Підвищення виходу біогазу при зброджуванні гною великої рогатої худоби з відходами виноробства в біогазових установках

V. M. Polishchuk, S. A. Shvorov, G. V. Krusir, D. A. Derevianko, Ye. O. Dvornyk, T. S. Davidenko

Анотація


Метою роботи є підвищення виходу біогазу на біогазових установках за рахунок спільного зброджування гною великої рогатої худоби (ВРХ) з стічними водами виноробних виробництв (СВВВ). Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні завдання: визначався вихід біогазу з гною ВРХ з СВВВ при періодичному завантаженні метантенка; на основі отриманих експериментальних даних здійснювалось калібрування математичної моделі оцінки виходу біогазу при зброджуванні гною ВРХ з додаванням СВВВ; за допомогою відкаліброваної математичної моделі прогнозувався вихід біогазу для квазібезперервного завантаження метантенка. Дослідження проводились на лабораторній біогазовій установці, що складається з метантенка корисним об'ємом 30 л і газгольдера мокрого типу. Вихід біогазу фіксувався за підняттям циліндра-рівнеміра мокрого газгольдера за допомогою закріпленої на ньому шкали, відградуйованої в сантиметрах. Теплота згоряння біогазу визначалась за його елементним складом, який фіксувався газоаналізатором. Найбільш істотними результатами є наступні: за даними експериментальних досліджень виходу біогазу при періодичному режимі завантаження з використанням розробленої математичної моделі забезпечується прогнозування виходу біогазу для квазібезперевного завантаження метантенка. В результаті проведених досліджень встановлено, що максимальний вихід біогазу при 2% заміні води на СВВВ в субстраті становить 0,415 л/(год.×кг СОР), 6,5% - 0,862 л/(год.×кг СОР), 13% - 1,372 л/(год.×кг СОР). Значимість результатів досліджень полягає в тому, що використання відходів виноробства в якості косубстрату дозволить збільшити в господарстві з поголів'ям 1000 голів ВРХ добовий вихід біогазу до 20,5 тис. м3, річне виробництво електроенергії - до 54,7 млн. МДж (15,2 млн. кВт×год.), теплової енергії - до 14,79 тис. Гкал. При цьому термін окупності біогазової установки потужністю 4,4 МВт при використанні «зеленого» тарифу скоротиться до 6,5 року.


Ключові слова


біогаз, субстрат, гній великої рогатої худоби, відходи виноробства, стічні води виноробних виробництв, суха органічна речовина, метантенк, біогазова установка, метанове бродіння

Повний текст:

PDF

Посилання


Lijo, L., Gonzalez-Garcia, S., Bacenetti, J., Moreira, M.T. (2017). The environmental effect of substituting energy crops for food waste as feedstock for biogasproduction. Energy. 137. 1130-1143. doi: 10.1016/j.energy.2017.04.137.

Lo, K.V., Liao, P.H. (1986). Methane production from fermentation of winery waste. Biomass. 9 (1). 19-27. doi: doi.org/10.1016/0144-4565(86)90009-0.

Ehlinger, F., Gueler, I., Bal, F.X., Prevot, C. (1992). Treatment of lees vinasses of red wine by methanogenic fermentation in presence of tannins and sulphides. Water Science & Technology. 25 (7). 275-284. doi: doi.org/10.2166/wst.1992.0159.

Krusir, G., Dubrovin, V., Polishchuk, V., Dubovik, A., Sokolova, I. (2014). Research of metanogenesis waste waters of primary winemaking. Eastern-European Journal of Enterprice Technologies. 9 (10). 43-47. doi: 10.15587/1729-4061.2014.26227.

Domareckij, V., Kuts, A., Bilko, M., Melnik, І. (2010). Reception of biogas from waste and waste water wine companies. Scientific works of the Odessa National Academy of Food Technologies. 2 (38). 300-305.

Jasko, J., Skripsts, E., Dubrovskis, V. (2012). Biogas production of winemaking in anaerobic fermenyation process. 11th International Scientific Conference on Engineering for Rural Development (May 24-25, 2012, Jelgava, Latvia), Engineering for Rural Development. 11. 576-579.

Moletta, R. (2005). Winery and distillery wastewater treatment by anaerobic digestion. Water Science & Technology. 51 (1). 137-144. doi: 10.2166/wst.2005.0017.

Perez, M., Romero, L.I., Sales, D. (2001). Organic matter degradation kinetics in an anaerobic thermophilic fluidised bed bioreactor. Anaerobe. 7 (1). 25-35. doi: 10.1006/anae.2000.1362.

Perez, M., Romero, L.I., Sales, D. (1999). Anaerobic thermophilic fluidized bed treatment of industrial wastewater: Effect of F : M relationship. Chemosphere. 38 (14). 3443-3461. doi: 10.1016/S0045-6535(98)00556-6.

Akassou, M., Kaanane, A., Crolla, A., Kinsley, C. (2010). Statistical modelling of the impact of some polyphenols on the efficiency of anaerobic digestion and the co-digestion of the wine distillery wastewater with dairy cattle manure and cheese whey. Water Science And Technology. 62 (3). 475-483. doi: 10.2166/wst.2010.235.

Carrillo-Reyes, J., Albarrán-Contreras, B.A., Buitron, G. (2019). Influence of Added Nutrients and Substrate Concentration in Biohydrogen Production from Winery Wastewaters Coupled to Methane Production. Applied Biochemistry and Biotechnology. 187. 140-151. doi: doi.org/10.1007/s12010-018-2812-5.

Rebecchi, S., Bertin, L., Vallini, V., Bucchi, G., Bartocci, F., Fava, F. (2013). Biomethane production from grape pomaces: a technical feasibility study. Environmental Engineering and Management Journal. 12 (S11). 105-108.

Paschal, C., Gastory, L., Katima, J.H.Y., Njau, K.N. (2017). Application of up-flow anaerobic sludge blanket reactor integrated with constructed wetland for treatment of banana winery effluent. Water Practice And Technology. 12 (3). 667-674. doi: 10.2166/wpt.2017.062.

Makadia, T.H., Adetutu, T.M., Sheppard, P.J., Ball, A.S. (2016). Effect of anaerobic co-digestion of grape marc and winery wastewater on energy production. Australian Journal of Crop Science. 10 (1). 57-61.

Cavinato, C., Da Ros, C., Pavan, P., Cecchi, F. Bolzonella, D. (2014). Treatment of waste activated sludge together with agro-waste by anaerobic digestion: focus on effluent quality. Water Science And Technology. 69 (3). 525-531. doi: 10.2166/wst.2013.736.

Da Ros C., Cavinato C., Cecchi F., Bolzonella D. Anaerobic co-digestion of winery waste and waste activated sludge: assessment of process feasibility. Water Science And Technology. 2014, Vol. 69, no. 2. pp. 269277. doi: 10.2166/wst.2013.692.

Da Ros, C., Cavinato, C., Pavan, P., Bolzonella, D. (2017). Mesophilic and thermophilic anaerobic co-digestion of winery wastewater sludge and winelees: An integrated approach for sustainable wine production. Journal of Environmental Management. 203 (2). 745-752. doi: 10.1016/j.jenvman.2016.03.029.

Da Ros, C., Cavinato, C., Pavan, P., Bolzonella, D. (2014). Winery waste recycling through anaerobic co-digestion with waste activated sludge. Waste Management. 34 (11). 2028-2035. doi: 10.1016/j.wasman.2014.07.017.

Tai, M.Q., Chen, J.R., Chang, C.C. (2009). Feasibility of anaerobic co-digestion of waste activated sludge under thermophilic conditions. For results 3rd International Conference on Bioinformatics and Biomedical Engineering (Jun 11-16, 2009, Beijing, China), Engineering for Rural Development. 1-11. 6320

Tai, M.Q., Chen, J.R., Chang, C.C. (2008). Effect of ultrasonic pretreatment subsequent anaerobic co-digestion on naphthalene and pyrene removal. For results International Conference on Advances in Chemical Technologies for Water and Wastewater Treatment (May 15-18, 2008, Xian, China), Advanced in chemical Technologies for water and wastewater treatment. 637-646.

Da Ros, C., Cavinato, C., Bolzonella, D. Pavan R. (2016). Renewable energy from thermophilic anaerobic digestion of winery residue: preliminary evidence from batch and continuous lab-scale trials. Biomass Bioenergy. 91. 150-159.

Achkar, J.H., Lendormi, T., Hobaika, Z., Salameh, I., Louka, N., Maroun, R.G., Lanoiselle, J.L. (2016). Anaerobic digestion of grape pomace: biochemical characterization of the fractions and methane production in batch and continuous digesters. Waste Management. 50. 275-282. doi: doi.org/10.1016/j.wasman.2016.02.028.

Failla, S., Restuccia, A. (2014). Methane potentials from grape marc by a laboratory scale plant. Applied Mathematical Sciences. 8 (132). 6665-6678. doi: dx.doi.org/10.12988/ams.2014.474551.

Polishchuk, V., Titova, L., Shvorov, S., Gunchenko, Y. (2019). Estimation of Biogas Yield and Electricity Output during Cattle Manure Fermentation and Adding Vegetable Oil Sediment as a Co-substrate. Рroblemele Еnergeticii Rregionale. 2 (43). 117-132.

Polishchuk, V.M., Vasilenkov, V.E., Lobodko, M.M., Voloshin, V.S. (2012). Express method for determining the calorific value of biogas Scientific Bulletin of the National University of Life and Environmental Sciences. 174 (2). 258-263.

Eder, B., Schulz, H. (2007). Biogas-Praxis: Grundlagen, Planung, Anlagenbau, Wirtschaftlichkeit, Beispiele, Freiburg, Germany: Ökobuch. 237.

Korolev, S.A., Maykov, D.V. (2012). Identification of a mathematical model and study of various modes of methanogenesis in a mesophilic medium. Computer Research and Modeling. 4 (1). 131-141.




DOI: https://doi.org/10.31548/machenergy2021.04.067

Метрики статей

Завантаження метрик ...

Metrics powered by PLOS ALM

Посилання

  • Поки немає зовнішніх посилань.


Bookmark and Share