|
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ЛУКАШЕВИЧ ЄВГЕН АНАТОЛІЙОВИЧ
УДК 628.356;628.113;628.543
РОЗРОБКА БІОТЕХНОЛОГІЇ оЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД
І виробництва біогазу НА відходАХ
МОЛОЧНИХ ЗАВОДІВ
03.00.20 - Біотехнологія
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Київ-2003
Дисертацією є рукопис.
Роботу виконано в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України
НАУКОВИЙ КЕРІВНИК: доктор технічних наук, професор
Нікітін Геннадій Олексійович,
Національний університет харчових технологій,
кафедра біохімії та екології харчових виробництв
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Інституту харчової хімії і
технології, заступник директора з питань науки і нової техніки
Циганков Сергій Петрович,
кандидат технічних наук, головний спеціаліст Державного
департаменту адміністрування акцизного збору, ДПА України
Бублієнко Віктор Васильович
Провідна організація: Технологічний інститут молока та м`яса УААН (Київ).
Захист відбудеться 12 червня 2003 р. о 13 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.03 в Національному університеті харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68, корп. А, аудиторія А-311.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою:
01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68
Автореферат розісланий 10 травня 2003 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент: _______________ В.М. Поводзинський
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Під час виробництва молочних продуктів утворюється велика кількість сироватки, близько 90 % від об`єму молока, яке має перероблятися. Вона містить до 50 % сухих речовин молока, в т.ч. до 5 % лактози, жир, білок, амінокислоти, органічні кислоти. Відомі різні методи утилізації сироватки – ультрафільтрація, сушка, виробництво етилового спирту та інших продуктів. Через відсутність досконалих ресурсозберігаючих технологій ці методи майже не застосовуються. Основну частину сироватки разом із стічною водою (СВ) скидають до каналізації, що створює екологічну проблему. ХСК сироватки і СВ становить відповідно близько 70000 та 3000 мг/л. Недостатнє промислове використання відходів призводить до великих втрат цінних речовин, зниження ефективності виробництва та необхідності сплати штрафів за скидання викидів.
Актуальним є пошук альтернативних інтегрованих засобів утилізації сироватки та ефективного очищення стічних вод. Традиційна технологія очищення в аеротенках у цьому разі економічно не ефективна і доцільно застосовувати метанове бродіння, при якому концентрація забруднень суттєво знижується і додатково дає змогу отримати з 1 м3 сироватки понад 15 м3 біогазу. Подальше застосування аеробного очищення стає ефективним і не вимагає значних витрат.
У зв`язку з цим актуальним є дослідження процесу метанового бродіння та аеробного очищення відходів молочних виробництв і розробки на цій основі комплексної ресурсозберігаючої технології, що може мати попит у промисловості. Реалізація такої технології дає змогу одночасно отримувати очищену воду, біогаз, мікробну біомасу, збагачену вітаміном В12 і поєднує переваги всіх відомих методів.
Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертація виконувалася в зв'язку з державними програмами України, що стосуються охорони навколишнього середовища, у рамках постанови Кабінету Міністрів України від 22.06.1994р. № 429 „Про реалізацію пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки”, постанови Верховної Ради України “Про концепцію розвитку водного господарства України”, №1390-ХIV, 14.01.2000 р., Державної науково-технічної програми Міністерства України у справах науки і технології „Відновлення якості природних вод України”, а також у рамках НДР кафедри біохімії та екології харчових виробництв Українського державного університету харчових технологій на 1995-2002 рр., що стосується очищення стічних вод і переробки відходів харчового виробництва, за темою „Розробка технологій очищення стічних вод і переробки відходів харчової промисловості”.
Дисертант був відповідальним виконавцем розділів кафедральної програми НДР і брав участь у роботах із госптем КТІХП: „Розробка технології і апаратурної схеми очисних споруд радгоспу „Заполярний” з утилізацією продуктів, які утворилися”, „Розробка та впровадження технології очищення та утилізації промислових стічних вод по науково-технічній програмі №2 „Охорона навколишнього середовища”. Йому належать роботи з підготовки лабораторних установок для проведення досліджень, освоєння і виконання методик аналізів, пов'язаних з дослідженнями в галузі переробки вторинної сировини, очищення стічних вод та з інших питань екології.
Мета і завдання дослідження. Метою роботи є розробка біотехнології очистки стічних вод і виробництва біогазу на відходах молочних заводів, що одночасно розв’язує проблему охорони навколишнього середовища, отримання пального газу та мікробної біомаси, збагаченої вітаміном В12. Щоб здійснити поставлену задачу, визначено такі завдання:
- провести аналіз наявних технологій очищення висококонцентрованих стічних вод молочного виробництва та утилізації сироватки;
- вивчити закономірності процесу метанової ферментації стічних вод молочних заводів у періодичному та безперервному режимах, як попередньої стадії очищення;
- дослідити режими метанового бродіння молочної сироватки і кількості метану, який при цьому утвориться;
- вивчити закономірності аеробних процесів та визначити технологічні параметри доочищення стічних вод до норм їх скидання в міську каналізацію;
- розробити методи інтенсифікації процесу метанового бродіння й аеробної ферментації шляхом підвищення концентрації активного мулу;
- дослідити можливість збагачення анаеробної мікробної біомаси вітаміном В12;
- розробити апаратурну та технологічну схеми очищення стічної води і переробки сироватки;
- розробити технічну документацію на впровадження технології очищення стічної води у виробництво та провести апробації технології;
- визначити техніко-економічну доцільність реалізації технології на виробництві.
Об'єкт досліджень – відходи молочного виробництва – стічні води і молочна сироватка.
Предмет досліджень – анаеробне бродіння стічних вод і сироватки молочних заводів для одержання біогазу і попереднього очищення з наступною аеробною ферментацією для повної ліквідації забруднень.
Методи досліджень – під час проведення експериментальної роботи було використано традиційні й арбітражні методи досліджень з визначення ХСК, ЛЖК, загального азоту, концентрації сухих речовин, надлишкового кисню, нітратів, нітритів, молочної кислоти. Комбіновані методи з визначення концентрації активного мулу – ваговим методом, лактози – йодометричним, вітаміну В12 - біоавтографічним, рН – за допомогою приладу рН-340, газоподібних продуктів – за спрощеним методом їх розділення на пальні компоненти і непальні домішки, шляхом пропускання через розчин лугу.
Наукова новизна одержаних результатів. Вперше розроблено й прийнято до впровадження комплексну технологію одночасної переробки сироватки і стічної води (СВ) з одержанням біогазу, кормових продуктів і очищенної води, що значною мірою розв’язує екологічну проблему.
Вивчено режими метанового бродіння СВ і молочної сироватки, встановлено можливість використання цих субстратів як вторинної сировини для отримання біогазу. Відпрацьовано параметри технології очищення СВ молочних заводів і варіанти їх очищення в суміші із сироваткою.
Встановлено, що істотним способом інтенсифікації процесу анаеробної та аеробної ферментації є збільшення концентрації активного мулу до 15 г/л за рахунок повернення його в апарат.
Підтверджено, що максимальний рівень підвищення концентрації анаеробного мулу для інтенсифікації метанового бродіння залежить від складу стічної води. Дано наукове пояснення факту, що подальше збільшення концентрації активного мулу не призводить до поліпшення якості очищення, внаслідок нестачі поживних речовин в порівнянні із кількістю клітин мікроорганізмів. Це є інгібуючим фактором метаболізму, що викликає автоліз і вторинне забруднення культуральної рідини. В результаті підтримання оптимальної концентрації активного мулу досягнуто високого ступеня попереднього очищення і максимальної кількості біогазу.
Вперше розроблено спосіб підтримки підвищеної концентрації аеробного активного мулу в аеротенку, не порушуючи роботи вторинного відстійника. Для цього запропоновано сепарування надлишку активного мулу перед вторинним відстійником і повернення його в аеротенк, що дозволяє вдвічі скоротити час аеробної ферментації. За результатами наукової роботи отримано патент України на винахід „Пристрій для аеробного очищення стічної води”.
На підставі одержаних даних зроблено уточнення теорії метаногенезу, яке полягає в тому, що лімітуючим фактором утворення метану є перевищення швидкості накопичення його попередників – піровиноградної кислоти та ацетил-КоА, порівняно зі швидкості їх перетворення на метан. Це стосується, в першу чергу, анаеробної ферментації вуглеводів.
Вперше отримано позитивні результати пошукових досліджень, які стосуються можливості збагачення мікробної біомаси вітаміном В12 до 120 мг/кг за допомогою попередньої обробки молочної сироватки пропіоновими та молочнокислими бактеріями.
Практичне значення одержаних результатів. На основі результатів проведених наукових досліджень розроблено комплексну технологію очищення концентрованих стічних вод молочних виробництв, що включає термофільне метанове бродіння та аеробну обробку. Впровадження цієї технології заповнює відсутність у молочній промисловості діючої ефективної технології повного очищення стічної води із одночасним використання відходів, як сировини для отримання пального газу.
Розроблено і запропоновано до впровадження оригінальну конструкцію пристрою аеротенк-сепаратор для інтенсифікації аеробного очищення стічних вод. За результатами дисертаційної роботи отримано патент України на винахід „Пристрій для аеробного очищення стічної води”.
Нову технологію прийнято до впровадження на Козятинському маслозаводі. Економічний ефект від її впровадження на заводі, що переробляє 100 тонн молока за добу, становить 1 530 тис. грн., окупність (при капітальних витратах – 800 тис. грн.) – 0,42 року.
Розроблена технічна документація на впровадження технології очищення стічної води молочних виробництв була затверджена „Державним департаментом продовольства” Міністерства аграрної політики України і рекомендована для використання в промисловості.
Технологію запропоновано профільним проектним організаціям, що спеціалізуються з впровадження технологій і розробки технологічного обладнання. Матеріали технологічних розробок лягли в основу проектно-конструкторських робіт УДІ з проектування підприємств м`ясної та молочної промисловості „УКРДІПРОМ’ЯСОМОЛПРОМ” і ЗАТ „УТК”.
Видано завдання на розробку робочого проекту цеху метанової ферментації та подано пропозиції з впровадження технології очистки стічних вод на Козятинському маслозаводі.
Особистий внесок здобувача. Визначення завдання досліджень проводилось за безпосередньої участі автора. Особисто дисертантом проведено такі роботи:
- сплановано і виконано експерименти в лабораторії на модельних середовищах і у виробництві на натуральних відходах молочних заводів;
- проведено випробування результатів на виробничій установці з метанового бродіння;
- проведено аналітичний контроль та кваліфіковану інтерпретацію результатів і на її основі сформульовано додаткові уявлення до теорії метанового бродіння;
- розроблено пропозиції з впровадження нової технології.
Розробка технічної документації на впровадження біотехнології очищення стічних вод для „Державного департаменту продовольства” України проводилась автором спільно з УДІ з проектування підприємств м`ясної та молочної промисловості „УКРДІПРОМ’ЯСОМОЛПРОМ” та ЗАТ „УТК”.
Апробація результатів дисертації. Матеріали дисертації доповідалися на наступних конференціях: науково-технічній конференції “Розробка та впровадження нових технологій та обладнання в харчову та переробну галузь АПК”, Київ, КТІХП, 1993; конференції “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно-чистих технологій”, Дніпродзержинськ, 2000; 67-й науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених, Київ, УДУХТ, 2001; 7-й Міжнародній науково-технічній конференції “Пріоритетні напрямки впровадження в харчову промисловість сучасних технологій обладнання та нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення”, Київ, УДУХТ, 2001.
Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 14 робіт, у тому числі: 5 статей у фахових журналах, 8 тез до конференцій, отримано 1 патент.
Структура та обсяг роботи. Дисертація складається з вступу, 11 розділів, висновків, списку бібліографічних джерел з 135 посиланнями. Роботу викладено на 169 сторінках машинописного тексту, містить 17 таблиць та ілюстровано 24 рисунками.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі проведено аналіз екологічного стану підприємств харчової промисловості, обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі досліджень, показано наукову новизну, практичну цінність роботи, наведено відомості про особистий внесок, апробацію, структуру та обсяг роботи.
У першому розділі „Огляд літератури”, що являє собою аналітичний огляд літератури, наводяться кількісні та якісні характеристики стічних вод харчової промисловості, особливо стічних вод молокозаводів та сирзаводів. На підставі проведеного аналізу існуючих технологій утилізації й очищення стічних вод зроблено висновки про перспективу й економічну доцільність застосування метанового бродіння як раціонального способу переробки вторинної сировини й ефективного методу одержання біогазу метану і продукту, збагаченого вітаміном В12.
Відзначено, що використання сироватки цілком розв’язує проблему переробки вторинної сировини молочної промисловості. Однак після цього залишається проблема очистки концентрованих стічних вод, яка розв’зується шляхом розробленої комплексної технології повної переробки відходів молочної промисловості.
В другому розділі „Об`єкти і методи досліджень” зазначено об'єкти дослідження – стічні води і молочна сироватка.
У процесі дослідження проводився аналіз основних показників забруднення стічних вод – ХСК за стандартною методикою, концентрації речовин за арбітражними методиками, технологічних показників біохімічного очищення – концентрації активного мулу, розчиненого кисню в культуральній рідині, продуктів метаболізму та мулового індексу, нижчих жирних кислот, молочної кислоти, кількісного і якісного складу газоподібних продуктів, концентрації лактози, концентрації нітритів, нітратів у стічній рідині та в очищеній воді проводилися комбінованим методом. У дослідах з утилізації сироватки проводилося кількісне визначення вітаміну В12 – біоавтографічним методом.
У проведених дослідженнях використовувалися сконструйована нами установка для метанового бродіння, пристрій для аналізу кількості та складу газів, установка для аеробної ферментації та пристрій для дослідження режимів роботи відстійника.
Наведено стандартну методику математичної обробки експериментальних даних, розрахунки і статистичну обробку числових результатів досліджень. Для аналізу статистичних і лабораторних даних, побудови графіків та гістограм представлених у числовій і символьній формі застосовувано діалогову інформаційно-пошукову систему комп`ютерного моделювання і програм Mathcad 2001 i Professional та StatGraphics Plus v5.0.1 Enterprise.
У третьому розділі “Характеристика відходів молочного виробництва” наведено власні дані й дані з лратурних джерел про показники забруднень стічних вод молочної промисловості і співвідношення БСК : ХСК, а також результати аналізів стічних вод декількох підприємств в різні часи, і вказується, що при розробці технології очищення стічних вод молочної промисловості нема необхідності брати за основу профіль підприємства, а слід досліджувати стічні води з найбільш характерним рівнем забруднень щодо ХСК: у середньому 1500 і 3000 мг/л. В табл.1 наведено дані експериментів.
Таблиця 1
Показники забруднень стічних вод молочних заводів (власні дані)
Рівень забруднень за ХСК взятих проб стічних вод має значне розходження – у межах 2700–3320 мг/л. Співвідношення БСК : ХСК коливалося в межах 0,785–0,820. У середньому співвідношення становить 0,805, що і рекомендовано використовувати на практиці.
Четвертий розділ “Дослідження технологічних режимів біохімічного очищення загального стоку”.
Застосування існуючих механічних та фізико-хімічних методів очищення стічних вод молокозаводів є економічно недоцільним оскільки вони не дають достатнього ефекту очищення і призводять до утворення нових відходів, які потребують додаткової утилізації. Разом з тим підкреслюється, що для очищення СВ доцільно впроваджувати нову технологію, яка включає дві стадії (біохімічні процеси) – метанове бродіння і аеробне доочищення.
Як відомо, особливістю метанового бродіння є його асоціативний характер. У монокультурах його здійснити практично нікому не вдавалося. На відміну від усіх інших видів бродіння, метанове можна здійснити лише великою кількістю посівного матеріалу, не менше 30% від об`єму середовища.
Щоб з'ясувати орієнтовні параметри метанового бродіння, тобто швидкість подачі середовища в апарат, кількість продуктів метаболізму, на основі яких можна судити про перебіг нормального метанового бродіння, необхідно досліджувати періодичне бродіння. На рис.1 наведено результати, що показують зміну основних показників періодичного метанового бродіння стічної води Козятинського молочного заводу.
Головна мета цих дослідів - з'ясувати приблизні значення основних параметрів, за якими здійснюється контроль процесу метанового бродіння – ХСК, концентрації ЛЖК, молочної кислоти, дуже корисні дані про кількість газоподібних продуктів і кількість метану. Загальний об’єм отриманих газів склав більше 11 л/л. З огляду на те, що вміст метану коливався близько 75%, його сумарна кількість була в межах 7-8 літрів. Джерелом утворення метану в даному разі була не лише лактоза, а й інші органічні речовини: білки, жирні кислоти, амінокислоти, що не враховувалися в наших дослідах.
Досліди з періодичного культивування дають змогу зробити висновок, що стічні води молочного виробництва з високою концентрацією забруднень можуть піддаватися метановому бродінню з одержанням значної кількості метану, який може бути використаний як паливо. Час активної ферментації в періодичному процесі становить до 3 діб, при перекладі на безперервний – не більше 1,5 – 2 доби. Концентрація кінцевих продуктів – ЛЖК і молочної кислоти, що необхідна для контролю процесу бродіння, в умовах безперервного процесу приблизно знизиться відповідно до 3,5 і 2,0 г/л. Оптимальне значення рН – у межах 7,5 – 7,8. З огляду на це, подальші дослідження із стічними водами молокозаводів ми проводили при D =0,021 год-1. У табл. 2 наведено результати дослідів при даній швидкості протоку. В першу чергу звертає на себе увагу повне збродження лактози і молочної кислоти. З табл. 2 видно, що дані речовини є основним субстратом для споживання метаноутворюючими бактеріями. Концентрація ЛЖК у межах 2,2–3,0 г/л типова для нормального метанового бродіння. Ці продукти утворюються в невеликій кількості навіть при оптимальній швидкості протоку, що забезпечує рівновагу між швидкістю утворення попередників метану і швидкістю їх перетворення на метан. Частина попередників метану: піровиноградна кислота та ацетил – КоА все ж встигають перетворитися на продукти неповного окислювання, тобто на нижчі жирні кислоти. Їх присутність і визначає залишкове ХСК після метанового бродіння. У цих дослідах залишкове ХСК склало відповідно 600 і 195 мг/л. Ступінь зниження ХСК коливається в межах 80–87 %. Тому метанове бродіння розглядається як попередня стадія очищення стічної води, після нього потрібно застосувати аеробне доочищення.
Таблиця 2
Показники метанового бродіння СВ при оптимальній
швидкості протоку (0,021 год–1)
Ми провели досліди за методикою, що дає змогу встановити, на якому рівні може стабілізуватися підвищена концентрація активного мулу в метантенку.
Таблиця 3
Значення ХСК і концентрації активного мулу при безперервному
метановому бродінні СВ з поверненням мулу
Примітка. У дослідах використовувався активний мул 50% вологості.
Дані табл.3 показують, що в перші ж кілька діб бродіння поживних речовин середовища було недостатньо для підтримки дуже високої концентрації активного мулу. У даних конкретних умовах підтримувати в процесі бродіння концентрацію активного мулу вище 36 г/л, по сирій біомасі, не доцільно через нестачу поживних речовин середовища. Інтенсифікація метанового бродіння за допомогою підвищеної концентрації активного мулу не впливає на глибину очищення, а тільки прискорює процес, у даному разі до 12 годин.
У наступній серії дослідів з'ясовувався вплив швидкості протоку на накопичення активного мулу за умови повернення його в метантенк. Перевищення швидкості протоку більш оптимальної величини веде до вимивання активного мулу з метантенку. Причиною цього є порушення відомої з теорії безперервних процесів рівноваги між питомою швидкістю росту клітин мікроорганізмів – μ і швидкістю протоку – D. Максимальний рівень підвищення концентрації анаеробного мулу для інтенсифікації метанового бродіння залежить від складу СВ. Подальше збільшення концентрації активного мулу не призводить до поліпшення якості очищення з причини нестачі поживних речовин щодо кількості клітин мікроорганізмів. Це є інгібуючим фактором метаболізму, що викликає автоліз і вторинне забруднення культуральної рідини.
Таблиця 4
Показники ХСК і концентрації активного мулу при безперервному метановому
бродінні СВ молочного заводу з поверненням активного мулу
При ферментації з поверненням активного мулу (табл.4) спостерігалася інша картина: зі збільшенням швидкості протоку зростала концентрація мулу в метантенку. Цілком зрозуміло, що це відбувалося за рахунок збільшення кількості поживних речовин, що надходять у бродильний апарат. Ріст концентрації активного мулу продовжувався при збільшенні швидкості протоку до 0,083 год-1. Це пояснюється тим, що навіть збільшення кількості поживних речовин, що надходять у метантенк при високій швидкості протоку, не забезпечує життєдіяльності такої кількості мікроорганізмів, що збирається за весь період проведення дослідів.
Результати дослідів підтверджують можливість інтенсифікації процесу метанового бродіння шляхом підвищення концентрації активного мулу в метантенку.
Виконано дві серії дослідів з аеробного доочищення стічних вод після проведення метанового бродіння – з використанням звичайної концентрації активного мулу – 5,0 г/л, а також з підвищеною концентрацією мулу – 15,0 г/л (по сухій речовині).
Наочне уявлення про темп зниження забруднення при аерації з різною концентрацією активного мулу дає рис.2. На ньому видно, що при 4-годинній аерації з традиційною концентрацією активного мулу 5 г/л відбувається зниження ХСК з 600 до 450 мг/л.
Рис. 2 Зміна ХСК у процесі аеробного доочищення СВ молокозаводу:
1 – при концентрації активного мулу по сухій біомасі 5 г/л;
2 – при концентрації активного мулу по сухій біомасі 15 г/л.
Перевага аеробної ферментації з підвищеною концентрацією активного мулу не викликає сумнівів, однак практична реалізація цього способу є проблематичною. Для зниження ХСК з 600
до 5 мг/л при традиційній концентрації мулу 5,0 г/л у даній серії дослідів було потрібно 24 години. При досягненні концентрації мулу 15 г/л час ферментації зменшився до 12 годин. Але така концентрація мулу в аеротенку не може підтримуватися, тому що це порушує роботу вторинного відстійника.
Щоб розв’язати це питання, запропоновано здійснити технологію аеробної ферментації з підвищеною концентрацією активного мулу в аеротенку за допомогою модифікованої системи аеротенка - відстійника конструкції Г.О. Нікітіна (а.с. № 998388, 1982 р.). Вона складається з аеротенка, у якому розташований відстійник. Культуральна рідина з аеротенка подається на сепаратор з невеликою частотою обертів 600 хв-1. Надлишковий мул з сепаратора повертається в аеротенк, а культуральна рідина (фугат) з невисокою концентрацією мулу, до 5,0 г/л, надходить у відстійник, де відбувається освітлення очищеної стічної води в традиційному режимі.
Дослідження процесу метанового бродіння стічних вод молокозаводів показало його типові характеристики, відомі з літератури: невисока швидкість, складність здійснення періодичного режиму і т.ін. Шляхом комплексного аналізу показників встановлено, що з традиційною концентрацією активного мулу 5 г/л в культуральній рідині для практики можна рекомендувати тридобову тривалість безперервної ферментації (D=0,014 год-1). Наведені результати досліджень доводять, що інтенсивність метанового бродіння та аеробної ферментації можна в кілька раз збільшити за рахунок підвищення концентрації активного мулу при його поверненні в метантенк і аеротенк. При досягненні концентрації мулу 15 г/л (по сухій речовині) час ферментації може бути зменшений до 12 годин (D=0,083 год-1).
П'ятий розділ “Очищення загального стоку за комплексною інтенсивною технологією”.
Оптимальними умовами ми вважаємо ті, що отримано в попередніх дослідах. Вони дають змогу інтенсифікувати процес очищення СВ. Виходячи із сказаного, проведення дослідів здійснювалося за наступних режимів: анаеробна ферментація СВ з поверненням активного мулу – при швидкості протоку 0,083 год-1 (12-годинна ферментація), аеробна ферментація з поверненням мулу при тій же швидкості протоку.
Методика постановки дослідів така сама, як і в попередніх дослідженнях. У табл.5 показано отримані результати.
Таблиця 5
Гідрохімічна характеристика СВ і її зміна у процесі
метанового бродіння й аеробного доочищення при D = 0,083 год-1
У першу чергу звертає на себе увагу підтвердження отриманих раніше даних про високий ступінь очищення стічних вод у результаті метанового бродіння з поверненням активного мулу – на 92%, з ХСК від 3500 до 280 мг/л. Подальше зниження ХСК при аеробному доочищенні проходило майже до норм скидання СВ у водоймище (24 мг/л), у виробничих умовах кінцеве ХСК буде значно нижче. Аеробна ферментація в даних дослідах проводилася з частковим поверненням активного мулу, при якому його концентрація в аеротенку підтримувалася приблизно на рівні 10 г/л, по сирій біомасі вологістю 50%.
Це вказує на те, що 12-годинна аерація забезпечує повне доочищення і без підвищення концентрації активного мулу. Вода, очищена за комплексною технологією, має необхідні гідрохімічні показники з азоту, нітратів, нітритів тощо.
Шостий розділ “Дослідження процесу метанового бродіння молочної сироватки”.
Проведено дві серії дослідів з біотрансформації сироватки одночасно в метан і вітамін В12. В одній із них проводилося метанове бродіння з попередньою обробкою сироватки молочнокислими бактеріями. В другій серії дослідів попередня обробка середовища здійснювалася змішаною закваскою молочнокислих і пропіонових бактерій, що продукують вітамін В12. Попередня обробка середовища значно знижувала час метанової ферментації, з 5 до 2 діб. У результаті змішаного бродіння в біомасі накопичувалося до 120 мкг/кг вітаміну В12.
Щоб з'ясувати гранично можливу кількість біогазу, що утвориться, метанове бродіння натуральної сироватки проводилося на початку при малій швидкості протоку, D=0,0042 год-1. З 1 м3 сироватки, що містить 3,8 % лактози, виділялося 15 м3 біогазу з вмістом метану 88 %.
Питання про те, як зброджувати стічні води і сироватку, спільно чи окремо, вирішується для кожного виробництва по-різному.
Результати дослідів на молочній сироватці при різних швидкостях протоку показали (табл.6), що для практики можна рекомендувати швидкість протоку сироватки 0,0083 год-1 (12-годинна ферментація).
| 
