Розробка біотехнології очистки стічних вод і виробництва біогазу на відходах молочних заводів

Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

РОЗРОБКА БІОТЕХНОЛОГІЇ ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД І ВИРОБНИЦТВА БІОГАЗУ НА ВІДХОДАХ МОЛОЧНИХ ЗАВОДІВ

03.00.20 - Біотехнологія

ЛУКАШЕВИЧ ЄВГЕН АНАТОЛІЙОВИЧ

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

АНОТАЦІЯ

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 15 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.

Ключові слова: біотехнологія, стічні води, метанове бродіння, біогаз, метаногенез, аеробна доочистка, переробка сироватки, лактоза.

АННОТАЦИЯ

Лукашевич Е.А. Разработка биотехнологии очистки сточных вод и производства биогаза на отходах молочных заводов. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 03.00.20 - биотехнология. - Национальный университет пищевых технологий, Киев, 2003.

Диссертация посвящена разработке биотехнологии производства биогаза и очистке сточных вод молочной промышленности, включая производство метана на сыворотке и новую технологию очистки сточных вод с применением метанового брожения.

Исследования метанового брожения сточной воды как первой стадии очистки подтвердили сложность осуществления периодического процесса. Суммарное количество биогаза за весь период брожения достигает пяти литров в расчете на 1 л сброженой сточной воды. Высокий выход биогаза обуславливается наличием в сточной воде до 5 г/л лактозы, молочной кислоты, аминокислот, полипептидов, жиров и других веществ.

В экспериментах по непрерывному метановому брожению методом “минимального протока” установлено, что максимальный выход метана из сточной воды (3000 мг/л по ХПК) и сыворотки (70000 мг/л по ХПК) составляет, соответственно, 5,5 и 17 л/л. Это превышает данные, полученные при периодическом процессе, что свидетельствует о преимуществе непрерывного процесса брожения. Оптимальная скорость брожения сточных вод соответствует скорости протока 0,0138 ч-1, а скорость брожения сыворотки соответствует скорости протока 0,0083 ч-1.

Изучена возможность ускорения процесса метанового брожения повышением концентрации активного ила путем возврата его в метантенк. Установлено, что повышение концентрации ила целесообразно до 15 г/л по сухому веществу. Оптимальная продолжительность ферментации сточных вод различной концентрации загрязнений составляет около 3-х суток (72 часа), что соответствует скорости протока 0,0138 ч-1. В производственных условиях (в аппаратах большой емкости) возможно увеличение скорости протока до 0,021 ч-1. Основные показатели - значение рН, концентрация конечных продуктов типичны для метанового брожения. Значение ХПК сточных вод различной концентрации загрязнений снижалось в процессе метанового брожения соответственно с 3000 до 600 и 195 мг/л, т.е. на 80-85 %, что вполне пригодно для аэробной доочистки.

Для аэробной доочистки сточных вод после метанового брожения (для снижения ХПК с 600 до 25 мг/л) достаточно 12-часовой аэрации, если использовать повышенную концентрацию активного ила до 15 г/л по сухому веществу.

Однако для этого необходимо возвратить избыток активного ила перед поступлением культуральной жидкости из аэротенка во вторичный отстойник, чтобы не допустить нарушения работы отстойника. Для достижения нормальной концентрации активного ила в культуральной жидкости, поступающей в отстойник, достаточно применение сепаратора с частотой оборотов 600 мин-1 и продолжительностью сепарации в течение 3-5 минут.

На основании результатов исследований предложено теоретическое объяснение характера метанового брожения сыворотки, отличающегося неустойчивостью и пониженной скоростью ферментации в непрерывном процессе.

Впервые исследованы новые направления использования молочной сыворотки в качестве сырья для получения биогаза и продуктов, обогащенных витамином В12. С 1 м3 сыворотки можно получить 17 м3 биогаза. При совместной переработке сточных вод и сыворотки продуктивность биогаза значительно возрастает.

Впервые исследованы новые направления использования молочной сыворотки как вторичного сырья для получения полезного продукта. Данные свидетельствуют о возможности получения на молочной сыворотке вторичных продуктов с содержанием образовавшегося витамина В12 концентрацией 120 мг/кг сухого продукта, которые могут быть использованы как кормовые и пищевые препараты.

Разработано и предложено два варианта технологической схемы совместной переработки отходов с целью очистки сточной воды и получения биогаза. Первый вариант предусматривает совместное метановое брожение сточной воды и сыворотки с последующей аэробной доочисткой. Совместное метановое брожение упрощает технологию, однако конечная глубина очистки составляет 280 мг/л по ХПК, т.е. это приемлемо для сброса очищенной воды в канализацию. Второй вариант - раздельное метановое брожение сточной воды и сыворотки с последующей аэробной доочисткой смеси. В этом случае ХПК очищенной воды составляет 24 мг/л, что допустимо для сброса в водоем.

Внедрение любого варианта технологии позволит ежесуточно получать до

4 000 м3 горючего газа или около 120 000 м3 в месяц.

Расчет теплового баланса показывает, что 35% полученного биогаза обеспечивает энерге-тические потребности для поддержания необходимой температуры в метантенках, остальное может быть направлено на другие нужды. Экономический эффект от внедрения технологии составит 1 530 тыс. грн., окупаемость - 0,42 года (капитальные затраты - 800 тыс. грн.).

Ключевые слова: биотехнология, сточные воды, метановое брожение, метаногенез, биогаз, аэробная доочистка, переработка сыворотки, лактоза.

ANNOTATION

Lukashevich E.A. The development of the biotechnology of the sewage purification and the biogas production from the waste milk plants. - Manuscript.

The thesis for the scientific degree of the candidate of technical science by the specialization -03.00.20 - biotechnology. - National University of Food Technologies. Kiev, 2003.

The thesis is dedicated to the creation of complex technology of the waste processing of the milk production, including the biogas production on the serum and the new sewage purification technology with the use of methane fermentation.

The methane discharge on the sewage with the high COD 3000 milligram pro liter makes up 5,5 l/l. The optimal methane fermentation duration of the natural serum according to the results of the experiments makes that corresponds to the velocity of the channel - 0,0083 h-1, waste water - 0,0138 h-1 .

The possibility of the methane and aerobic fermentation acceleration by means of the concentration increment of the active silt with the aid of its return to the methanetank was studied. It was established that the silt concentration increment is expedient till 15 gr/l.

The economical effect from the application of such a technology will make up 1 530 grivnas, the payback (by the expenses of 800 000 grivnas.) is 0,42 of the year.

The key words: biotechnology, waste water, methane fermentation, methanogenesis, biogas, serum processing, lactose.

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)

Походження стічної води	Показники забруднень
	БСК, мг/л	ХСК, мг/л	Співвідношення БСК:ХСК
Київський ГМЗ №3	2200	2700	0,815
Козятинський молзавод	2600	3310	0,785
Броварський молзавод	2620	3320	0,789
Середнє	2473	3110	0,796

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.



біотехнологія стічні води газ

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)

Походження стічних вод	Показники метанового бродіння
	ХСК, мг/л	лактоза, %	ЛЖК, г/л	молочна к-та, г/л
	поч.	кінц.	% очищення	поч.	кінц.	поч.	кінц.	поч.	кінц.
Козятинський завод	3000	600	80	0,8		0,4	3,0	4,5
Київський ГМЗ №3	1500	195	87	0,3		0,05	2,2	2,8

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

Показники	Тривалість дослідів, діб
	поч.	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20
Концентрація активного мулу, г/л	80,0	75,3	68,0	58,0	50,0	40,0	40,0	38,0	36,0	38,0	36,0
ХСК, мг/л	160	200	190	180	178	180	190	200	190	195	195

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 - м 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

Показники	Тривалість дослідів, діб
	D = 0,021 год -1	D = 0,042 год -1	D = 0,083 год -1
	4	8	12	16	20	24	28	32	36	40	44	48	52
Концентрація активного мулу, г/л	6	-	8	-	12,5	-	18,5	-	20	28	32	36	35
ХСК, мг/л	600	-	590	-	490	460	450	405	380	270	250	200	200

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.

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

Стадія очищення	ХСК, мг/л	Лактоза, г/л	ЛЖК, г/л	Молочна к-та, г/л	Азот, мг/л	Нітрити, мг/л	Нітрати, мг/л	Біогаз, л/л(88% метану)
Початкова	3500	7,5	2,1	6,5	243	1,5	40,0	-
Після метанового бродіння	280	-	5,6	-	78,0	20,0	12,5	8,0
Після аеробного доочищення	24	-	0,3	-	48,5	0,8	98,0	-

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).

Таблиця 6. Зміна показників метанового бродіння сироватки при різних швидкостях протоку

Швидкість протоку, D, год -1	Зміна показників
	Лактоза, %	ЛЖК, г/л	Молочна кислота, г/л	Біогаз
	поч.	кінц.	поч.	кінц.	поч.	кінц.	заг., л/л	СО2 : СН4	СН4, л/л
0,0042	3,5	-	1,5	4,5	6,0	1,0	15,8	15 : 85	13,43
0,0083	3,8	0,1	1,8	6,0	5,5	4,8	15,0	15 : 85	12,8
0,0125	3,0	0,5	1,2	11,0	5,8	6,2	14,6	60 : 40	5,84

У сьомому розділі “Обговорення результатів, отриманих у дисертаційній роботі” зроблено висновок про основні досягнення теорії і практики в сфері біотрансформації відходів молочного виробництва, розроблено нетрадиційну технологію очищення стічних вод молокозаводів і, вперше показано можливість використання сироватки як вторинної сировини для виробництва біогазу.

У більшості проведених експериментів кількість газів, які утворюються при бродiннi сироватки, становила приблизно 15 л/л , вміст метану в біогазі - 85 %.

Показано, що при підвищеній концентрації активного мулу можна зменшити час метанового бродіння до 12 годин у порівнянні з 48-60 годинами у традиційному режимі. Це відбувається при концентрації активного мулу в межах 34-36 г/л по сирій біомасі.

За допомогою математичних розрахунків вперше показано, що навантаження на активний мул по різних субстратах (ХСК, лактозі) при оптимальних умовах ферментації залишається постійним незалежно від початкової концентрації субстрату. Цьому положенню дано біохімічне пояснення. Отримано підтвердження теорії утворення метану, яку розробив професор Нікітін Г.О. На прикладі експериментів з лактозою показано, що найважливішим фактором, що лімітує процес біосинтезу метану, є порушення рівноваги між швидкістю накопичення попередників, піровиноградної кислоти й ацетил-КоА, і трансформації їх в метан. Це є причиною відомої складності здійснення метанового бродіння на вуглеводах і низької швидкості цього процесу.

Отримані результати враховано в розробці оригінальної апаратурної схеми спільної переробки сироватки і стічної води.

У восьмому розділі „Технологія переробки стоків і сироватки із застосуванням метанового бродіння” розглядаються два варіанти комплексної технології, які відрізняються способом ана-еробної обробки вторинної сировини.

В першому варіанті СВ і сироватка після змішування прямують в метантенк, після чого здійснюється аеробне доочищення отриманої культуральної рідини. Принципова блок-схема переробки СВ і сироватки з сумісною анаеробною ферментацією виглядає так:

В другому варіанті, через високе ХСК, сироватка спочатку окремо піддається метановому бродінню, після чого культуральна рідина змішується з загальним стоком, і суміш прямує в другий метантенк для анаеробної ферментації. Отримана культуральна рідина подається на доочищення. Принципова блок-схема переробки загального стоку і сироватки з роздільною анаеробною ферментацією має такий вигляд:

Питання про доцільність проведення того чи іншого варіанту можна вирішити за допомогою розрахунків, використовуючи експериментальні дані. Ми пропонуємо варіант технологічної схеми, де сироватка піддається метановому бродінню окремо, в результаті чого всі наступні стадії очищення задовольняють вимоги технології і кінцевої якості очищеної води.

Щоб дотримуватися масштабів апаратів, умовно прийнято продуктивність заводу з переробки молока - 100 м3/добу. Отже, завод повинен скидати близько 90 м3 сироватки, кількість СВ становитиме 500 м3/добу. Переробка вторинної сировини здійснюється за інтенсивною технологією з параметрами: тривалість метанового бродіння сироватки - 3 доби; тривалість метанового бродіння суміші стоку і СВ - 2 доби; аеробне доочищення - 8 годин, час відстоювання - 2 години.

За даною схемою сироватка з ХСК 70000 мг/л після мікробіологічної та теплової обробки із збірника Зб-2 надходить через розхідомір в змішувач Зм-3, де відбувається гомогенізація з надлишковим аеробним мулум і культуральною рідиною за допомогою насосу Н-4. Суміш надходить у метантенк Р-6. Метанове бродіння відбувається з поверненням анаеробного мулу, тобто культуральна рідина із метантенка надходить у відстійник В-7, з якого осілий мул повертається в метантенк Р-6 за допомогою водоструйного насосу Н-5, а очищена вода з ХСК 14000 мг/л подається через розхідомір в змішувач Зм-8 за допомогою насоса Н-10. Сюди ж надходить підігріта в теплообміннику Т-9 СВ зі збірника Зб-1 з ХСК 3000 мг/л. Після змішування суміш з ХСК 4800 мг/л надходить у метантенк Р-11, де відбувається зниження ХСК до 480 мг/л, а культуральна рідина надходить у відстійник В-12, з якого осілий мул повертається через водоструйний насос Н-15 в метантенк Р-11, а СВ прямує на доочищення в аеротенк Р-16, де рівень ХСК знижується до 24 мг/л. Аеробна ферментація відбувається з поверненням активного мулу, де СВ із аеротенка освітлюється з допомогою сепаратора С-17 і подається в двоступеневий відстійник В-18, а відділений активний мул повертається в аеротенк. Після освітлення у відстійнику очищену воду з таким показником можна повертати на виробництво чи скидати у водоймище. Надлишковий мул повертається з відстійника через ерліфт-насос Н-19 в аеротенк для підтримання постійної концентрації.

Біогаз, який утворюється при цьому з метантенків та відстійників надходить через газові лічильники до блоку А - газопідготовки, газгольдеру Г-22, звідки проходить через десульфінізатор Д-23 і фільтр-водовідділювач Ф-24 з постійним тиском, до енергетичного блоку Б, в УСК і ПСК. Підігріта вода і димові гази надходять до блоку сушки В на колорифери К26, К-27 для підігріву сухого повітря, що подається вентилятором Вн-25 в розпилюючу сушарку С-30, куди насосом, після сепаратора Сп-28, подається анаеробний мул з метантенків. Суха біомаса в циклоні Ц-31 відділяється від зволоженого повітря і фасується у сухому вигляді в мішки.

Теплова енергія біогазу використовується на виробництво пару, електроенергії, високопотенційних димових газів та підігріву теплообмінної води низького потенціалу. Частина тепла іде на підігрів метантенків, а інша - використовується у виробництві. Для зменшення кількості біогазу, що йде на самозабезпечення теплом процесів, доцільно використовувати теплову енергію теплообмінної води високого температурного потенціалу 65 - 70 оС , з виробничого процесу (ВП) і УСК. Після використання теплообмінної води низького температурного потенціалу 30 - 45оС в калориферах та метантенках її слід направляти на теплову утилізацію в градирні.

Автоматичний моніторінг процесу проводиться АСУТП за допомогою комп`ютерної системи SCADA з використанням контрольних приладів: датчик плотноміру, датчик рН-метра, датчик рівня, термометр з пневмопередачою, регулятор тиску. Управління технологічного процесу виконується програмно-апаратним комплексом до складу якого входить ПК, програмний контролер, виконуючі механізми. Програмна підтримка забезпечується прикладними контрольно-діалоговими програмами Monitor PRO та PL7PRO під Windows: 95; 98; NT; 2000. Регулювання режимів процесу виконується шляхом зміни потоку рідини з використанням мембранно-виконуючих механізмів - пневмоклапанів.

У дев'ятому розділі „Розрахунок теплового балансу” проведено розрахунок теплового балансу, який показує, що з усієї кількості тепла, одержаного від використання біогазу, 35 % витрачається на підігрів метантенків, а 65 % - прямує на енергетичні потреби молочного заводу.

У десятомуй розділі “Виробнича перевірка результатів досліджень” досліди з метанового бродіння проводилися на Козятинському маслозаводі в апараті ємкістю 100 літрів. Здійснювалося бродіння сироватки з ХСК 70000 мг/л і стічної води з ХСК 2900 мг/л від'ємно-доливним методом.

Результати дослідів показали (табл.7, 8), що оптимальним режимом ферментації у разі збродження сироватки є 20%-ва заміна культуральної рідини.

В безперервному процесі це відповідає швидкості протоку 0,0083 год-1. Виходячи з дослідів зі збродження загального стоку, оптимальним режимом є тривалість ферментації 2,5 доби (40%-ва заміна культуральної рідини), що відповідає безперервному протоку 0,016 год-1.

Отже, результати дослідів підтверджують достовірність даних, отриманих у проведених нами дослідженнях. Вихід метану із сироватки і загального стоку перевищує вихід, отриманий у лабораторних умовах. Таким чином, результати виробничих досліджень підтверджують дані, отримані в проведених лабораторних дослідах.

Таблиця 7. Показники метанового бродіння сироватки в умовах виробництва

Кількість сироватки, введеної в метантенк	Час ферментації, Год	Об`єм газів, що виділилися, л	Співвідношення газів СН4 : СО2
л	%		загальний	у перерахуванні на 1 л сироватки
5 10 20 40 60	5 10 20 40 60	8 14 24 60 96	80,0 170,0 300,0 600,0 900,0	16,0 17,0 15,0 15,0 15,0	90 : 10 87 : 13 85 : 15 75 : 25 50 : 50

Таблиця 8. Показники метанового бродіння загального стоку в умовах виробництва

Кількість стоку, введеного в метантенк	Час ферментації, Год	Об`єм газів, що виділилися, л	Співвідношення газів СН4 : СО2
л	%		загальний	у перерахуванні на 1 л стоку
5 10 20 40 60	5 10 20 40 60	6 12 18 24 48	30,0 58,0 120,0 230,0 325,0	6,0 5,8 6,0 5,8 5,4	92 : 8 88 : 12 88 : 12 86 : 14 55 : 45

В одинадцятому розділі „Розрахунок економічного ефекту” показано, що річний еконо-мічний ефект від впровадження технології на молочному заводі з переробки 100 м3 молока на добу становить 1530 тис. грн., окупність - 0,42 року, при капітальних витратах у 800 тис. грн.

ВИСНОВКИ

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.

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.

...