Анотація до роботи:

Лукашевич Є.А. Розробка біотехнології очистки стічних вод і виробництва біогазу на відходах молочних заводів. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 03.00.20 – біотехнологія. – Національний університет харчових технологій, Київ, 2003.

Дисертація присвячена розробці біотехнології виробництва біогазу і очищення стічних вод молочної промисловості із застосуванням метанового бродіння. Визначено можливість використання стічних вод і молочної сироватки як вторинної сировини для виробництва пального газу.

В експериментах з безперервного метанового бродіння методом “мінімального протоку” встановлено, що максимальний вихід метану на стічній воді з ХСК 3000 мг/л становить 5,5 л/л. Оптимальна тривалість ферментації стічних вод відповідає швидкості протоку 0,0138 год^-1, а сироватки 0,0083 год^-1.

Вивчено можливість прискорення процесу метанового бродіння та аеробного доочищення стічних вод після метанового бродіння шляхом підвищення концентрації активного мулу з подальшим поверненням його в апарати з відстійників. Встановлено, що підвищення концентрації мулу доцільно до 17 г/л.

Розроблено і запропоновано варіант апаратурно-технологічної схеми спільної переробки відходів з метою очищення стічної води та одержання біогазу. Економічний ефект від впровадження технології становить 1530 тис. грн., окупність 0,42 року.

Виконана робота є завершеною науковою працею, в якій на основі результатів проведених досліджень вперше розроблено і прийнято до впровадження комплексну анаеробно-аеробну технологію очищення концентрованих стічних вод молочних виробництв і одночасної переробки сироватки з одержанням біогазу, кормових продуктів і очищенної води, впровадження якої заповнює відсутність у промисловості діючої ефективної технології.

1. Висока концентрація забруднень стічних вод молочної промисловості, що становить 1500-3000 мг/л з ХСК, обумовила необхідність розробки та застосування комплексної анаеробно-аеробної технології очищення, дослідженню якої присвячена дана робота. Одночасно з вивченням технологічних режимів очищення, вирішувалась задача визначення можливості використання стічних вод і молочної сироватки як вторинної сировини для виробництва пального газу.

2. Встановлено, що високий вихід біогазу обумовлений наявністю в стічній воді до 5 г/л лактози, молочної кислоти й інших речовин. Для визначення параметрів безперервного процесу проведено періодичне бродіння стічних вод з ХСК 3000 мг/л. Кількість виділеного біогазу (80% метану) за весь період бродіння досягала 5 л/л зброджених стічних вод.

3. Встановлено в експериментах з безперервного метанового бродіння, що максимальний вихід чистого метану на стічній воді з ХСК 3000 мг/л становить 5,5 л/л. Оптимальна тривалість ферментації стічних вод різної концентрації забруднень становить до 3-х діб, що відповідає швидкості протоку 0,0138 год^-1. Значення ХСК стічних вод знижувалося в процесі метанового бродіння до 600 мг/л, тобто на 80 %, що цілком прийнятно для аеробного доочищення.

4. Підтверджено можливість прискорення процесу метанового бродіння шляхом підвищення концентрації активного мулу до 15 г/л по сухій речовині з подальшим поверненням його в метантенк. Встановлено, що максимальний рівень підвищення концентрації анаеробного мулу для інтенсифікації метанового бродіння залежить від складу стічної води. Дано наукове пояснення, що подальше збільшення концентрації активного мулу може призвести до його автолізу через дефіцит поживних речовин і вторинного забруднення збродженого середовища.

5. Встановлено, що 12-годинної аерації стічних вод після метанового бродіння досить для зниження залишкової концентрації забруднень з 600 до 25 мг/л по ХСК, якщо використовувати підвищену концентрацію активного мулу 15 г/л по сухій речовині. При звичайній концентрації мулу 5 г/л за цей час відбувається зниження ХСК до 120 мг/л.

6. Розроблено спосіб підтримки підвищеної концентрації аеробного активного мулу в аеротенку, не порушуючи роботи вторинного відстійника. Запропоновано застосування сепаратора з частотою обертів 600 хв^-1 для сепарування надлишку активного мулу перед вторинним відстійником і повернення його в аеротенк. На підставі отриманих даних запропоновано апаратурне оформлення аеробного доочищення. Це дає змогу вдвічі скоротити час аеробної ферментації.

7. Вперше отримано позитивні результати пошукових досліджень щодо можливості збагачення мікробної біомаси, отриманої на відходах молочної промисловості, вітаміном В₁₂ до 120 мг/кг за допомогою пропіонових та молочнокислих бактерій. Ці дані свідчать про можливість одержання на молочній сироватці вторинних продуктів, збагачених вітаміном В₁₂, що можуть бути використані як кормові і харчові препарати.

8. Методом “мінімального протоку” встановлено, що в процесі метанового бродіння з 1 літру натуральної сироватки, що містить 3,8 % лактози, утворюється в середньому 15,8 л біогазу, що практично збігається з теоретичними розрахунками.

9. На підставі одержаних результатів досліджень зроблено уточнення теорії метаногенезу, яке полягає в тому, що основним лімітуючим фактором метанового бродіння є перевищення швидкості накопичення попередників метану (піровиноградної кислоти та ацетил-КоА) і їх трансформації у метан. Порушення цієї рівноваги створює умову для перетворення попередників на продукти неповного розпаду – ЛЖК і, як наслідок, припинення процесу метаногенезу. Найбільш характерно це проявляється при наявності в зброджуваному середовищі вуглеводів, які мають високу швидкість метаболізму і швидко накопичують надлишок попередників. Саме тому періодичне метанове бродіння у середовищі з вуглеводами практично неможливе, а безперервний процес відбувається за умови мінімальної кількості вуглеводів, що вводяться в бродильний апарат, тобто при малих швидкостях протоку зброджуваного середовища.

10. Розроблено два варіанти технологічної схеми переробки стічної води і сироватки. Перший варіант передбачає спільне метанове бродіння стічної води і сироватки з наступним аеробним доочищенням. Другий варіант – роздільне метанове бродіння стічної води і сироватки з наступним аеробним доочищенням суміші. Кінцеве ХСК очищеної води становить 24 мг/л, що припустимо для скидання у водоймище. За другим варіантом розроблено апаратурну схему. Впровадження будь-якого варіанту технології дасть змогу підприємству з об`ємом переробки молока 100 т щодоби одержувати до 4 000 м³ біогазу.

11. Досліди на промислово-дослідній установці підтвердили ефективність виробництва метану на стічній воді і молочній сироватці. Шляхом розрахунку теплового балансу встановлено, що 35% отриманого біогазу забезпечує обігрів метантенків.

12. За результатами проведених досліджень розроблено технічну документацію на впровадження технології очищення стічної води молочних виробництв, яка затверджена „Державним департаментом продовольства” Міністерства аграрної політики України. Видано завдання на розробку проекту очисних споруд Козятинського маслозаводу. Економічний ефект від впровадження нової технології на підприємстві з об`ємом переробки молока 100 т/добу складе 1530 тис. грн., окупність 0,42 року, при капітальних витратах – 800 тис. грн.

Публікації автора:

1. Лукашевич Є.А., Нікітін Г.О. Інтенсифікація аеробного очищення стічних вод підприємств молочної промисловості //Харчова і переробна промисловість. – 1998. – №8 – С. 32-33.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів та підготовці матеріалів.

2. Лукашевич Є.А., Нікітін Г.О. Метод метанового бродіння //Харчова і переробна промисловість. – 1998 – №5 – С. 30.

Особистий внесок здобувача полягає в плануванні експерименту, проведенні експериментальних досліджень, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

3. Лукашевич Є.А., Нікітін Г.О. Утилізація молочної сироватки //Харчова і переробна промисловість. – 1999 – №3 – С. 18-19.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні літературних джерел, плануванні та проведенні експерименту, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

4. Лукашевич Є.А., Нікітін Г.О. Біогаз – з молочної сироватки //Харчова і переробна промисловість. – 2000 – №10 – С. 22-23.

Особистий внесок здобувача полягає в плануванні експерименту, проведенні експериментальних досліджень, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

5. Лукашевич Є.А., Нікітін Г.О. Очищення загального стоку молочного виробництва по комплексній інтенсивній технології //Харчова і переробна промисловість. – 2002 – №2 – С. 17-18.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів та підготовці матеріалів.

6. Нікітін Г.О., Левітіна Н.В., Семенова О.І.,Петриченко Н.О.,Лукашевич Є.А. Впровадження та вдосконалення біотехнології очищення стічних вод харчових і переробних галузей АПК // Тези доповідей міжнародної науково-технічної конференції „Розробка та впровадження нових технологій і обладнання у харчову та переробну галузі АПК”. – Київ: КТІХП. – 1993. – С. 141.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні літературних джерел, участі в проведенні експериментальних досліджень та підготовці матеріалів.

7. Лукашевич Є.А., Кріт С.М. Екологічні проблеми та шляхи їх вирішення у виробництві хлібного квасу // 66-а студентська наукова конференція. Програма і тези доповідей. Частина II. – Київ: УДУХТ. – 2000. – С. 35.

Особистий внесок здобувача полягає в плануванні експерименту, проведенні експериментальних досліджень, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

8. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А. Перероблення загального стоку молокозаводу за комплексним методом // 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених. Програма і мате-

ріали конференції. Частина II. – Київ: УДУХТ. – 2001. – С. 83.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів та підготовці матеріалів.

9. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А. Очищення стічних вод з поверненням активного мулу в аеротенк за допомогою центрифуги // 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених. Програма і матеріали конференції. Частина II. – Київ: УДУХТ. – 2001. – С. 83.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні літературних джерел, участі в проведенні експериментальних досліджень та підготовці матеріалів.

10. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А. Інтенсифікація процесу метанового бродіння молочної сироватки з попередньою обробкою її молочнокислими бактеріями // 67-а наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених. Програма і матеріали конференції. Частина II. – Київ: УДУХТ. – 2001. – С. 84.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні експериментальних досліджень, обробці результатів та підготовці матеріалів.

11. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А., Малюжко О.В. Утилізація молочної сироватки з метою отримання біогазу // Наукові праці. Українського державного університету харчових технологій. № 10. – Київ: УДУХТ. – 2001. – С. 160.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні літературних джерел, плануванні та проведенні експерименту, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

12. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А. Виробництво біогазу на сироватці по новій технології очищення стічних вод із застосуванням метанового бродіння // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів. Програма і матеріали конференції. Частина II. – Київ: НУХТ. – 2002. – С. 79.

Особистий внесок здобувача полягає в опрацюванні літературних джерел, участі в проведенні експериментальних досліджень та підготовці матеріалів.

13. Нікітін Г.О., Лукашевич Є.А. Нові напрями використання молочної сироватки як вторинної сировини для отримання корисного продукту // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів. Програма і матеріали конференції. Частина II. – Київ: НУХТ. – 2002. – С. 79.

Особистий внесок здобувача полягає в плануванні експерименту, проведенні експериментальних досліджень, узагальнені результатів, підготовці матеріалів до публікації.

14. Пат. 48928 А UA, МПК 7 СО02F3/12. Пристрій для аеробного очистки стічних вод: Пат. 48928 А UA, МПК 7 СО02F3/12/ Г.О. Нікітін, Є.А. Лукашевич (UA); ДДІВ. – №2002064495; Заява 03.06.02; Опубл. 15.08.02; Бюл. №8.

Особистий внесок здобувача полягає в пошуку аналогів та прототипів, розробці моделі пристрою, та її апробації в лабораторії, оформлення матеріалів та документів.