергетика; № 2 (53) (2018): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 70-77 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/150/102 Copyright (c) 2018 N. Golub, M. Potapova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | distillery spent wash biogas anaerobic digestion poultry manure methane cofermentation waste Golub, N. Potapova, M. TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title | TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title_alt | ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА С ПОСЛЕСПИРТОВОЙ БАРДЫ ТЕХНОЛОГІЯ ОДЕРЖАННЯ БІОГАЗУ З ПІСЛЯСПИРТОВОЇ БАРДИ |
| title_full | TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title_fullStr | TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title_full_unstemmed | TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title_short | TECHNOLOGY OF BIOGAS PRODUCTION FROM DISTILLERY SPENT WASH |
| title_sort | technology of biogas production from distillery spent wash |
| topic | distillery spent wash biogas anaerobic digestion poultry manure methane cofermentation waste |
| topic_facet | distillery spent wash biogas anaerobic digestion poultry manure methane cofermentation waste післяспиртова барда біогаз метан коферментація відходи послід анаеробне зброджування послеспиртовая барда биогаз помет метан коферментация отходы анаэробное сбраживание |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/150 |
| work_keys_str_mv | AT golubn technologyofbiogasproductionfromdistilleryspentwash AT potapovam technologyofbiogasproductionfromdistilleryspentwash AT golubn tehnologiâpolučeniâbiogazasposlespirtovojbardy AT potapovam tehnologiâpolučeniâbiogazasposlespirtovojbardy AT golubn tehnologíâoderžannâbíogazuzpíslâspirtovoíbardi AT potapovam tehnologíâoderžannâbíogazuzpíslâspirtovoíbardi |