Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization
Nowadays distillation industry is facing the problem of its own wastes disposal and recycling that are produced in large quantities. The main waste of alcohol industry is distillery spentwash. Existing physical methods of distillery spent wash recycling are resource- and energy-consuming. Alternativ...
Saved in:
| Date: | 2017 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2017
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/69 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871103129537216512 |
|---|---|
| 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 Sykorsky Kyiv Polytechnic Institute\""
},
{
"author": "M. Potapova",
"institution": "National Technical University of Ukraine \"Igor Sykorsky Kyiv Polytechnic Institute\""
}
] |
| author_sort | Golub, N. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:08Z |
| description | Nowadays distillation industry is facing the problem of its own wastes disposal and recycling that are produced in large quantities. The main waste of alcohol industry is distillery spentwash. Existing physical methods of distillery spent wash recycling are resource- and energy-consuming. Alternatively, biological methods such as aerobic and anaerobic digestion may beapplied. The advantage of anaerobic compared to the aerobic method is that besides wastewater it is possible to obtain biofuel (biogas) and high-quality fertilizer.The main problems of anaerobic distillery spent wash recycling is imbalance and deficiency of nutrients, medium acidification due to low pH values of raw material.pH and C:N ratio correction can be conducted by addition of chemical substances; provide the process with necessary microelements – an introduction of additional food source. The alternativemethod is distillery spent wash co-fermentation. In this paper, the usage of poultry manure as fermentation co-substrate is proposed. Simultaneously with distillery spent wash, productionwastewater was also treated.The purpose of this work is determination of substrate components ratio influence on biogas yield under anaerobic grain crops distillery spent wash co-fermentation.Determined, that for optimal methanogenesis pH values the ratio of distillery spent wash to poultry manure must be in range f 1:1 to 1:3,3. Established that under insufficient manure contents in composition (ratios of distillery spent wash/manure 1:1) will take place the medium acidification due to organic acids accumulation from lipid destruction, that are contained in large amounts in distillery spent wash, and as such lipid content rises with distillery spent wash content increase.The increase of manure content in relation to distillery spent wash (ratio 1:3) results in a methanogenesis process inhibition due increase in ammonia ions contents, that are contained in poultry manure and produced during urea hydrolysis and protein decomposition.Determined, that for maximal biogas production it is rational to use distillery spent wash/poultry manure ratio 1:1,7 by dry weight. Under such conditions, biogas yield rises up to 265 cm3/g of dry organic weight with a methane content of 70 ± 2%. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:37:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 90
УДК 620.92
Н.Б.Голуб1, докт.техн.наук, М.В.Потапова2 (Національний технічний університет України "Київський полі-
технічний інститут ім. І.Сікорького", Київ)
Вплив співвідношення косубстратів на вихід біогазу при утилізації
післяспиртової барди
Розглянуто вплив вмісту посліду на запуск процесу продукування біогазу з післяспиртової барди. Показано, що застосуван-
ня посліду дозволяє підвищити значення рН до значень, за яких відбувається процес метаногенезу. Визначено раціональне
співвідношення компонентів субстрату за сухою органічною речовиною – післяспиртова барда:послід 1:1,7 для максималь-
ного виходу біогазу. За таких умов вихід біогазу складає 265 см3/г СОР із вмістом метану 70±2%. Бібл. 17, табл. 4, рис. 2.
Ключові слова: післяспиртова барда, послід, біогаз, косубстрат, коферментація.
ORCID: 10000-0003-1448-1872; 20000-0001-9689-3912
Вступ. Виробництво спирту супроводжуєть-
ся проблемою переробки та утилізації відходів
виробництва. Основним відходом спиртової га-
лузі є післяспиртова барда (ПСБ), яка утворюєть-
ся у великих обсягах: 8-15 дм3 на 1 дм3 спирту
[1]. На виході з технологічного процесу ПСБ має
температуру 80-90оС, значення рН – 3,7-4,6, ви-
соку концентрацію розчинених та нерозчинених
органічних речовин, значення ХСК може досяга-
ти 40-150 г/дм3, БСК – 20-90 г/дм3, що призво-
дить до ускладнення процесів її утилізації [1, 2].
Характеристики ПСБ змінюються залежно від си-
ровини, яку використовують для виробництва
спирту – жито, пшениця, кукурудза, ячмінь, овес,
просо, картопля, меляса, дефектний цукровий бу-
ряк, а також деревина та відходи сільськогоспо-
дарських рослин [3]. В Україні спирт виробляєть-
ся в основному з пшениці, кукурудзи та меляси.
На теперішній час існує багато способів пе-
реробки ПСБ, які базуються на фізико-хімічних
методах. Але вони є енерго- та ресурсозатратни-
ми і не вирішують проблему її утилізації за висо-
ких об’ємів виробництва. Співвідношення
ХСК:БСК – 1,8-1,9 свідчить про придатність ПСБ
до біологічної переробки. Одним із методів може
бути анаеробна переробка з одержанням біогазу.
В результаті процесу зброджування можна одер-
жати: біогаз, який використовується для потреб
виробництва, очищену стічну воду (ХСК знижу-
ється на 60-90%), осад, що є високоякісним доб-
ривом, який можна використовувати для підви-
щення врожаю зернових та інших культур [4].
Анаеробний спосіб переробки післяспирто-
вої барди здійснюється в різних за конструкцією
реакторах: біореактор з іммобілізованою плів-
кою, UASB-реактор, реактор із псевдозрідженим
шаром (AFB-реактор), анаеробний реактор пері-
одичної дії з перемішуванням. Також очищення
висококонцентрованої стічної води, що собою
являє післяспиртова барда, здійснюють у дво-
або одностадійному процесах, фільтрацією у ста-
вках [1, 4].
При використанні UASB-реактора при збро-
джуванні кукурудзяної барди виникає проблема
виносу активного мулу. Це пов’язано з високим
вмістом жирів, які адсорбуються на поверхні
гранул активного мулу, спричиняючи його фло-
тацію [5].
Основною проблемою використання після-
спиртової барди для отримання біогазу є низьке
значення рН розчину, що унеможливлює процес
метаногенезу, оптимальне значення рН для якого
– 6,8-7,5. Також проблемою є забезпечення спів-
відношення елементів живлення C:N:P (75-
125):5:1, оскільки барда містить недостатню кі-
лькість нітрогену. Тобто, без коригування зна-
чення рН та співвідношення елементів живлення
процес метаногенезу не буде відбуватись.
В роботі [6] показано вплив на вихід біогазу
при додаванні до барди з цукрової тростини ніт-
© Н.Б.Голуб, М.В.Потапова, 2017
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 91
рогену (сечовини), фосфату (KH2PO4) та мікро-
елементів. Додаткове введення елементів приве-
ло до підвищення виходу біогазу на 25% по від-
ношенню до процесу з використанням тільки ба-
рди при гідравлічному навантаженні 9,6 г
ХСК/дм3/добу. Кореляцію співвідношення ХСК
та нітрогену проводили за допомогою сечовини
також у роботі [7]. Було визначено, що для добу-
вання біогазу з післяспиртової барди оптималь-
ним є співвідношення ХСК:N – 600:7.
Для підвищення значення рН при зброджуван-
ні барди з пшениці додавали розчин CaCO3; для
забезпечення необхідного співвідношення органо-
генних елементів – (NH4)2HPO4 та сечовину; як
інокулят використовували коров’ячий гній [8]. За
таких умов вихід біогазу складав 352 см3/г СОР.
Також коров’ячий гній використовували як
інокулят для зброджування післяспиртової барди
з цукрової тростини в роботі [8]. Визначено за-
лежність виходу біогазу від концентрації іноку-
ляту, температури та рН. Коригування значення
рН здійснювали на етапі кислотогенної фази
шляхом додавання розчинів: 40% NaOH та 20%
H2SO4. Показано, що найкращими умовами для
біодеградації барди були: t° = 30-35°C, концент-
рація інокуляту – 0,5%, рН = 6-7. За таких умов
вихід біогазу складав 345 см3/г СОР із вмістом
метану 70%. Відхилення від визначених значень
призводить до зниження виходу біогазу та вмісту
метану в ньому.
В роботі [9] визначали вплив косубстрату на
стабільність анаеробного процесу розкладу барди
з цукрової тростини. В якості косубстрату вико-
ристовували коров’ячий гній (3%). За відсутності
косубстрату до реактора вносили джерела жив-
лення: FeCl3·6H2O, нікель та цинк, потім хімічне
живлення було заміщене на вапняне добриво. В
обидва реактори в якості регулятора співвідно-
шення С:N додавали мікрокристалічну целюлозу
(Avicel PH 101), яку поступово замінювали на
солому. Додавання коров’ячого гною чи вапня-
ного добрива покращує процес анаеробного
зброджування, вміст метану в отриманому біогазі
складає 68%, що наближається до теоретичного
виходу 267 см3 СН4/г СОР. Автори роботи конс-
татують, що зброджування сирої барди без дода-
вання додаткових джерел живлення неможливе.
Підтвердженням таких результатів є робота
[10], де зброджування зернової барди проводили
з коров’ячим гноєм як косубстратом. Процес ко-
ферментації характеризується набагато кращими
показниками виходу біогазу та вмісту метану в
ньому, ніж зброджування сирої цільної барди.
Одним із методів анаеробної переробки бар-
ди є двоступеневий процес. Показано, що на ета-
пах як кислотогенезу, так і метаногенезу необ-
хідно додавати NaHCO3 для підтримання значен-
ня рН не нижче 5,5 та 7, відповідно [8]. Процес
ферментації в метаногенному реакторі лише на
64-у добу був достатньо стабільним і не вимагав
коригування рН. На 81-у добу перебігу процесу
ферментації стало можливим додавання в сере-
довище реактора свіжої барди без проходження
попередньої кислотогенної стадії [8].
Таким чином, для створення ефективної тех-
нології переробки післяспритової барди у біогаз
необхідно вирішити дві основні проблеми: під-
вищити значення рН до оптимального для проце-
су метаногенезу та визначити джерело додатко-
вих живильних елементів для розвитку мікроор-
ганізмів. Додавання неорганічних солей, що ви-
користовується, призводить до підвищення вар-
тості процесу і є нерентабельним. Тому визна-
чення косубстрату, за використання якого можна
здійснювати коригування значення рН, вмісту
живильних елементів та його вплив на процес
зброджування післяспиртової барди із зернових
культур для отримання біогазу, є актуальною
проблемою.
Постановка задачі. Метою роботи є дослі-
дження впливу співвідношення компонентів суб-
страту на вихід біогазу при анаеробній коферме-
нтації післяспиртової барди із зернових культур.
Для досягнення мети потрібно вирішити на-
ступні задачі:
- визначити вплив співвідношення посліду та
ПСБ за сухою речовиною на перебіг процесу фе-
рментації;
- встановити раціональне співвідношення ко-
субстратів для одержання максимального виходу
метану.
Матеріали та методи. Післяспиртова барда
має низькі значення рН, внаслідок чого не може
бути безпосередньо перетворена у метан. Для
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 92
підвищення значення рН використовують дода-
вання лугів, але, враховуючи те, що в процесі
виробництва спирту на підприємстві утворюєть-
ся 370-400 м3 барди за добу, використання хімі-
чних реагентів є нерентабельним. У роботі для
зниження значення рН при запуску процесу
одержання біогазу використовували послід пта-
хів, який має лужну реакцію. Також обгрунту-
вання використання посліду як косубстрату гру-
нтується на тому, що послід містить усі необ-
хідні для розвитку мікроорганізмів мікроелеме-
нти (див. табл. 1).
Таблиця 1. Вміст речовин у компонентах субстрату
[1власні дослідження, 2[11], 3дані надано спиртзаводом, 4[12]]
Показник ПСБ СВ Послід
ХСК, г/дм3 50,31 0,91 –
БСК, г/дм3 26,11 0,171 –
Вміст сухої речовини, % 5,441 0,471 41,291
Суха орг. речовина, % від СР 94,821 70,71 34,911
Зольність, % від СР 5,181 29,31 65,091
рН 3,741 6,31 8,44
Сирий протеїн, % від СР 21,62 – 26,584
Сирий жир, % від СР 10,72 – 4,84
Сира клітковина, % від СР 10,42 – 14,894
БЕР, % від СР 43,72 – 46-484
Азот загальний, % від СР 1,282 0,0033 4,364
Кальцій (в перерахунку на CaO),
% від СР
0,172 1,23 5-74
Фосфор загальний (в перерахунку на
Р205), % від СР
0,292 0,023 3,5-44
Лізин, % від СР 0,712 – 0,34
Цистин, % від СР 0,22 – 0,054
Метіонін, % від СР 0,282 – 0,224
Індичий послід надано ТОВ "Авангард" Жаш-
ківського району Черкаської області. Післяспирто-
ву барду, одержану при бродінні пшениці та куку-
рудзи, та виробничу стічну воду, що використову-
вали для досліджень, надано Червонослобідським
спиртовим заводом Київської області. Характерис-
тику компонентів субстрату наведено в табл. 1.
Інокулят, що використовували, взято з лаборатор-
ної установки анаеробного зброджування пташино-
го посліду з різними видами рослинної сировини на
кафедрі екобіотехнології та біоенергетики Націо-
нального технічного університету України "Київ-
ський політехнічний інститут ім. І.Сікорського".
Процес ферментації проводили в анаероб-
них умовах у мезофільному режимі при t° =
= 37±1°С в реакторах об’ємом 1,5 дм3, ступінь
заповнення 80%. Перемішування субстрату
здійснювали струшуванням реактора 1 раз на
добу. Кожний реактор з’єднано з газгольдером
мокрого типу для збору біогазу.
Визначення БСК та ХСК проводили за стан-
дартною методикою [13]. Визначення вологості,
сухої речовини, сухої органічної речовини, золь-
ності – за держстандартом [14, 15], рН вимірюва-
ли за допомогою іонометра И-160 МИ.
Склад біогазу визначали за стандартною ме-
тодикою за допомогою газового хроматографа
ЛХМ-8-МД [16].
Результати та обговорення. Для з’ясування
впливу співвідношення за сухою органічною ре-
човиною післяспиртової барди та посліду на ви-
хід біогазу змінювали співвідношення косубстра-
тів таким чином, щоб значення рН у реакторі
знаходилося в межах 7,0-8,0. В табл. 2 та 3 наве-
дено співвідношення косубстратів та значення
рН на початку ферментації, відповідно. Значення
рН стічної води складає 6,3 і його впливом на
концентрацію іонів водню можна знехтувати.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 93
Таблиця 2. Співвідношення косубстратів та інокуляту за сухою речовиною
Показник ПСБ Послід СВ Інокулят
№ проби
СОР, г % від заг.
СОР
СОР, г % від заг.
CОР
СОР, г % від заг.
СОР
СОР, г % від заг.
СОР
1 9,19 17 30,92 56 1,66 3 13,64 25
2 18,38 29 30,92 48 1,1 2 13,64 21
3 20,61 36 22,49 39 1,12 2 13,64 24
4 22,28 34 37,48 50 0,95 1 13,64 18
Таблиця 3. Значення рН суспензії при ферментації ПСБ та посліду
№ проби
Показник
1 2 3 4
рН (початкове) 7,63 7,21 7,28 7,01
рН (кінцеве) 7,78 7,68 5,49 7,19
Рис. 1. Вихід біогазу (V) в процесі ферментації (t) за різного вмісту компонентів субстрату ПСБ/послід:
№1 – 1:3,4; №2 – 1:1,7; №3 – 1:1,1; №4 – 1:1,5.
Як видно з табл. 2, для забезпечення значен-
ня рН у заданому діапазоні співвідношення ПСБ
до посліду коливається в межах від 1:1 до 1:3,3 і
складає для зразка №1 – 1:3,36; №2 – 1:1,65; №3 –
1:1,08; №4 – 1:1,47. Таким чином, використання
посліду як косубстрату дає змогу довести зна-
чення рН до показників, за яких відбувається
процес метаногенезу при високій швидкості.
Зменшення кількості посліду в субстраті нижче
половини призводить до зниження значення рН.
Динаміку виходу біогазу для різного співвід-
ношення компонентів протягом ферментації на-
ведено на рис. 1. В перші дві доби відбувається
деструкція сировини, біогаз містить в основному
СО2, вміст метану не перевищує 20-30%. Як вид-
но з рис. 1, раціональним для утворення біогазу є
співвідношення компонентів субстрату 1:1,7.
Зниження виходу біогазу після 9 доби фермента-
ції можна пояснити поступовим зниженням вміс-
ту поживних речовин. Підвищення вмісту послі-
ду по відношенню до післяспиртової барди 1:3
призводить до різкого зниження виходу біогазу
після третьої доби ферментації. Така залежність
пов’язана з підвищенням вмісту іонів амонію, що
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 94
містяться у посліді та утворюються в процесі гід-
ролізу сечовини та розкладу білків. Висока кон-
центрація NH4
+ призводить до інгібування мета-
ногенезу та призупинення діяльності мікроорга-
нізмів як деструкторів, так і метаногенів.
Зниження виходу біогазу при співвідношенні
ПСБ/послід (1:1, 1:1,5) та нижче призводить до
закисання середовища за рахунок накопичення
органічних кислот при деструкції жиру, вміст
якого вищий у барді, і, відповідно, підвищується
при збільшенні концентрації. Це підтверджується
значенням рН після ферментації (див. табл. 3) та
повним призупиненням процесу метаногенезу
після 16 доби для зразка №3. Також барда у сухій
речовині містить в основному клітковину та біл-
ки, які потребують більш тривалого часу дестру-
кції, що також впливає на процес утворення біо-
газу і призводить до зниження його виходу на
третю добу. За умов зразка №3 система не вихо-
дить на рівень саморегуляції.
Зниження виходу біогазу після другої доби
при співвідношенні компонентів 1:1,5 (зразок
№4) протягом 7 діб також можна пояснити під-
вищеним вмістом СОР у реакторі, що призводить
до збільшення кількості органічних кислот у
процесі деструкції та ацидогенезу. В кислому
середовищі підвищується швидкість гідролітич-
них процесів, що призводить до вивільнення СО2.
В системі за рахунок СО2, що виділяється, утво-
рюється гідрокарбонатний буфер:
HCO3
+ + Н+ ↔ H2CО3 ↔ Н2О + СО2, (1)
що призводить до підвищення значення рН, яке
необхідне для процесу утворення метану. Також
у випадку зразка №4 за рахунок більшої кількості
посліду в процесі гідролізу утворюється аміак,
який при взаємодії з водою підвищує значення
рН, що призводить до початку продукування біо-
газу з високою швидкістю.
NH3 + H2O = NH4OH. (2)
Загальний вихід біогазу та вміст метану в
ньому за період ферментації наведено на рис. 2.
Вміст метану у біогазі вищий при більшому
вмісті у субстраті посліду при співвідношенні
ПСБ/послід 1:3,3 і досягає 71±2%. За співвід-
ношення 1:1,7 та 1:1,5 вміст метану коливаєть-
ся в межах 66-70%. При підвищенні концент-
рації ПСБ вміст метану знижується і досягає
55±2% у випадку співвідношення компонентів
1:1,1. За таких умов відбувається закисання се-
редовища і припинення продукування метану,
оскільки відбувається гідроліз і в основному
утворюється СО2.
Рис. 2. Загальний вихід біогазу та метану (V) за 20 діб ферментації за різного вмісту компонентів субстрату
ПСБ/послід: №1 – 1:3,4; №2 – 1:1,7; №3 – 1:1,1; №4 – 1:1,5.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 95
Таблиця 4. Вихід біогазу на г СОР
№ проби
Показник
1 2 3 4
Вихід біогазу,
см3/г СОР
184 265 56 165
В табл. 4 наведено вихід біогазу, що одержа-
но з одиниці сухої органічної речовини. Як зага-
льний вихід біогазу, так і його питомий вихід з 1
г СОР має максимальне значення при співвідно-
шенні ПСБ/послід 1:1,7. При цьому вихід на 40%
більший по відношенню до співвідношення 1:3,3
і на 60% більше, ніж при співвідношенні 1:1,5.
Вихід біогазу корелює з даними існуючих про-
мислових технологій метанового зброджування.
Таким чином, заміну хімічних речовин, що
застосовуються для підвищення значення рН для
ферментації післяспиртової барди з одержанням
біогазу, можна здійснити шляхом використання
посліду птахів. Послід, на відміну від хімічних
реагентів, сам виступає субстратом для мікроор-
ганізмів, що призводить до збільшення виходу
біогазу та вмісту метану в ньому.
Висновки. 1. Для запуску процесу метаноге-
незу з післяспиртової барди, одержаної при ви-
робництві спирту з кукурудзи та пшениці, мож-
ливо використовувати послід птахів, який сам є
косубстратом у процесі ферментації. Викорис-
тання посліду дає змогу забезпечити необхідне
для процесу метаногенезу значення рН та додати
мікроелементи для розвитку бактерій.
2. Встановлено, що для продукування біо-
газу раціональним співвідношенням за сухою
речовиною ПСБ/послід є 1:1,7. За таких умов
вихід біогазу складає 265 см3/г СОР із вмістом
метану 70±2%.
1. Mohana S., Acharya Bh. K., Madamwar D. Distillery
spent wash: Treatment technologies and potential applications. Jour-
nal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 163, № 1. – Р. 2–25.
2. Hutnan M., Hornak M., Bodík I., Hlavacka V. An-
aerobic Treatment of Wheat Stillage. Chem. Biochem. Eng. Q. –
2003. – № 17(3). – Р. 233–241.
3. Rani K., Sridevi V., Srinu Venkat Rao R., Vijay
Kumar K. Harsha N. Biological treatment of distillery waste
water – an overview. Harsha international journal of general
engineering and technology. 2013. – Vol. 2– № 4. – Р.15–24.
4. 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.
5. Tomczak-Wandzel R., Górniaczyk J., Mędrzycka K.
Anaerobic treatment of distillery wastewater [Електронний
ресурс] Режим доступу: http://www.wis.pk.edu.pl/media/file/
konferencje/Wandzel.pdf (15.05.2017).
6. Janke L., Leite A. F., Batista K., Silva W., Nikolausz
M., Nelles M., Stinnera W. Enhancing biogas production from
vinasse in sugarcane biorefineries: Effects of urea and trace ele-
ments supplementation on process performance and stability.
[Електронний ресурс] Bioresource Technology. 2016. Режим
доступу до журн.: http://dx.doi.org/10.1016/
j.biortech.2016.01.110 (15.05.2017).
7. Syaichurrozi I., Budiyono V., Sumardiono S. Predict-
ing 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.
8. Prakash N. B., Sockan V., Sitarama Raju V. Anaero-
bic Digestion of Distillery Spent Wash. Journal of Science and
Technology. – 2014. – Vol. 4. – № 3. – Р. 134–140.
9. Silva C. E., Abud A. K. Anaerobic biodigestion of
sugarcane vinasse under mesophilic conditions using manure as
inoculum [Електронний ресурс]. SciELO. 2016. Режим до-
ступу: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-
993X2016000400763&script=sci_arttext (15.05.2017).
10. 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.
11. 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.
12. Хижняк М.І., Цьонь Н.І. Спиртова барда як цін-
на кормова добавка й органічне добриво у сільському
господарстві. Рибогосподарська наука України. – 2010. –
№ 2. – С. 122–130.
13. Ghaly A.E, MacDonald K.N. Drying of poultry
manure for use as animal feed. American Journal of Agricultural
and Biological Sciences. – 2012. – № 7 (3). – Р. 239–254.
14. Лурье Ю.Ю. Аналитическая химия производст-
венных сточных вод. М.:Химия. 1984. – 448 с.
15. ГОСТ 26713-85. Органические удобрения. Мето-
дика определения влаги и сухого остатка. Государственные
стандарты Союза ССР. Москва. 1986. – 3 с.
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 96
16. ГОСТ 26714-85. Органические удобрения. Мето-
дика определения золы. Государственные стандарты Союза
ССР. Москва. 1986. – 2 с.
17. Хроматограф лабораторный ЛХМ–8МД: техничес-
кое описание, инструкция по эксплуатации. Опытный завод
"Хроматограф". Москва. 1992. – 50 с.
REFERENCES
1. Mohana S., Acharya Bh. K., Madamwar D. Distillery
spent wash: Treatment technologies and potential applications. Jour-
nal of Hazardous Materials. – 2009. – Vol. 163, № 1. – Р. 2–25.
2. Hutnan M., Hornak M., Bodík I., Hlavacka V. An-
aerobic Treatment of Wheat Stillage. Chem. Biochem. Eng. Q. –
2003. – № 17(3). – Р. 233–241.
3. Rani K., Sridevi V., Srinu Venkat Rao R., Vijay
Kumar K. Harsha N. Biological treatment of distillery waste
water – an overview. Harsha international journal of general
engineering and technology. 2013. – Vol. 2– № 4. – Р.15–24.
4. 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.
5. Tomczak-Wandzel R., Górniaczyk J., Mędrzycka K.
Anaerobic treatment of distillery wastewater [Електронний
ресурс] Режим доступу: http://www.wis.pk.edu.pl/media/file/
konferencje/Wandzel.pdf (15.05.2017).
6. Janke L., Leite A. F., Batista K., Silva W., Nikolausz
M., Nelles M., Stinnera W. Enhancing biogas production from
vinasse in sugarcane biorefineries: Effects of urea and trace ele-
ments supplementation on process performance and stability.
[Електронний ресурс] Bioresource Technology. 2016. Режим
доступу до журн.:
http://dx.doi.org/10.1016/j.biortech.2016.01.110 (15.05.2017).
7. Syaichurrozi I., Budiyono V., Sumardiono S. Predict-
ing 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.
8. Prakash N. B., Sockan V., Sitarama Raju V. Anaero-
bic Digestion of Distillery Spent Wash. Journal of Science and
Technology. – 2014. – Vol. 4. – № 3. – Р. 134–140.
9. Silva C. E., Abud A. K. Anaerobic biodigestion of
sugarcane vinasse under mesophilic conditions using manure as
inoculum [Електронний ресурс]. SciELO. 2016. Режим до-
ступу: http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S1980-
993X2016000400763&script=sci_arttext (15.05.2017).
10. 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.
11. 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.
12. Khyzhnyak NI, NI Tson Alcohol bard-like prices for
feed additive and organic fertilizer in agriculture. Ukraine fisheries
science. - 2010. - № 2. - P. 122-130.
13. Ghaly A.E, MacDonald K.N. Drying of poultry manure for
use as animal feed. American Journal of Agricultural and Bio-
logical Sciences. – 2012. – № 7 (3). – Р. 239–254.
14. Lurie YY Analytycheskaya Chemistry proyzvodst-vennыh
stochnыh water. Moscow: Chemistry. 1984. - 448 p.
15. GOST 26713-85. Orhanycheskye udobrenyya. Purpose-wild
for determining moisture and dry remnant. Hosudarstvennыe
standartы Union SSR. Moscow. 1986. - 3 p.
16. GOST 26714-85. Orhanycheskye udobrenyya. The aim of
wild-zolы definitions. Hosudarstvennыe standartы Union SSR.
Moscow. 1986 - 2 seconds.
17. Chromatograph Laboratory LHM-8MD: tehnyches Coe-
description, the Instructions for operation. Opytnyi plant
"Chromatograph". Moscow. 1992. - 50 p.
Н.Б.Голуб, докт.техн.наук, М.В.Потапова (Национальный
технический университет Украины "Киевский политехниче-
ский институт им. И.Сикорского", Киев)
Влияние соотношения косубстратов на выход биогаза
при утилизации послеспиртовой барды
Рассмотрено влияние концентрации помета на запуск про-
цесса производства биогаза из послеспиртовой барды. По-
казано, что использование помета позволяет повысить
значение рН до значений, при которых происходит процесс
метаногенеза. Определено рациональное соотношение ком-
понентов субстрата по сухому органическому остатку –
послеспиртовая барда:помет 1:1,7, для максимального вы-
хода биогаза. При таких условиях выход биогаза составля-
ет 265 см3/г СОР с содержанием метана 70±2%. Библ. 17,
табл. 4, рис. 2.
Ключевые слова: послеспиртовая барда, помет, биогаз,
косубстрат, коферментация.
Golub N., Doctor of technical science, Professor, Potapova M.,
postgraduate (National Technical University of Ukraine " Igor
Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute", Kyiv)
Influence of co-substrates ratios on biogas yield during dis-
tillery spent washutilization
The poultry manure content influence on the process initiation of
biogas production from distillery spent wash was examined. It is
shown that usage of poultry manure allows to increase medium
pH to values at which methanogenesis occurs. Rational ratio of
substrate components by distillery spent wash:poultry manure
was determined and it is 1:1.7 for maximum biogas yield. Under
such conditions biogas yield rises up to 265 cm3/g of dry organic
weight with methane content of 70 ± 2%. References 17, table 4,
figures 2.
Keawords: distillery spent wash, poultry manure, biogas, cosub-
strate, cofermentation.
SYNOPSES
Nowadays distillation industry is facing the problem of its
own wastes disposal and recycling that are produced in large
БІОЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2017. № 2 97
quantities. The main waste of alcohol industry is distillery spent
wash. Existing physical methods of distillery spent wash recy-
cling are resource- and energy-consuming. Alternatively, bio-
logical methods such as aerobic and anaerobic digestion may be
applied. The advantage of anaerobic compared to aerobic
method is that besides wastewater it is possible to obtain biofuel
(biogas) and high quality fertilizer.
The main problems of anaerobic distillery spent wash recy-
cling is imbalance and deficiency of nutrients, medium acidifica-
tion due to low pH values of raw material.
pH and C:N ratio correction can be conducted by addition
of chemical substances; provide the process with necessary mi-
croelements – introduction of additional food source. The alter-
native method is distillery spent wash co-fermentation. In this
paper, the usage of poultry manure as fermentation co-substrate
is proposed. Simultaneously with distillery spent wash, produc-
tion wastewater was also treated.
The purpose of this work is determination of substrate
components ratio influence on biogas yield under anaerobic
grain crops distillery spent wash co-fermentation.
Determined, that for optimal methanogenesis pH values the
ratio of distillery spent wash to poultry manure must be in range
of 1:1 to 1:3,3. Established that under insufficient manure con-
tents in composition (ratios of distillery spent wash/manure 1:1)
will take place the medium acidification due to organic acids
accumulation from lipid destruction, that are contained in large
amounts in distillery spent wash, and as such lipid content rises
with distillery spent wash content increase.
Increase of manure content in relation to distillery spent wash
(ratio 1:3) results in methanogenesis process inhibition due increase
in ammonia ions contents, that are contained in poultry manure and
produced during urea hydrolysis and protein decomposition.
Determined, that for maximal biogas production it is ra-
tional to use distillery spent wash/poultry manure ratio 1:1,7 by
dry weight. Under such conditions biogas yield rises up to 265
cm3/g of dry organic weight with methane content of 70 ± 2%
Стаття надійшла до редакції 30.05.17
Остаточна версія 09.06.17
|
| id | veorgua-article-69 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:03:17Z |
| publishDate | 2017 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/3f/183e598a3f1ff4198cac770c30ad973f.pdf |
| spelling | veorgua-article-692026-07-18T06:32:08Z Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization Влияние соотношения косубстратов на выход биогаза при утилизации послеспиртовой барды Вплив співвідношення косубстратів на вихід біогазу при утилізації післяспиртової барди Golub, N. Potapova, M. distillery spent wash poultry manure biogas cosubstrate cofermentation післяспиртова барда послід біогаз косубстрат коферментація послеспиртовая барда помет биогаз косубстрат коферментация Nowadays distillation industry is facing the problem of its own wastes disposal and recycling that are produced in large quantities. The main waste of alcohol industry is distillery spentwash. Existing physical methods of distillery spent wash recycling are resource- and energy-consuming. Alternatively, biological methods such as aerobic and anaerobic digestion may beapplied. The advantage of anaerobic compared to the aerobic method is that besides wastewater it is possible to obtain biofuel (biogas) and high-quality fertilizer.The main problems of anaerobic distillery spent wash recycling is imbalance and deficiency of nutrients, medium acidification due to low pH values of raw material.pH and C:N ratio correction can be conducted by addition of chemical substances; provide the process with necessary microelements – an introduction of additional food source. The alternativemethod is distillery spent wash co-fermentation. In this paper, the usage of poultry manure as fermentation co-substrate is proposed. Simultaneously with distillery spent wash, productionwastewater was also treated.The purpose of this work is determination of substrate components ratio influence on biogas yield under anaerobic grain crops distillery spent wash co-fermentation.Determined, that for optimal methanogenesis pH values the ratio of distillery spent wash to poultry manure must be in range f 1:1 to 1:3,3. Established that under insufficient manure contents in composition (ratios of distillery spent wash/manure 1:1) will take place the medium acidification due to organic acids accumulation from lipid destruction, that are contained in large amounts in distillery spent wash, and as such lipid content rises with distillery spent wash content increase.The increase of manure content in relation to distillery spent wash (ratio 1:3) results in a methanogenesis process inhibition due increase in ammonia ions contents, that are contained in poultry manure and produced during urea hydrolysis and protein decomposition.Determined, that for maximal biogas production it is rational to use distillery spent wash/poultry manure ratio 1:1,7 by dry weight. Under such conditions, biogas yield rises up to 265 cm3/g of dry organic weight with a methane content of 70 ± 2%. Рассмотрено влияние концентрации помета на запуск про-цесса производства биогаза из послеспиртовой барды. По-казано, что использование помета позволяет повыситьзначение рН до значений, при которых происходит процессметаногенеза. Определено рациональное соотношение ком-понентов субстрата по сухому органическому остатку –послеспиртовая барда:помет 1:1,7, для максимального вы-хода биогаза. При таких условиях выход биогаза составля-ет 265 см3/г СОР с содержанием метана 70±2%. Розглянуто вплив вмісту посліду на запуск процесу продукування біогазу з післяспиртової барди. Показано, що застосуван-ня посліду дозволяє підвищити значення рН до значень, за яких відбувається процес метаногенезу. Визначено раціональнеспіввідношення компонентів субстрату за сухою органічною речовиною – післяспиртова барда:послід 1:1,7 для максималь-ного виходу біогазу. За таких умов вихід біогазу складає 265 см3/г СОР із вмістом метану 70±2%. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2017-06-14 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/69 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (49) (2017): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 90-97 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (49) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 90-97 Відновлювана енергетика; № 2 (49) (2017): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 90-97 2664-8172 1819-8058 uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/69/45 Copyright (c) 2017 N. Golub, M. Potapova https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | distillery spent wash poultry manure biogas cosubstrate cofermentation Golub, N. Potapova, M. Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title | Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title_alt | Влияние соотношения косубстратов на выход биогаза при утилизации послеспиртовой барды Вплив співвідношення косубстратів на вихід біогазу при утилізації післяспиртової барди |
| title_full | Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title_fullStr | Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title_full_unstemmed | Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title_short | Influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| title_sort | influence of co-substrates ratios on biogas yield during distillery spent washutilization |
| topic | distillery spent wash poultry manure biogas cosubstrate cofermentation |
| topic_facet | distillery spent wash poultry manure biogas cosubstrate cofermentation післяспиртова барда послід біогаз косубстрат коферментація послеспиртовая барда помет биогаз косубстрат коферментация |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/69 |
| work_keys_str_mv | AT golubn influenceofcosubstratesratiosonbiogasyieldduringdistilleryspentwashutilization AT potapovam influenceofcosubstratesratiosonbiogasyieldduringdistilleryspentwashutilization AT golubn vliâniesootnošeniâkosubstratovnavyhodbiogazapriutilizaciiposlespirtovojbardy AT potapovam vliâniesootnošeniâkosubstratovnavyhodbiogazapriutilizaciiposlespirtovojbardy AT golubn vplivspívvídnošennâkosubstratívnavihídbíogazupriutilízacíípíslâspirtovoíbardi AT potapovam vplivspívvídnošennâkosubstratívnavihídbíogazupriutilízacíípíslâspirtovoíbardi |