Дослідження анаеробної переробки мелясної барди
Автор: Котула Юрій Сергійович
Кваліфікаційний рівень: магістр (ОНП)
Спеціальність: Харчові технології (освітньо-наукова програма)
Інститут: Інститут хімії та хімічних технологій
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2024-2025 н.р.
Мова захисту: англійська
Анотація: Виробництво етилового спирту в Україні є ключовою галуззю, однак стикається з проблемами економічної неефективності та значним екологічним навантаженням через утворення великих обсягів після спиртової мелясної барди. Цей висококонцентрований техногенний відхід (ХСК 50-100 тис. мг/дм?) становить суттєву загрозу для довкілля. Одним із перспективних напрямів утилізації та очищення є застосування метанового бродіння (анаеробного зброджування), що дозволяє не лише знизити забруднення (ХСК на 70-80%), але й отримати біогаз як відновлюване джерело енергії. Проте ефективність анаеробного процесу залежить від багатьох факторів і потребує наукового обґрунтування та визначення оптимальних умов, особливо для такого складного субстрату, як мелясна барда, що характеризується високим вмістом органічних сполук, мінеральних солей та сульфатів. Для інтенсифікації та оптимізації процесу анаеробної переробки мелясної барди було проведено дослідження впливу ключових факторів. Зокрема, вивчали вплив температурного режиму (мезофільний та термофільний діапазони), початкової активної кислотності (pH) середовища та ефективність різних нейтралізуючих агентів (сода, вапно, попіл) для доведення pH до оптимальних значень (близько 6.4-7.1). Також порівнювали ефективність різних мікробних культур як інокулятів (комерційний препарат ЕМ-1 та адаптована культура мікроорганізмів з гною) та їх концентрації. Додатково досліджували доцільність та оптимальну дозу внесення ферментного препарату (ФП "Оксизим") для покращення стадії гідролізу складних органічних речовин, присутніх у барді. Ефективність процесу оцінювали за динамікою виділення газів та ступенем зниження хімічного споживання кисню (ХСК) протягом 10-14 діб ферментації в лабораторних умовах. 5 За результатами досліджень встановлено оптимальні умови для анаеробної переробки мелясної барди. Оптимальною температурою визначено 45°C. Підтверджено необхідність нейтралізації вихідної кислої реакції барди, причому найкращі результати показали використання соди для досягнення початкового pH ? 6.4. Адаптована культура мікроорганізмів з гною виявилася ефективнішою за препарат ЕМ-1, а оптимальна її кількість склала 8 г (в умовах експерименту). Внесення ферментного препарату в дозі 6 мл суттєво покращило ступінь очищення, дозволивши досягти зниження ХСК на ~59.3% за 14 діб при використанні 8 г гною. Таким чином, запропоновано комплексний підхід до оптимізації процесу, що включає контроль температури, pH, вибір та дозування інокуляту та ферментного препарату. Впровадження анаеробного зброджування за визначеними оптимальними параметрами дозволить значно зменшити екологічне навантаження від спиртових заводів та отримати цінний енергетичний ресурс, однак при проектуванні установок необхідно враховувати потребу в очищенні біогазу від сірководню, що утворюється через високий вміст сульфатів у мелясній барді. За результатами технологічних розрахунків виконано економічну частину роботи. У економічній частині розраховано економічний ефект, який забезпечить впровадження запропонованих вдосконалень процесу, а також розглянуто стан ринку збуту продукції, виконано аналіз ринку ресурсів та розрахунок витрат на виробництво, розроблено план виробництва та збуту продукції та план маркетингу і організаційний план. В економічній частині також розраховано економічну ефективність виробництва. Ключові слова: мелясна барда, анаеробне зброджування, біогаз, хімічне споживання кисню (ХСК), оптимізація, температура, pH, мікроорганізми, ферментний препарат, гній, сода.