УДК 628.3

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПЕРЕРАБОТКИ ЗЕРНОВОЙ БАРДЫ С ПОЛУЧЕНИЕМ БИОГАЗА

Каранов Ю.А.1, Чумак Ю.В.2
1ГНУ «УкрНИИспиртбиопрод», лаборатория экологии
2ГНУ «УкрНИИспиртбиопрод», научный сотрудник

Аннотация
Одной из наиболее острых экологических и социальных проблем современности является прогрессирующие загрязнение окружающей среды в частности водных бассейнов стоками как коммунальных, так и промышленных предприятий. Связано это с ростом промышленности, увеличением населения и отсутствием должного контроля в первую очередь со стороны государства. Решение этих проблем требует оптимизации использования вод, координации работ руководителей предприятий и научных работников. Нами предложена схема которая позволяет не только уменьшить количество вредных выбросов в гидросферу но и получить дополнительную энергию из отходов производства в виде биогаза.

Ключевые слова: биогаз, биологическая очистка сточных вод, зерновая барда, переработка, спирт


FLOW DIAGRAM OF GRAIN STILLAGE PROCESSING WITH BIOGAS RECEPTION

Karanov Yu.A.1, Chumak Yu.V.2
1GSI "UkrSRIspirtbioprod", ecology laboratory
2GSI "UkrSRIspirtbioprod", scientific researcher

Abstract
One of the sharpest ecological and social problems of the present is progressing environmental in particular aqueous basins an outlet both municipal, and the industrial enterprises. It is bound to industry growth, augmentation of the population and absence of due control first of all from the state. The decision of these problems demands optimisation of use of waters, coordination of works of heads of the enterprises and science officers. We offer the schema which allows not only to reduce quantity of harmful exhausts in hydrosphere but also to receive additional energy from production wastes in the form of biogas.

Keywords: alcohol, biogas, bioscrubbling of sewage, grain stillage, processing


Библиографическая ссылка на статью:
Каранов Ю.А., Чумак Ю.В. Технологическая схема переработки зерновой барды с получением биогаза // Современная техника и технологии. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2014/05/3563 (дата обращения: 02.10.2017).

Химический состав зерновой барды исследован довольно давно [1, стр. 5 – 7]. В Украине на спирт перерабатывают в основном кукурузу, ячмень, пшеницу, рожь. Состав барды зависит от типа перерабатываемого сырья и приведен в табл. 1.

В последние годы Украина существенно увеличила производство зерновых культур в сравнении с периодом 1995–2005 гг. Сейчас среднегодовой валовый сбор зерновых составляет 46–58 млн т, что позволяет перерабатывать зерновые даже в тех отраслях пищевой промышленности где раньше оно не использовалось [2, стр. 30]. В Украине ежегодно перерабатывается на пищевой этиловый спирт и технический этанол около 500 тыс. т зерновых поскольку такой спирт является более качественным, чем полученный от переработки свекловичной мелассы.

Известно, что затраты на основное сырье в себестоимости спирта при переработке зерна весьма существенные. Они составляют до 60–65 % всех затрат. Тем не менее, в условиях увеличения покупательской способности населения, актуальным для спиртовой отрасли становиться вопрос выпуска готовой продукции высокого качества, отвечающей современным требованиям по всем органолептическим и биохимическим показателям. Качество конечного продукта – спирта, являющегося исходным сырьем в производстве ликероводочных изделий, напрямую связано с качеством сырья, поэтому к зерну предъявляют все более высокие требования. В настоящее время выпуск высококачественной алкогольной продукции возможен в первую очередь благодаря использованию успешных результатов фундаментальных и прикладных исследований, посвященных вопросам эффективной переработки зерна пшеницы озимой на различные продукты [5, стр. 12].

В качестве отходов этого производства получается приблизительно 1,5 млн т нативной зерновой барды, содержащей в среднем 6 – 7 % сухих веществ. Поэтому вопрос о рациональной переработке этих отходов остро стоит перед спиртовыми заводами. В недалеком прошлом, при интенсивном развитии животноводства, зерновую барду перерабатывали на разнообразные кормовые продукты (белковую пасту, сухой порошок, добавку к различным комбикормам).

Таблица 1. Состав зерновой барды %, в зависимости от перерабатываемого сырья

Состав барды

Вид зерна

Кукуруза

Рожь

Пшеница

Ячмень

Вода

93,15

92,56

94,85

93,10

Сухие вещества

6,85

7,44

8,14

6,90

Сухие растворимые вещества

2,49

2,89

1,97

2,7

Клетчатка

0,32

0,48

0,47

0,65

Азот

0,40

0,27

0,19

0,24

Зола

0,04

0,45

0,41

0,57

Жир

0,67

0,05

0,44

0,46

Общеизвестно, что развитие промышленности приводит к увеличению количества как специфических отходов производства, так и сточных вод в целом. Из-за высокой концентрации сухих веществ, в частности углеводов и белков нативную барду запрещено сбрасывать в систему канализации даже после механической очистки. Наиболее приемлемым методом очистки этих отходов на современном этапе производства является биологическая очистка с получением метана.

Широкое использование принципов оптимизации при выборе технологических схем очистки промышленных стоков требует разработки точных и несложных методик оптимальных расчетов. Отсутствие таких методик сдерживает внедрение и использование преимуществ вариантного проектирования, приводит к необоснованному завышению капитальных затрат и эксплуатационных расходов на очистку стоков.

Из широкого круга вопросов, составляющих проблему оптимального проектирования, авторы преимущественно выделяют два имеющих по их мнению наиболее важное значение: получение математических моделей производства [3, стр. 45–46] и расчет материальных балансов технологической схемы очистки сточных вод.

Проектирование схем очистки на уровне современных требований и поиск оптимальных проектных решений возможны при широком применении экономических, производственных и технологических методов в сочетании с современными компьютерными программами [4, стр. 5–7]. В связи с этим алгоритмизация расчетов по оптимизации технологических схем очистки зерновой барды и составление пакета прикладных программ представляют несомненный практический интерес как у ученых так и на производстве.

На некоторых спиртовых заводах уже действуют подобные схемы очистки зерновой барды с помощью метантенков. Это позволяет предприятиям экономите средства на утилизации сточных вод а также дает дополнительную прибыль в виде биогаза который используют в качестве обычного газа метана в технологическом процессе производства спирта либо для отопления помещений и поддержания оптимальной температуры в реакторах.

Очистка зерновой барды анаэробным методом производится в метантенках. Процесс может происходить при температуре 20 – 30 °С (мезофильное сбраживание) либо 40 – 55 °С (термофильное сбраживание). В результате распада органических соединений в в анаэробных условиях образуются газы – метан, углекислый газ, азот, водород и сероводород, кроме того остается определенное количество жирных и гуминовых кислот, сульфидов и других соединений. Этот способ очистки применяют при высокой концентрации органических веществ в сточных водах, что мы имеем в зерновой нативной барде.

Активный ил или биопленка при нормальной работе очистных сооружений на полную очистку состоят из скоплений бактерий (зооглей), среди которых в небольшом количестве развиваются и нитчатые бактерии, отдельные виды грибов, актиномицеты, жгутиковые, различные виды корненожек, инфузорий, коловраток и червей.

Подробная схема очистки представлена ниже.

При получении 30 м3 зерновой барды в сутки со спиртзавода, ее нейтрализуют каустической содой (расход 10 кг/сутки) и отправляют на центробежное разделение (центрифуга либо декантер) на 2 фракции – твердая (5 м3) и жидкая (25 м3).

Для твердой фракции необходим реактор (метантенк) объемом не менее 100 м3. В котором, происходит термофильное сбраживание при температуре 57 °С с обязательным перемешиванием субстрата и зооглея. Полученный при подобном сбраживании органических веществ биогаз подается для сжигания на котельную предприятия либо коммунальных служб, а жидкие отходы направляют в вертикальный отстойник, из нижней части которого ежедневно отбирают около 3 м3/сутки органического удобрения. Его можно использовать непосредственно под технические культуры либо после непродолжительного периода компостирования вместе с торфом вносить под овощные и плодовые культуры.

Жидкую фракцию 25 м3 направляют для сбраживания в реактор типа UASB нагревая ее до 37 °С (мезофильные условия). Необходимый объем такого реактора не менее 100 – 120 м3. Для повышения выхода биогаза и оптимизации производственных процессов необходимо оснастить реактор газоилоотделителями. Биогаз полученный, в результате биохимических процессов также направляют на сжигание в котельных. А жидкую фракцию сливают в биопруды для доочистки с помощью аэробной микрофлоры и фауны. Экспериментально подсчитано, что объем прудов необходимо иметь не менее 1500 м3. По мере очистки этих стоков сброс очищенной воды из биопрудов в систему канализации либо в природные проточные водоемы должен составлять 26–27 м3/сутки.

Общий выход биогаза из двух реакторов биологической очистки зерновой барды составляет в среднем 600 м3/сутки, в котором содержание метана может достигать 58–60 % об. При рыночной стоимости газа на уровне 400 $ за тыс. кубометров ежегодная экономия предприятия на энергоносителях может составлять в среднем 46–50 тыс. $.

Также необходимо учитывать экологическую составляющую этого вопроса, ведь понижая содержание органических веществ в сточных водах путем микробного сбраживания мы сохраняем полезную микрофлору природных водоемов и уменьшаем в разы производственную нагрузку на канализационную систему наших населенных пунктов.


Библиографический список
  1. Рудницкий П.В. Получение белковых кормов из зерновой барды / П.В. Рудницкий, А.И. Скирстымонский, К.Д. Макаренко. Киев. – Техника. – 1979. – 29 с.
  2. Петренко В.В. Влияние систем земледелия на технологические свойства зерна и муки пшеницы озимой в процессе хранения / В.В. Петренко// Достижения науки и техники АПК. – 2012. – №12.– С. 30 – 32.
  3. Петренко В.В. Математические модели прогнозирования сохранности хлебопекарных свойств зерна пшеницы при его долгосрочном хранении / В.В. Петренко// Аграрная Россия. – 2014. – №1. – С. 43–46
  4. Артамонов В.В. Технологические схемы очистки сточных вод / В.В. Артамонов, Т.В. Вижевская. Киев. – Будивельник. – 1989. – 64 с.
  5. Петренко В.В. Переработка низкокачественного зерна пшеницы на спирт / В.В. Петренко, Т.Ю. Осипова// Сельское, лесное и водное хозяйство. – 2014. – №3 (30). – С. 13–17.
  6. Роговская Ц.И. Биохимический метод очистки производственных сточных вод / Ц.И. Роговская. Москва. – Издательство литературы по строительству. – 1988. – 140 с.


Все статьи автора «whippet»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: