ПІДВИЩЕННЯ ВИХОДУ БІОГАЗУ ПРИ ЗБРОДЖУВАННІ ГНОЮ ВЕЛИКОЇ РОГАТОЇ ХУДОБИ НА ОСНОВІ РАЦІОНАЛЬНОГО ДОДАВАННЯ НЕКОНДИЦІЙНОГО БОРОШНА В ЯКОСТІ КОСУБСТРАТУ
DOI:
https://doi.org/10.15407/scine16.04.023Ключові слова:
біогаз, метантенк, некондиційне борошно, гній великої рогатої худоби, біогазова установка, метанове бродіння.Анотація
Вступ. Важливим господарським питанням є переробка відходів тваринництва і сільськогосподарського виробництва не тільки для покращення екологічної безпеки, а й для отримання енергетичних ресурсів.
Проблематика. Коров’ячий гній застосовується для отримання біогазу, однак його вихід при цьому відносно
низький. Одним із шляхів підвищення виходу є спільне зброджування коров’ячого гною з некондиційним борошном,
яке не можна використовувати як продукт харчування для людини та як корм для сільськогосподарських тварин.
Проте вміст його в субстраті, при якому вихід біогазу є максимальним і не відбувається інгібування процесу метанового бродіння, не визначено.
Мета. Підвищення виходу біогазу шляхом раціонального додавання некондиційного борошна до субстрату на основі коров’ячого гною.
Матеріали й методи. Дослідження виходу біогазу при метановому зброджуванні субстрату на основі коров’ячого
гною з додаванням некондиційного борошна здійснювали на біогазовій установці у складі метантенка робочим об’ємом 30 л і мокрого газгольдера при періодичному режимі завантаження субстрату і температурі бродіння 35 °С. Порція субстрату: 1,7 кг гною, 2,5 кг води та 50, 100, 250 або 500 г борошна. При цьому склад борошна в субстраті становив
1,2 , 2,3%, 5,6% та 10,6 %. Для визначення оптимального вмісту борошна в субстраті, за умови максимального виходу
біогазу, було застосовано метод дихотомії.
Результати. Максимальний вихід біометану при вмісті 1,2 % борошна в субстраті становить 14,3 л/кг сухої органічної речовини (СОР), при 2,3 % — 20,9 л/кг СОР, при 5,6 % — 19,2 л/кг СОР. При вмісті 10,6 % борошна в субстраті
біогаз не горів, бродіння швидко припинялося. Оптимальний вміст борошна в субстраті на основі коров’ячого гною,
при якому вихід біогазу збільшується в 1,5 рази, становить 3,7 %.
Висновки. На основі проведених експериментальних досліджень побудовано модель виходу біогазу при поступовому завантаженні субстрату та визначено оптимальний вміст борошна в субстраті, при якому забезпечується
максимальний вихід біогазу.
Посилання
Polishсhuk, V., Tarasenko, S., Antypov, Je., Kozak, N., Zhyltsov, A., Okushko, O. (2020). Study of Methods of Biodiesel Neutralization with Aqueous Solution of Lymonic Acid. For results 6-th International Conference: Renewable Energy Sources (ICoRES 2019) (June 1214, 2019, Krynica, Poland), E3S Web of Conferences. 154. 02007.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015402007
Polishсhuk, V., Tarasenko, S., Antypov, Je., Kozak, N., Zhyltsov, A., Bereziuk, A. (2020). Investigation of the Efficiency of Wet Biodiesel Purification. For results 6-th International Conference: Renewable Energy Sources (ICoRES 2019) (June 1214, 2019, Krynica, Poland), E3S Web of Conferences. 154. 02006.
https://doi.org/10.1051/e3sconf/202015402006
Dubrovskis, V., Plume, I., Straume, I. (2018, May). Methane production from bread kursu and potatoes vineta waste and effect of catalyst metaferm. Engineering for Rural Development. For results 17-th International Scientific Conference Engineering for Rural Development, ERD (May 23-25, 2018, Jelgava, Latvia). 1828-1832.
https://doi.org/10.22616/ERDev2018.17.N414
Dubrovskis, V., Plume, I. (2017, May). Biogas potential from damaged bread. Engineering for Rural Development. For results 16-th International Scientific Conference: Engineering for rural Development, ERD (May 24-26, 2017, Jelgava, Latvia). 437-442.
Li, C. R., Mortelmaier, C., Winter, J., Gallert, C. (2015). Co-digestion of wheat and rye bread suspensions with source-sorted municipal biowaste. Waste Management, 40, 63-71.
https://doi.org/10.1016/j.wasman.2015.03.024
Yoon, Y., Lee, S., Kim, K., Jeon, T., Shin, S. (2018). Study of anaerobic co-digestion on wastewater treatment sludge and food waste leachate using BMP test. Journal of Material Cycles And Waste Management, 20 (1), 283-292.
https://doi.org/10.1007/s10163-017-0581-9
Menardo, S., Balsari, P. (2012). An analysis of the energy potential of anaerobic digestionof agricultural by-products and organic waste. BioEnergy Research, 5 (3), 759-767.
https://doi.org/10.1007/s12155-012-9188-0
Kafle, G.K., Kim, S.H., Sung, K.I. (2013). Ensiling of fish industry waste for biogas production: A lab scale evaluation of biochemical methane potential (BMP) and kinetics. Bioresource Technology, 127, 326-336.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2012.09.032
Lee, H. J., Lee, S. C., Kim, J. D., Oh, Y. G., Kim, B. K., Kim, C. W., Kim, K. J. (2003). Methane production potential of feed ingredients as measured by in vitro gas test. Asian-Australasian Journal of Animal Sciences, 16 (8), 1143-1150.
https://doi.org/10.5713/ajas.2003.1143
Alagcan, D. G., Pratap, S. K., Alagcan, M. M., Ginasha, D. R., Tuivavalagi, N. S., Garg, S. K. (2012). Use of compact biogas plant for biogas production utilizing Waste foodmaterials, fruits, and vegetable peelings of high calorific contents. International Journal of Engineering, Science and Metallurgy, 2 (1), 371-381.
Acharya, R. C., Mukundan, U. (2015). Effect of substrate variation on biomethane production at pilot scale. European Journal of Biotechnology and Bioscience, 3 (4), 24-27.
Bee, S. T., Nithiyaa, M., Sin, L. T., Tee, T. T., Rahmat, A. R. (2013). Investigation of biogas production and its residue with fertilization effect from municipal waste. Pakistan Journal of Biological Sciences, 16, 1104-1112.
https://doi.org/10.3923/pjbs.2013.1104.1112
Murphy, J., Braun, R., Weiland, P., Wellinger, A. (2011). Biogas from Crop Digestion. IEA Bioenergy.
Vitanza, R., Cortesi, A., Gallo, V., Colussi, I., De Arana-Sarabia, M. E. (2016). Biovalorization of brewery waste by applying anaerobic digestion. Chemical аnd Biochemical Engineering Quarterly, 30 (3), 351-357.
https://doi.org/10.15255/CABEQ.2015.2237
Colussi, I., Cortesi, A., Gallo, V., Vitanza, R. (2016). Biomethanization of brewer's spent grain evaluated by application of the anaerobic digestion model No. 1. Environmental Progress & Sustainable Energy, 35 (4), 1055-1060.
https://doi.org/10.1002/ep.12326
Bochmann, G., Drosg, B., Fuchsa, W. (2015). Anaerobic digestion of thermal pretreated brewers' spent grains. Environmental Progress and Sustainable Energy, 34 (4), 1092-1096.
https://doi.org/10.1002/ep.12110
Panjiсko, M., Zupancic, G. D., Zelic, B. (2015). Anaerobic biodegradation of raw and pre-treated brewery spent grain utilizing solid state anaerobic digestion. Acta Chimica Slovenica, 62 (4), 818-827.
https://doi.org/10.17344/acsi.2015.1534
Panjicko, M., Zupancic, G. D., Fanedl, L., Loga, R. M., Tisma, M., Zelic, B. (2017). Biogas production from brewery spent grain as a mono-substrate in a two-stage process composed of soiid-state anaerobic digestion and granular biomass reactors. Journal Of Cleaner Prodaction, 66, 519-529.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.07.197
Jatunarachchi, T. S. S., Senaratne, A. U., De Alwis, A. (2006). Study of anaerobic digestion of brewery spent grains. International Energy Journal, 7 (4), 279-287.
Wei, S., Bai, Z. H., Qin, W., Wu, Z. G., Jiang, R. F., Ma, L. (2018). Nutrient use efficiencies, losses, and abatement strategies for peri-urban dairy production systems. Journal of Environmental Management, 228, 232-238.
https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2018.09.016
Hirano, M. Y., Da Silva, C. L. (2018). Dairy cattle biogas usage in microturbines for energy generation and thermal exploitation. Engenharia Agricola, 38 (4), 526-535.
https://doi.org/10.1590/1809-4430-eng.agric.v38n4p526-535/2018
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.
https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.04.137
Bilandzija, N., Voca, N., Kricka, T., Jurisic, V., Matin, A. (2013). Biogas production on dairy farms: A Croatia case study. Mljekarstvo, 63 (1), 22-29.
Samuna, I., Saeeda, R., Abbasa, M., Rehanb, M., Nizami, A.-S., Asam, Z.-ul-Z. (2017). Assessment of bioenergy production from solid waste. Energy Procedia, 142, 655-660.
https://doi.org/10.1016/j.egypro.2017.12.108
Ohemeng-Ntiamoah, J., Datta, T. (2018). Evaluating analytical methods for the characterization of lipids, proteins and carbohydrates in organic substrates for anaerobic co-digestion. Bioresource Technology, 247, 697-704.
https://doi.org/10.1016/j.biortech.2017.09.154
Malakhova, D. V., Egorova, M. A., Prokudina, L. I., Netrusov, A. I., Tsavkelova, E. A. (2015). The biotransformation of brewer's spent grain into biogas by anaerobic microbial communities. World Journal of Microbiology & Biotechnology, 31 (12), 2015-2023.
https://doi.org/10.1007/s11274-015-1951-x
Oliveira, J. V., Alves, M. M., Costa, J. C. (2018). Biochemical methane potential of brewery by-products. Clean Technologies And Environmentral Polycy, 20 (2), 435-440.
https://doi.org/10.1007/s10098-017-1482-2
Mamchenkov, I. P., Potashov, A. I., Chernavin, A. S. (1964). Fertilizer Handbook. Moscow: Ear.
Vasiliev, V. A., Filippova, N. V. (1988). Handbook of Organic Fertilizers. Moscow: Rosagropromizdat.
GSTU 46.004-99. (1999). Wheat flour. Specifications Kyiv [in Ukrainian].
Gerasimenko, V. G., Gerasimenko, M. O., Melnichenko, O. M. (2004). Biotechnology. Bila Tserkva.
Schulz, H., Eder, B. (2006). Biogas practice. Basics, planning, plant construction, examples. Staufen near Freiburg, Germany: Okobuch Verlag.
Amon, T., von Bredov, H., Gromke, J. D., Doehler, H., Fisher, E., Frie, J., Woolf, S. (2005). Planning and installing bioenergy systems. A guide for installers, architects and engineers. Gyultsov-Pruzenm Germany: Special Renewable Resources Agency (FNR).
Karp, D. B. (2004). Econometrics. Vladivostok: DVGAU.
Förster, E., Rönz B. (1979). Methoden der Korrelations und Regressionsanalise. Berlin: Verlag die Wirstschaft.
The method of dividing a segment in half.
URL: http:// https://math.semestr.ru/optim/dichotomy-minimum.php (Last accessed: 15.02.2019).
Zablodskiy, M., Savchenko, V., Sinyavsky, O., Pliuhin, V. (2018, April). Interactions Between Magnetic Field and Biological Objects of Plant Origin. Proceedings For results IEEE 38th International Conference on Electronics and Nanotechnology, ELNANO. (April 24-26, 2018, Kyiv, Ukraine).
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Положення про авторські права Автори, які публікуються у журналі «Наука та інновації», погоджуються на такі умови: Автори зберігають авторські права та надають журналу право першої публікації. Автори можуть вступати в окремі, додаткові договірні угоди для не ексклюзивного розповсюдження надрукованої у журналі «Наука та інновації» версії своєї роботи (статті) (наприклад, розмістити її в інституційному сховищі або опублікувати в своїй книзі), із підтвердженням її первинної публікації у журналі «Наука та інновації». Авторам дозволено розміщувати свою роботу в Інтернеті (наприклад, в інституційних сховищах або на їх веб-сайті).
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
