Интенсификация процессов спиртообразования и утилизации отходов спиртового производства

Сорокодумов, Сергей Николаевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Интенсификация процессов спиртообразования и утилизации отходов спиртового производства
ВАК РФ 03.00.23, Биотехнология

Автореферат диссертации по теме "Интенсификация процессов спиртообразования и утилизации отходов спиртового производства"

СОРОКОДУМОВ Сергей Николаевич

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ПРОЦЕССОВ СПИРТООБРАЗОВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ СПИРТОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

Специальность: 03.00.23 - Биотехнология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2005

Работа выполнена в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева

Научный руководитель: Кандидат технических наук, доцент

доцент А.Е. Кузнецов

Научный консультант: Доктор технических наук

профессор А.А. Кухаренко

Официальные оппоненты: Доктор биологических наук

профессор Г.И. Эль-Регистан Доктор технических наук В.В. Лалов

Ведущая организация: Государственное Научное Учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии РАСХН, г. Москва

Защита состоится " 22 " ноября 2005 г. в 1230 на заседании диссертационного совета ДМ.212.204.13 в Российском химико-технологическом университете им. Д.И. Менделеева (125047, Москва, Миусская пл., 9) в ауд._.

С диссертацией можно ознакомиться в информационно-библиотечном центре РХТУ им. Д.И. Менделеева

Автореферат разослан " 20 " октября 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

ДМ.212.204.13

И.В. Шакир

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В современных экономических условиях и с учетом сложившихся традиций в отечественной спиртовой промышленности преобладающее количество пищевого этилового спирта получают на основе микробиологической переработки крахмалсодержащего сырья, в частности, зернового сырья. Вместе с тем с усилением конкуренции между производителями спирта и экологических ограничений, в биотехнологии этилового спирта возрастает актуальность решения таких научно-технических задач, как увеличение выхода этанола из исходного сырья, улучшение качества выпускаемого этанола, а также разработка эколого-эффективных способов утилизации отходов и методов очистки сточных вод. Решение этих задач предлагаемыми для спиртовой промышленности способами зачастую требует существенной модернизации действующих производств, немалых капиталовложений и как следствие повышения себестоимости продукции.

Зарубежный опыт и тенденции показывают, что целенаправленная работа по модернизации и совершенствованию технологий с целью обеспечения более экологически чистого производства без увеличения себестоимости, при обеспечении требуемого качества продукции и повышения интенсивности процессов, требует использования превентивных мер. Применительно к биотехнологии получения этанола из зерносырья такими мерами, в частности, могут бьггь: совершенствование процессов подготовки зерносырья с уменьшением потери сбраживаемых Сахаров, получение чистой культуры дрожжей с высокой бродильной активностью и обеспечение доминирования культуры в условиях неасептической ферментации с целью уменьшения накопления побочных продуктов брожения и как следствие - уменьшения затрат на очистку этанола на стадии ректификации, ресурсо-и энергосберегающая переработка и обезвреживание зерновой барды - основного отхода спиртового производства.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в совершенствовании биотехнологии этилового спирта и разработке новых подходов, не требующих существенной модернизации действующего производства н направленных на повышение конкурентоспособности производства этилового спирта из зерносырья, повышения его экономической и экологической эффективности путем решения следующих задач:

- совершенствование этанольного брожения в результате более эффективных режимов ферментативной обработки при приготовлении сусла;

- исследование и апробация примемишл анши иммивс агентцццв частности, перокси-

РвС. НАЦИОНАЛЬНАЯ [

да водорода, для обеспечения доминирфания ВЖММЮТИЕКНой дрожжевой культуры и

С. Петербург ЪЛ 09 ТОО/ а«т Цо '

уменьшения содержания побочных продуктов без потери бродильной активности дрожжей при сбраживании зернового сусла в неасептических условиях;

- исследование процесса анаэробного сбраживания зерно-спиртовой барды с использованием современных высокопроизводительных анаэробных реакторов нового поколения, в частности, иАвВ-реактора, для удаления основной массы загрязнений из зерно-спиртовой барды ресурсо- и энергосберегающим анаэробным методом;

- получение исходных данных, необходимых для расчета опытно-промышленной установки для биоутилизации зерно-спиртовой барды в иЛвВ-реакторе и создания экологически чистого производства этилового спирта.

Научная новизна. Проведенные исследования позволили применительно к промышленным условиям производства этилового спирта из зерна обосновать рациональные режимы ферментативной обработки при приготовлении сусла, что обеспечило улучшение технологических свойств готового сусла, повышение содержания спирта в готовой бражке на 0,15 % об. и выход спирта на 1,2-1,3 дал из 1 т усл. крахмала.

Впервые предложено и научно обоснована возможность использования пероксида водорода для улучшения характеристик спиртового брожения. Экспериментально установлено, что в условиях постоянного селективного давления на популяцию дрожжей-сахаромицетов, вызываемого пероксидом водорода, возможен отбор популяций, устойчивых к относительно большим дозам вносимого Н2Оз и сохраняющих высокую активность при сбраживании углеводов в этанол.

На основе проведенных исследований с производственной культурой предложены режимы внесения Н2О2, позволяющие снизить уровень инфицированности посторонней микрофлорой на стадии получения условно-чистой дрожжевой культуры (засевного материала) без последующего падения бродильной активности дрожжей-продуцентов. В частности, установлено, что для дрожжей, предварительно адаптированных к пероксиду водорода, оптимальные дозы внесения Н2О2 при выращивании посевного материала в периодических условиях составляют не более 1,0 г/л (по 100% Н2Ог), при этом Н2Ог необходимо вносить на стадии активного роста при концентрации клеток дрожжей не менее 0,2-0,5 г асд/л.

Впервые исследованы процессы метаногенного сбраживания зерно-спиртовой барды в иАЯВ-реакторе. Показана возможность достижения производительности \JASB-реактора (по удаляемой ХПК) 9000-12000 мг/л.сут, а удельной активности анаэробного ила (по убыли ХПК) 40000-50000 мг/л ила в сут, что в 3-6 раз (по удельной производительности объема реактора1) превышает производительность метантенков классического

типа, при этом степень удаления органических загрязнений из барды составляет не менее 75-85%.

Найдены критические условия в отношении нагрузок и организации циркуляционных потоков в иЛвВ-реакторе при переработке зерно-спиртовой барды. Впервые показана целесообразность использования режима с циклическим изменением скорости восходящего потока жидкости при нагрузках на реактор до 1500-2000 мг/л.ч.

Получены основные данные, необходимые для расчета опытно-промышленной установки для сбраживания зерно-спиртовой барды в идвВ-реакторе.

Практическая значимость. Рассмотренные научно-технические задачи решались применительно к ФГУП "Биотехнологический завод" (пос. Серебряные Пруды, Московская обл.) производительностью 2000 дал/сутки по этиловому спирту. Проведенные исследования являются важной составляющей проекта технической модернизации и совершенствования спиртового производства с целью его интенсификации и решения эколого-биотехнологических задач.

Результаты, полученные в ходе исследований спиртового брожения с внесением пе-роксида водорода, создают предпосылки для получения условно-чистой культуры и уменьшения инфицированности бражки при проведении спиртового брожения вместо традиционных для спиртовой промышленности средств термической стерилизации и за-кисления культуры серной кислотой.

Промышленное внедрение сбраживания зерно-спиртовой барды в иА8В-реакторе позволит не только обезвреживать избыток зерно-спиртовой барды наиболее совершенным энерго- и ресурсосберегающим способом, но и одновременно получать анаэробный гранулированный ил в качестве товарного продукта для использования в качестве стартового материала при загрузке промышленных анаэробных реакторов нового поколения, внедряемых на предприятиях пищевой, пивоваренной, ликероводочной отраслей промышленности для анаэробно-аэробной очистки сточных вод с высоким содержанием органических загрязнений.

Новый способ использования пероксида водорода для совершенствования спиртового брожения защищен патентом РФ. Положительные результаты проведенных исследований подтверждены актом производственных испытаний.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены на V Международном конгрессе "Окружающая среда для нас и будущих поколений: экология, бизнес и экологическое образование" (2000 г., Самара - Астрахань - Самара), научно-практической конференции "Передовые технологии на пороге XXI века" (2000 г., Киши-

нев, Молдова), научно-практической конференции "Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности" (2000 г, Казань), 3-ей Международной научно-практической конференции "Научпо-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли" (2001 г., Москва), 3-ем Международном конгрессе "Биотехнология: состояние и перспективы развития" (2005, Москва).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 работ, в том числе 1 учебное пособие, 4 статьи, 8 тезисов сообщений, 1 патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, главы с описанием результатов экспериментальных исследований и их обсуждением, выводов и списка литературы, включающего 195 источников. Работа изложена на 182 стр. машинописного текста, иллюстрирована 32 рисунками, 16 таблицами. В приложении представлены протоколы и акты испытаний.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования. В опытах с ферментативной обработкой зерносырья, предназначенного для последующего этанольного сбраживания промышленной расой дрожжей, использовался ячмень с крахмалистостью 52 % и ферментный препарат амило-субтилин ГЗХ (АС = 1300 ед./г), глюкоамилаза жидкая (ГлС = 5800 ед./г), а ткаже прото-субтилин ГЗХ с протеолитической активностью 70 ед./г и амилолитической активностью 300 ед./г.

При изучении спиртового брожения использовалась производственная культура термотолерантных дрожжей Засскаготусея сегегаше Меуеп расы Т 985 с морфологическими признаками и физиологическими свойствами штамма по ТУ 9182-400-000080642000, сбраживающего глюкозу, сахарозу, мальтозу, галактозу и на 1/3 раффинозу. Оптимальная температура роста дрожжей от 30 до 36°С, рН среды 3,6-4,2. Контроль за качеством чистой культуры дрожжей осуществляли в соответствии с технологическими инструкциями. В качестве питательной среды использовалось зерновое сусло, приготовленное в условиях производства, а также модельная среда с сахарозой и минеральными компонентами - источниками азота, фосфора, калия, магния.

Используемый в ряде опытов пероксид водорода вносился в виде пергидроля (33% Н2О2) непосредственно в ходе процесса культивирования, подбирая его оптимальную концентрацию в среде.

При изучении метаногенного брожения использовался фильтрат спиртовой барды с содержанием загрязнений по ХПК ~30000 мг/л, рН 4,2-4,4, полученный фильтрацией производственной спиртовой барды с содержанием сухих веществ 6,7-8,4%, в том числе

белка и аминокислот 0,17 - 0,4%, аммонийного азота 1,4%, безазотистых экстрактивных веществ 3,4 - 3,8%. При необходимости барду подщелачивали 2н раствором ЫаОН. При сбраживании барды использовался анаэробный гранулированный ил, отобранный с очистных сооружений пивоваренного завода.

Методы. Исследования по культивированию микроорганизмов проводились на базе кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева. Дрожжи выращивали в периодическом режиме в аэробных или анаэробных условиях. В опытах на колбах (объем колб 250 мл, объем среды 30-100 мл) в условиях аэрации дрожжи выращивали на термостатируе-мой качалке с числом оборотов 180-200 об/мин при температуре 24-32°С, рН 3,0-5,0. Для изучения брожения в анаэробных условиях использовались колбы объемом 0,5 л и 1 л с отводом для СОг при малых оборотах (40 об/мин) мешалкой с магнитным приводом. Объем посевного материала составлял в зависимости от постановки опыта от 2 до 10 % объема среды.

Культивирование дрожжей также проводили в аэробных и анаэробных условиях в лабораторном ферментере "Фермус-3" (изготовитель НИЦ "Биоавтоматика", г. Н. Новгород) общим объемом 4,5 л, с модифицированной системой регистрации и контроля параметров культивирования с использованием программного обеспечения "Биодром-1", разработанного на кафедре биотехнологии РХТУ.

За ходом процесса следили по изменению рН, рОг, ЕЬ, оптической плотности суспензии, микроскопированием проб, измерением текущих концентраций субстратов (рефрактометрическим методом), а также измеряли бродильную активность по скорости выделения С02 из ферментера или в отобранных аликвотах.

Метаногенное сбраживание барды проводили в двух анаэробных иАЗВ-реакторах со слоем гранулированного ила и восходящим потоком жидкости (рис.1). Реакторы рабочим объемом 2,75 л каждый были изготовлены из стеклянных цилиндров диаметром 90 мм, имели коническое днище из нержавеющей стали, а также сепарационное устройство в верхней части для разделения жидкой, твердой и газовой фаз и вывода сброженной и осветленной барды из реактора. В каждом реакторе имелся контур для рециркуляции без-иловой жидкой фазы, отбираемой над слоем ила в точке на 1Л высоты реактора. Рециркуляция осуществлялась с целью повышения массообмена в слое гранулированного ила для интенсификации брожения. Реакторы были помещены в термостат для сбраживания в ме-зофильном режиме при 34-39°С.

Рис. 1. UASB-реактор.

1 Реактор объемом 2,7 л. 2. Слой гранулированного ила. 3. Сепарационное устройство. 4. Циркуляционный контур. 5. Подвод барды. 6. Отвод сброженной барды. 7 Гидрозатвор. 8. Отвод биогаза. 9. Измерительный цилиндр. 10. Перистальтические насосы.

При сбраживании барды в UASB-реакторах задавали степень разбавления, скорость подачи и скорость рециркуляции барды, контролировали объем ила, рН среды на входе реактора, определяли скорость выделения биогаза, долю СКЦ в биогазе (по разнице объемов, замеренной после поглощения СОг 2н р-ром КОН), рН на выходе из реактора, содержание взвешенных веществ (турбидиметрически), концентрацию ХПК бихроматным методом, аммонийного азота (с использованием тест-системы Sera). Содержание сухих веществ в иле определяли гравиметрическим методом.

Проводили статистическую обработку результатов по общепринятым методам с использованием критерия Стьюдента при уровне значимости р 0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Интенсификация процесса спиртового брожения путем изменения режимов приготовления сусла.

На первом этапе исследований рассматривалась возможность улучшения показателей брожения путем подбора более эффективных режимов предобработки зерносырья при приготовлении сусла.

ФГУП "Биотехнологический завод" работает по Мичуринской схеме разваривания зерна, предварительно размолотого и смешанного с водой. Осахаривание - непрерывное в совмещенном испарителе-осахаривателе (V=20 м3). Видимая концентрация сусла после осахаривания составляет 15,5 - 16,5 % СВ. Брожение периодическое, 3-х суточное.

В условиях действующего производства апробировались различные режимы осаха-ривания разваренного ячменя ферментными препаратами: амилосубтилином ГЗХ, прото-субтилином ГЗХ, глюкоамилазой (препаратом "Диазим Х4"), и с учетом специфики процесса па ФГУП "Биотехнологический завод" было предложено использовать доосахари-вание непосредственно в режиме брожения. Кроме того, апробировалась ферментативная обработка сырья, обработанного ультразвуком.

Недостатком общепринятых методов ферментативной обработки зерна в спиртовом производстве является накопление низкомолекулярных Сахаров, ингибирующих амило-литические ферменты, а также торможение растворения крахмала зерна растворенным крахмалом и продуктами гидролиза, присутствующими в сусле. В результате остается не-растворенным от 1 до 3,5% крахмала, введенного в производство с сырьем, и соответственно, снижается выход спирта. Поскольку при удалении углеводов, например при их сбраживании, скорость гидролиза оставшихся олигосахаридов может увеличиваться, то это может привести к уменьшению потерь углеводов. Однако в этом случае осахаривание должно идти при температуре брожения, что снижает скорость гидролиза используемыми в спиртовом производстве термостабильными ферментами, оптимум каталитической активности которых лежит выше 40°С. В то же время в условиях ФГУП "Биотехнологический завод" брожение продолжается несравненно дольше, чем осахаривание, поэтому падение каталитической активности ферментов может оказаться несущественным для завершения процесса гидролиза. Кроме того, такому совмещенному процессу может благоприятствовать использование термофильных штаммов дрожжей, в частности 5. сегтэтае Т 985.

В результате проведенных исследований было установлено, что наибольший эффект при использовании предложенного варианта обработки зерносырья и брожения наблюдается при применении Протосубтилина ГЗХ в концентрации 1 кг/т условного крахмала. При этом заметно улучшались технологические свойства готового сусла: в начальный период брожения снизилось ценообразование в бродильных чанах; сусло стало менее вязким. В ходе брожения особых отличительных моментов не наблюдалось, однако содержание спирта в готовой бражке повысилось в среднем на 0,15 % об. и по итогам 2-х месяцев испытаний увеличение в выходе спирта составило 1,2-1,3 дал из 1 т усл. крахмала. Ферментативный гидролиз сырья, обработанного ультразвуком с использованием преобразователя "Афалина" при частоте 22 кГц, средней плотности энергии 2 кВт/м3, приводил к увеличению скорости накопления глюкозы на 30-35%, однако обработка ультразвуком приводит к повышенным затратам (стоимость генератора, энергозатраты) при подготовке

сырья, что требует дополнительной технико-экономической проработки для применения в производственных условиях.

Использование пероксида водорода для уменьшения инфицированности процесса брожения при сохранении высокой бродильной активности дрожжей.

Благодаря эколого-гигиеническим преимуществам пероксид водорода находит все большее применение в различных отраслях промышленности в качестве дезинфицирующего агента, в водоподготовке и водоочистке, несмотря на его относительную высокую стоимость. Известно применение Н2О2 и в качестве источника кислорода в технологии высокоплотностного культивирования микроорганизмов, в частности, генетически-модифицированных штаммов с целью получения лекарственных препаратов, а также при биоремедиации загрязненных почв.

Общеизвестно, что Н2Ог угнетает развитие микроорганизмов, в относительно небольших дозах вызывая у них окислительный стресс, а в больших - гибель клеток. Вместе с тем в последние годы появились данные о важной биохимической и позитивной роли Н2Ог как регулятора внутриклеточных процессов. В водных экосистемах Н2Ог участвует в процессах самоочищения. Так, на кафедре биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева было показано, что при биологической очистке сточных вод его внесение в аэро-тенк с активным илом, адаптированным к Н2О2, может приводить к улучшению очистки, снижению остаточного загрязнения выходящей с очистных сооружений воды, а при культивировании дрожжей (p. Candida) - к повышению выхода биомассы и снижению остаточных концентраций неутилизированных субстратов и метаболитов. Учитывая двойственное действие пероксида водорода - как дезинфицирующего средства, с одной стороны, а с другой - как агента, улучшающего в определенных условиях показатели биосинтеза, в диссертационной работе было предложено его использование для подготовки за-севного материала с целью улучшения характеристик спиртового брожения. Важный этап этих исследований - выяснение принципиальной возможности получения линии дрожжей-сахаромицетов, устойчивой к относительно большим дозам Н2О2, и в то же время сохраняющей высокую бродильную активность. В условиях неасептического процесса при выращивании устойчивых к окислительному стрессу дрожжей внесение Н2О2 в среду позволило бы, угнетая развитие посторонней микрофлоры, снижать обсемененность дрожжевой культуры, улучшить качество бражки и в целом показатели брожения.

Данный раздел работы включал следующие исследования:

- исследование влияния различных концентраций Н202 на производственную культуру дрожжей в неасептических условиях,

- подбор оптимальных режимов внесения Н2О2 при выращивании посевного материала и последующем сбраживании субстрата (зернового сусла),

- селекционный отбор и получение линии дрожжей, устойчивой к Н2Ог,

- определение основных показателей процесса брожения при использовании Н2О2,

В табл. 1 приведены результаты роста дрожжей в колбах в неасептических условиях при последовательном пересеве на среду с зерновым суслом (разбавленным в 30 раз) без внесения (контроль) и при внесении Н2О2.

Таблица 1

Показатели роста дрожжей при последовательном пересеве с внесением и без внесения Н202.

№ пассажа Сн202 г/л 2 4* 5 6 7 8 9* 10 И 12

Время роста, ч 17 50 23 24 46 22 28 49 21 21

Б0**, опт. ед. 0,22 0,30 0,14 0,33 0,37 0,35 0,35 0,42 0,26 0,32

ДОкотроль 0 2,99 2,55 3,11 2,97 2,97 2,18 2,07 0,15

до . 0,50,7 0.256 13 51,0 2.86 92,0 3.10 104,4 2.99 100,7 2.37 108,7 3,32 160,4 2.49

до/доютр,% 8,6

до . 1,42,0 М 70,6 0.03 1,1 10 101,0 2.95 99,3 2.21 101,4

ДО/ДОвдктр, %

до . 2,85,0 -0.08 м 94,3 199 91,3 3.06 147,8 2.94 2,67 2.64

ДО/ДОикц,, % -2,7

до . 7,010,0 0.51 20,0 2.06 69,4 М 50,5 2.61 126,1

ДО/ДО«ошр, %

*Рост при 23-24°С, **Ос - исходная концентрация биомассы, ДО - прирост биомассы за время

культивирования, оптич. ед. (1 опт. ед. ~ 0,7 г асд/л).

По мере увеличения числа пассажей в контроле происходило увеличение бактериальной обсемененности и уменьшение прироста биомассы, обусловленное вытеснением культуры дрожжей дикой микрофлорой и развитием сукцессии. При пересеве дрожжей на среду в условиях добавления Н2О2 по мере увеличения числа пассажей культура адаптировалась к возрастающим концентрациям пероксида, при этом дрожжи оставались доминирующими в микроценозе, а уровень бактериальной обсемененности оставался в пределах 1-10 клеток бактерий в поле зрения микроскопа. К 10-13 пассажам дрожжи могли выдерживать разовое внесение 15-30 г/л Н2О2 без существенного уменьшения уровня накопления биомассы по исчерпании субстрата (рис. 2). Устойчивость популяции дрожжей возрастала при увеличении количества посевного материала и была наибольшей в экспоненциальной фазе роста. Таким образом, в неасептических условиях при постоянном селективном давлении на популяцию дрожжей-сахаромицетов, вызываемого пероксидом

водорода, возможен отбор популяций дрожжей, доминирующих в ценозе и устойчивых к относительно большим дозам вносимого Н2О2.

В целом, внесение Н202 в популяцию адаптированных дрожжевых клеток приводило к торможению их роста (рис. 2, вариант А), но вместе с тем конечный выход биомассы повышался на 10-17% (рис. 2, вариант Б). Эффект повышения выхода биомассы сохранялся и после прекращения добавления Н2О2 в среду культивирования на протяжении не менее 4-х пассажей.

-о-0 8 г/л Н202 -•-3 7-7,4 г/л Н202

д 15-30г/лН202 - - д.- 60г/лН202

Рис. 2. Влияние дозы Н2О2 на прирост дрожжевой массы.

Использовались дрожжи 10-13 пассажей; А - прирост после 5 ч культивирования, Б - прирост после 21 ч культивирования.

По результатам экспериментов оптимальная разовая доза внесения Н2О2 при выращивания посевного материала в аэробных периодических условиях составляет не более 1 г/л (по 100% Н2О2), при этом Н2О2 необходимо вносить на стадии активного роста при концентрации клеток дрожжей не менее 0,2-0,5 г асд/л.

С полученными адаптированными линиями дрожжей была проведена серия экспериментов по сбраживанию сусла. На рис. 3 представлены результаты брожения с использованием культуры 9-го пассажа (см. табл. 1) в сравнении с культурами, выросшими без внесения Н2О2. Видно, что в варианте с адаптированной линией рост дрожжей и сбраживание субстрата происходят более активно.

Таким образом, можно полагать целесообразным использование в процессе спиртового брожения метода получения условно-чистой культуры на основе дрожжей, адаптированных к пероксиду водорода, с целью уменьшения инфицированное™ процесса и повышения их бродильной активности.

кислотность

Рис. 3. Сравнение показателей брожения адаптированных к Н2О2 дрожжей и неадаптированных (контроль) в тестовых экспериментах.

48 65

часы брожения, ч

Исследование метаногенного сбраживания зерпно-спиртовой барды в 11А8В-реакторе

Следующим разделом работы явились исследования по биоутилизации основного отхода спиртового производства - барды. Представляло интерес выяснить возможность переработки нативного фильтрата барды, максимальные возможности иАЗВ-реактора (рис. 1) по сбраживающей мощности и количеству удаляемых веществ (по ХПК), устойчивость анаэробного процесса к нерегулярности подачи барды, а также оптимальные входные параметры, условия проведения процесса и показатели на выходе.

В опытах в иЛвВ-реакторе №1, в котором содержалось гранулированного ила (У„л) 90-130 мл/л (4,0-5,9 г асв/л), максимальная скорость выделения биогаза (Угаз) составила 300-350 мл/ч (110-130 мл/л.ч) при скорости подъема жидкости (Ор) 0,25-1,35 м/ч, а в реакторе №2 (Уил = 50-90 мл/л) - 80-100 мл/ч (рис. 4). При малом содержании загрязнений во входном потоке (ХПК до 6000 мг/л) выделение биогаза увеличивалось пропорционально объемному прогоку (скорости разбавления Б) среды через реактор вплоть до Р=1 сут"1. При ХПК на входе -10000 мг/л выделение биогаза максимально при О =0,6-0,8 сут"1. При ХПКЕХ = -30000 мг/л оптимальное О = 0,4-0,6 сут"1 (рис. 5). Таким образом, с повышением ХПКМ наблюдалось смещение оптимальной величины протока в меньшую сторону. Это можно объяснить тем, что при одинаковых величинах О бродильная активность ила и скорость выделения биогаза возрастают с повышением ХПКвх, при этом с увеличением Угаз растет нестабильность слоя гранул ила, и как показали наблюдения, при Угаз > 130 мл/л выделяющиеся пузырьки биогаза коалесцируют в слое ила, а образующиеся газовые пузыри разрушают его. Это приводит к повышенному уносу ила из реактора и уменьшению его производительности. При таком критическом значении Уш максимальные нагрузки на реактор достигали 14000-16000 мг/л.сут (по ХПК).

200 -

100

180 1 160

а 140 > 120

100

80-

т 400

С 3

g 300 >

200 100 0

5000

10000

15000 20000

ХПКвх'О, мг/л.сут

Рис. 4. Изменение скорости выделения биогаза Угаз при увеличении нагрузки по ХПК на реактор.

A. Реактор №1, О = 0,24-0,9 сут"1, 0Р=0,0-0,7 м/ч, VИлa = 90-130 мл/л

B. Реактор №2, Б = 0,2-1,35 сут'1, Ср=0,25-1,35 м/ч, Уила = 50-90 мл/л

4000

8000

12000

ХПКвх'О, мг/л.сут

0,2

0,4

0,6

0,8 „ 1 D, сут-1

о _

-г

0,1

0,2

0,3

0,4 0,5 Ц сут-1

0,6

Рис. 5. Изменение скорости выделения биогаза Vm при увеличении скорости подачи барды в UASB-реактор (№1).

A. ХПК„=6000±1000 мг/л, Gp=0,0-0,4 м/ч, V,™ = 105-130 мл/л

B. ХПК„=10000±2000 мг/л, Gp=0,4-0,7 м/ч, Уяла = 90-130 мл/л

C. ХПК„=30000±5000 мг/л, Gp=0,5 м/ч, У«Л1,= 110-130 мл/л

Рис. 6. Изменение сбраживающей мощности UASB-реактора (№1) при увеличении нагрузки по ХПК. D = 0,05-0,9 сут'1, Gp=0,0-0,7 м/ч, Vlula = 90-130 мл/л

Рис. 7. Изменение ХПК в стоке на выходе из UASB-реактора (№1) при увеличении нагрузки по ХПК. D = 0,05-0,9 сут"1, Gp=0,0-0,7 м/ч,

0 5000 10000 15000 20000 У"ла = 90-130 мл/л

ХПКвх/D, мг/л.сут

В области устойчивой работы UASB-реактора, когда слой ила не разрушается, его сбраживающая мощность растет пропорционально (до 9000-12000 мг/л.сут) с увеличением нагрузки до 14000-16000 мг/л.сут, (рис. 6). При подаче в реактор неразбавленной барды максимальная сбраживающая мощность была достигнута при D=0,3-0,5 сут"', однако при D>0,3 сут"1 и высоких ХПКвх возрастает остаточное ХПК в выходном стоке - от 5000 до 12000 мг/л (рис. 7). При максимальной сбраживающей мощности реактора 9000-12000 мг/л.сут и использованном количестве ила максимальная удельная сбраживающая активность ила составляет (по убыли ХПК) 40000-50000 мг/л.сут (1500-3000 мг/г асв ила в сутки), что даже несколько превышает максимальные значения, приведенные в литературе.

Минимальные критические величины ХПКах составляют 1500-2000 мг/л, а минимальные критические нагрузки - 500-1000 мг/л.сут (рис. 4). Полученные критические величины также согласуются с цифрами, приводимыми в литературе для реакторов UASB-типа.

xriKex.'D, мг/л.сут

2 14000

При изменении скорости рециркуляции жидкости в НАЗВ-реакторе и соответственно скорости восходящего потока Стр при относительно малых нагрузках по ХПК 12002400 мг/л.сут (рис. 8) наблюдается кратковременное (на 1-2 ч) возрастание бродильной активности в 1,5-3 раза. Можно предположить, что в условиях неравномерного распределения потока вдоль профиля биореактора и в толще 1ранул ила при небольших нагрузках и слабом перемешивании частиц ила функционирует только часть популяции метаноген-ной ассоциации, остальная часть находится в режиме голодания по субстрату Увеличение скорости рециркуляции жидкости приводит к перераспределению структуры потока и более равномерному распределению концентрации субстрата на короткое время, при этом вовлекается в работу большая часть метаногенной ассоциации. Затем вновь формируются концентрационные профили с локальными зонами голодания по субстрату и активность ила возвращается на прежний уровень.

§ 40

2 30 >

20 10 О

1 50-.

? 40-

> 30-

20 ■

10 ■

0,0,2 м/ч

а. 0,2 м/ч

О. 0,6 м/ч

У "а 2 80-

* 60

40-

20-

В -♦

Ср0,1 м/ч Ср 0,4 м/ч

время, ч

0 2 4 6 8 10

врем!, ч

Рис. 8. Изменение скорости выделения биогаза Ут при нагрузках до 3000 мг/л.сут при изменении скорости восходящего потока Ор.

A. 0Р=0,2 > 0,6 м/ч, П=0,4 сут"1, ХПКИ=3000, Уил»=90 мл/л

B. 0Р=0,1 > 0,4 м/ч, 0=0,3 сут"1, ХПКвх=6000, У1иа=Ю5 мл/л

C. 0Р=0,2 > 0,0 м/ч, 0=0,4 сут'1, ХПКвх,=6000, Уила=105 мл/л

При больших нагрузках по ХПК (>4000 мг/л.сут) структура потока в макромасштабе биореактора более равномерная; в режиме голодания находится существенно меньшая часть популяции и метаногенез лимитируется диффузией субстрата вглубь гранул, при этом наблюдается возрастание бродильной активности с увеличением скорости восходя-

6 8 время, ч

щего потока вследствие уменьшения толщины пограничного слоя на границе жидкость-гранула и соответственно возрастания потока субстрата к поверхности гранулы. Скорость восходящего потока 1,0-1,3 м/ч является критической для данного типа реактора и перерабатываемого стока. При этой концентрации с течением времени наблюдается вымывание ила и! реактора вследствие повышенного его уноса с восходящим потоком, возрастание содержания взвешенных веществ в выходящем потоке (рис 9) и постепенное снижение производительности реактора.

Рис. 9. Влияние скорости восходящего потока вр в реакторе на содержание взвешенных веществ (по оптической плотности) в

потоке на выходе из

и -1-1-1-1---1-1-1

о 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 реактора.

Ср, и/ч ХПКвх = 6000-10000 мг/л.

Таким образом, при нагрузках по ХПК < 1800-2000 мг/л.сут в биореакторе целесообразно периодически - 1 раз в 2-3 ч менять скорость рециркуляции жидкости в интервале 0,0-0,6 м/ч При нагрузках по ХПК > 4000 мг/л сут скорость восходящего потока целесообразно поддерживать в интервале 0,4-0,7 м/ч. йр> 1-1,3 м/ч является критической для иА8В-реактора при переработке спиртовой барды.

Максимальные величины нагрузки и сбраживающей мощности, полученные в данной диссертационной работе, не могут быть повышены путем адаптации ила к стоку, поскольку обусловлены не биологическими причинами, а мехническим разрушением слоя гранул ила. Дальнейшее повышение сбраживающей мощности реактора может быть обусловлено только существенными изменениями его принципа работы и конструкции.

Эксперименты показали, что в области устойчивой работы биореактора резкое увеличение ХПК в стоке на входе и соответственно нагрузки приводит к пропорциональному росту скорости выделения биогаза с выходом на более высокий стабильный уровень за 1 -3 сут (рис. 10). Этот рост обусловлен прежде всего активизацией накопленной в реакторе ацидогенной и метаногенной микрофлоры, а не новообразованной биомассой, поскольку за это время се прирост составляет не более 25-30% от находящейся в биореакторе.

После перерыва в подаче барды в пределах 1 -2 сут анаэробный ил восстанавливает свою бродильную активность спустя 6-7 ч. При перерывах в подаче барды в пределах 2-3

недель активность ила восстанавливается за 0,5-2 сут. Таким образом, процесс отличается достаточно быстрым восстановлением активности ила после длительных перерывов в подаче спиртовой барды в биореактор. Это свойство анаэробного ила весьма удобно с практической точки зрения, поскольку позволяет эксплуатировать анаэробный реактор в режимах малых нагрузок или вовсе его останавливать на длительное время.

время, ч

Рис. 10. Изменение скорости выделения биогаза Уга1 с течением времени при увеличении ХПК среды на входе в реактор. 0Р=0,5 м/ч, 0=0,26-0,48 сут"1, Ушв = 110-130 мл/л.

При сбраживании неразбавленной барды содержание метана в биогазе составило 49,4-52,2%масс - при нагручках 7000-8000 мг/л.сут. и 37,3-42,6 %масс. - при нагрузке 16000 мг/л.сут. Содержание аммонийного азота возрастало с увеличением убыли ХПК после сбраживания, достигая 1000-1200 мг/л при сбраживании неразбавленной барды, при этом в первую очередь сбраживались углеводные компоненты барды, а лишь затем -белковые и другие азотсодержащие соединения.

рН среды в реакторе в высокоинтенсивном режиме сбраживания изменялось в диапазоне 7,0-8,8 и практически не зависело от рН среды на входе в реактор, т.е. рН в процессе анаэробного сбраживания в достаточной степени авторегулируется ацидогенной и метаногенной популяцией биореактора, поэтому подацелачивания барды, закисленной в ходе хранения, в принципе, не требуется.

Эксперименты показали, что при переработке барды по схеме анаэробное сбраживание - аэробная доочистка с целью более глубокого снижения ХПКвых перед аэробной очисткой можно использовать 2-х ступенчатый анаэробный процесс по последовательной схеме с двумя иАвВ-реакторами.

Исследования процесса сбраживания зерно-спиртовой барды в ПАвВ-рсакторе позволили определить основные данные, необходимые для расчета опытно-промышленной установки, с одностадийным анаэробным сбраживанием:

- сбраживаемый материал

фильтрат нативной барды либо барда, разбавленная до 5 раз

для неразбавленного фильтрата барды:

- максимальная нагрузка по ХПКвх, мг/л.сут 14000-16000

- минимальная нагрузка по ХПКвх , мг/л.сут 500-1000

- рабочая нагрузка по ХПКвх., мг/л.сут 8000-10000

- максимальная сбраживающая мощность реактора

по убыли ХПК, мг/л.сут 9000-12000

- максимальная сбраживающая активность единицы объема

ила по убыли ХПК, мг/л.сут 40000-50000

- максимальная сбраживающая активность единицы массы

ила по убыли ХПК, мг/г.сут 1500-3000

- рабочая сбраживающая мощность реактора

по убыли ХПК, мг/л.сут 7000-9000

- время пребывания барды в реакторе 3-5 сут.

- ХПК среды на входе в реактор, мг/л 1500-30000

- ХПК среды на выходе из реактора, мг/л 400-8000

- степень удаления загрязнений (по ХПК), % 75-85

- содержание М-КН/ на выходе 50-1200

- содержание взвешенных веществ на выходе из реактора, г/л 0,2-2

- количество образующегося биогаза, м3/м3.ч до 0,13

- содержание СН4 в биогазе, % масс. 37-52

- максимальная скорость восходящего потока, м/ч 1,0-1,3

- рабочая скорость восходящего потока, м/ч 0,4-0,7

- рабочая концентрация ила в реакторе, кг асв/м3 4-6

- количество образуемого избыточного ила, кг асв/сут.м3 0,3-0,4

- количество образуемого избыточного ила, кг асв/кг ХПКвх 0,05-0,07

- удельная скорость роста ила, сут'1 (при ХПКах 10000 мг/л) 0,05-0,09

- температура сбраживания, °С 33-39

- рН среды в реакторе 7,0-8,8

- рН барды, подаваемой в реактор 4,5-7,5

- подацелачиваиие барды

- режим рециркуляции жидкости в реакторе:

- при нагрузках по ХПК свыше 4000 мг/л.сут

- при ншрузках по ХПК ниже 2000 мг/л.сут

не требуется

непрерывный

переменный со сменой скорости восходящего потока в интервале

0,0-0,6 м/ч 1 раз в 2-3 ч

- время восстановления бродильной активности:

- после перерывов в подаче барды свыше 2 недель, сут

0,5-2 0,25-0,5

- после перерывов в подаче барды в пределах 1-2 сут, сут - температура среды и ила при перерывах в подаче барды и консервации ила, °С

+4 - +37

Приведенные показатели производительности и сбраживающей мощности могут быть, в принципе, существенно улучшены при более высоких уровнях накопления ила в реакторе, в 3-5 раз превышающих использованные в экспериментах с достижением эф-фею ивности очистки по ХПК 90-95%.

При запуске очисшых сооружений с промышленным анаэробным биореактором объемом 2000 м3 (стандартный объем для очистки стоков потенциальных потребителей анаэробного гранулированного ила) и использовании в качестве посевного (затравочного) материала 20% ила от его количества в рабочем режиме работы в реактор необходимо загрузить около 2000 кг ила (по асв). Такое количество ила может быть получено при переработке около 2000 м3 фильтрата зерно-спирговой барды. При переработке 250 м3/сут барды - количества, которое образуется на ФГУП "Биотехнологический завод", необходимая масса ила может быть накоплена за 20-30 сут.

1. В условиях промышленного производства этилового спирта из зерна подобраны режимы ферментативной обработки при приготовлении сусла, позволяющие улучшить технологические свойства готового сусла, содержание спирта в готовой бражке на 0,15 % об. и выход спирта на 1,2-1,3 дал из 1 т усл. крахмала.

2. Показана перспективность использования Н202 для снижения уровня инфицирован-ности условно-чистой дрожжевой культуры (засевного материала) без падения бродильной активности дрожжей-продуцентов. Для дрожжей, адаптированных к пероксиду водорода,

ВЫВОДЫ:

оптимальные дозы внесения Н2О2 при выращивании посевного материала составляют 0,1-1 г/л (по 100% Н202) при концентрации клеток дрожжей не менее 0,2-0,5 г асд/л, при этом Н2О2 необходимо вносить на стадии активного роста дрожжей.

3. Показано, что в условиях постоянного селективного давления на популяцию дрожжей-сахаромицетов, вызываемого пероксидом водорода, возможен отбор популяций, устойчивых к относительно большим дозам вносимого Н2Ог и сохраняющих высокую активность в отношении сбраживания углеводов в этанол.

4. При анаэробном сбраживании зерно-спиртовой барды как основного отхода спиртового производства показана возможность достижения производительности UASB-реактора (по удаляемой ХПК) 9000-12000 мг/л.сут, а удельной активности анаэробного ила (по убыли ХПК) 40000-50000 мг/л ила в сут. при степени удаления органических загрязнений 75-85%, при этом впервые показана целесообразность использования режима с циклическим изменением скорости восходящего потока жидкости при нагрузках на реактор до 1500-2000 мг/м3.ч. Полученные величины производительности близки к максимальным для зарубежных аналогов, и в 3-5 раз (по объему реактора) превышают производительность метантенков классического типа.

5. Сбраживание в UASB-реакторе перспективно для переработки зерно-спиртовой барды с одновременным получением анаэробного гранулированного ила и последующем его использованием в качестве инокулята для загрузки анаэробных промышленных биореакторов нового поколения при очистке сточных вод пищевой, пивоваренной и родственных отраслей промышленности. Для более широкого использования обезвреживания барды передовыми анаэробными методами целесообразна разработка высокоингенсивных методов удаления аммонийного азота после ее сбраживания

6. Получены исходные данные для расчета опытно-промышленной установки по сбраживанию зерно-спиртовой барды в UASB-реакторе и получения гранулированного ила, планируемой к созданию на ФГУП "Биотехнологический завод".

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сорокодумов С.Н., Бельчаков И.В. Экологические проблемы производства этилового спирта. // Экология и промышленность России, № 8, 2000, с. 23-25.

2. Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н., Бельчаков И.В Безотходная технология пищевого этилового спирта'из зернового сырья. // В сб.: Тезисы докладов V Международного конгресса "Окружающая среда для нас и будущих поколений: экология, бизнес и экологическое образование", Самара - Астрахань - Самара, 2000, с. 58,59.

3. Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н., Бельчаков И.В. Получение биологически-активных веществ на отходах спиртового производства. // В сб. Передовые технологии на пороге XXI века: Материалы научно-практической конференции, г. Кишинев, 2000 г., с. 143,144

4. Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н. Способ переработки отхода спиртового производства в кормовой продукт. // В сб. Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности: Тезисы докладов научно-практической конференции, г. Казань, 2000г., с. 42,43.

5. Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н., Сорокодумова C.B. Подготовка сырья ультразвуком при производстве этилового спирта. // В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 114-118.

6. Кухаренко A.A., Сорокодумов Н.В., Сорокодумов С.Н. Решение безотходной технологии спирта на основе логистики. // В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 132-139.

7. Винаров А.Ю., Сорокодумов С.Н. Получение органических удобрений из барды спиртового производства. // В сб.: Тезисы докладов VI Международного конгресса "Окружающая среда для нас и будущих поколений: экология, бизнес и экологическое образование", Самара - Астрахань - Самара, 2001, с. 78,79.

8. Сорокодумов С.Н., Сорокодумова C.B. Опыт применения аппаратно-программного комплекса на базе газового хроматографа "Кристалл 2000М" при анализе этилового спирта. // В сб. Тезисы докладов Международной конференции "Определение содержания токсичных металлов и микропримесей в пищевых продуктах", М.: Пищепромиздат, 2001, с. 80-84.

9. Сорокодумов С.Н., Винаров А.Ю., Кухаренко A.A., Кузнецов А.Е. Биотехнология этилового спирта из зернового сырья. // Учебное пособие. - М.: Новые технологии, 2004. -76с.

10. Сорокодумов С.Н., Кухаренко A.A., Винаров А.Ю. Повышение эффективности производства пищевого этанола за счет комплексного использования сырья и отходов. // Пищевая промышленность, № 4,2005, с. 60,61.

11. Винаров А.Ю., Соколов Д.П., Смирнов В.Н., Сорокодумов С.Н. Промышленная биотехнология и оборудование для переработки спиртовой барды в кормовой белок. // В сб. Биотехнология: состояние и перспективы развития: Материалы 3-го Международного конгресса (Москва, 14-18 марта 2005 г.). - М.: ЗАО "Экспо-биохим-технологии", 2005, ч. 1, с. 323.

12. Кузнецов А Е . Сорокодумов С H , Каленов C.B., Винаров А.Ю. Использование перекиси водорода для совершенствования процессов культивирования микроорганизмов. // В сб. Биотехнология- состояние и перспективы развития: Материалы 3-го Международного конгресса (Москва, 14-18 марта 2005 г ) - M.: ЗАО "Экспо-биохим-технологии", 2005, ч. 1, с. 335.

13 Кузнецов А Е , Энгельхарт M , Сорокодумов С.Н , Чеботаева М.В , Вакар Л Л., Винтер Дж. Переработка барды спиртового производства в UASB-ректоре. // В сб Биотехнология: состояние и перспективы развития- Материалы 3-го Международного конгресса (Москва, 14-18 марта 2005 i.). - M.: ЗАО "Экспо-биохим-технологии", 2005, ч. 2, с. 45.

14. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2004133957 "Способ получения биомассы дрожжей./Кузнецов А.Е., Сорокодумов С H , Винаров А.Ю. и др. Приоритет от 23.11.2004 г.

Заказ № № Объем п л. MS Тираж 100 экз.

Издательский центр РХТУ им. Д.И. Менделеева

РНБ Русский фонд

2006-4 16865

»18 4 3 8

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Сорокодумов, Сергей Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Характеристика спиртового производства на основе зерносырья и пути его совершенствования.

1.1. Основные стадии производства и структура себестоимости. 8 1.2.3ерно и его состав.

1.3.Прием, хранение и подготовка зерна к технологическому процессу.

1.4.Гидролиз крахмалсодержащего зерносырья амилолитическими ферментами.

1.5.Получение культуры дрожжей.

1.6.Сбраживание сусла.

1.7.Выделение спирта из бражки и его ректификация. 54 ф 1.8.Обеспечение качества получаемого на производстве этилового спирта.

1.9.Характеристика отходов и загрязнений, образуемых при работе спиртовых заводов.

1.10. Пути утилизации и обезвреживания отходов и загрязнений.

1.11. Современные анаэробные методы очистки сточных вод и обезвреживания отходов. ф 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

3.1. Совершенствование спиртового брожения путем изменения режимов приготовления сусла.

3.2. Использование пероксида водорода для уменьшения инфицированности процесса брожения при сохранении высокой бродильной активности дрожжей.

3.3. Сбраживание зерновой барды в UASB-реакторе. 126 ВЫВОДЫ

Введение Диссертация по биологии, на тему "Интенсификация процессов спиртообразования и утилизации отходов спиртового производства"

В России в настоящее время на 160 заводах производится свыше 60 млн. дал спирта в год.

Получение этилового спирта на основе микробиологической переработки крахмалсодержащего сырья, в частности, зернового сырья, различных сельскохозяйственных отходов, становится в последние годы наиболее развивающимся направлением в спиртовой промышленности, реальной альтернативой химическому методу, эффективность которого во многом определяется уровнем и ценообразованием в нефтедобывающей промышленности. Предприятия, на которых реализуется микробиологическое производство этилового спирта из зерно-сырья, существуют в настоящее время практически в каждом регионе и области Российской Федерации.

Этиловый спирт из растительного сырья отличается высокими качественными характеристиками и является основным для пищевой промышленности, ф где его используют при изготовлении ликероводочных изделий, плодово-ягодных вин, для крепления виноматериалов и купажирования виноградных вин, в производстве уксуса, пищевых ароматизаторов. Многие другие отрасли, такие как медицинская, парфюмерная, кондитерская и химическая также являются крупными потребителями этанола. Широкую перспективу этанол имеет для использования в качестве топлива и добавок к бензину (1).

Важным преимуществом биотехнологического метода получения этилово-0 го спирта из растительного сырья является его экологическая чистота, поскольку технология основана на природных процессах и механизмах конверсии веществ ферментами микробного происхождения. Кроме того, отходы производства этанола также могут служить сырьем для биотехнологической переработки, что позволяет максимально полезно утилизировать исходное сырье, снизить себестоимость этилового спирта и обеспечить малоотходную и экологически безопасную технологию (1,2).

Вместе с тем, в современных отечественных рыночных условиях, для которых характерно усиление конкуренции между производителями спирта, экономических и экологических ограничений, в биотехнологии этилового спирта возрастает актуальность решения таких научно-технических задач, как увели-ф чение выхода этанола из исходного сырья, на долю которого приходится до 70

85% в себестоимости этилового спирта, интенсификация технологических процессов, снижение теплоэнергозатрат, а следовательно и себестоимости продукции, обеспечение и улучшение качества выпускаемого этанола, а также разработка эколого-эффективных и экономически рациональных способов утилизации отходов и методов очистки сточных вод с учетом современных требований к стандартам охраны окружающей среды и качества продукции, повышения ее конкурентоспособности на международных рынках. Решение этих задач предлагаемыми для спиртовой промышленности способами зачастую требует существенной модернизации действующих производств, немалых капиталовложений и как следствие повышения себестоимости продукции.

Мировой опыт и тенденции показывают, что целенаправленная работа по модернизации и совершенствованию технологий с целью обеспечения более экологически чистого производства без увеличения себестоимости и при одновременном сохранении качества продукции требует использования превентивных мер. Рост и высокая доходность спиртовой промышленности в России создают предпосылки для внедрения методологии экологически чистых производств и технологий на предприятиях этой отрасли. Необходимым этапом этого процесса является проведение комплекса исследований по выявлению таких превентивных решений и модернизации производства с учетом технологических возможностей. Применительно к биотехнологии получения этанола из зерносырья такими мерами, в частности, могут быть: совершенствование процессов подготовки зерносырья с уменьшением потери сбраживаемых Сахаров, получение чистой культуры дрожжей с высокой бродильной активностью и обеспечение доминирования культуры в условиях неасептической ферментации с целью уменьшения накопления побочных продуктов брожения и как следствие - уменьшения затрат на очистку этанола на стадии ректификации, ресурсо-и энергосберегающая переработка и обезвреживание зерновой барды - основного отхода спиртового производства (3).

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в совершенствовании биотехнологии этилового спирта и разработке новых подходов, не требующих существенной модернизации действующего производства и направленных на повышение конкурентоспособности производства этилового спирта из зерносырья, повышения его экономической и экологической эффективности путем решения следующих задач:

- исследование и апробация применения химических агентов, в частности, пероксида водорода, для обеспечения доминирования производственной дрожжевой культуры и уменьшения содержания побочных продуктов без потери бродильной активности дрожжей при сбраживании зернового сусла в неасептических условиях;

- исследование процесса анаэробного сбраживания зерно-спиртовой барды с использованием современных высокопроизводительных анаэробных реакторов нового поколения, в частности, иАБВ-реактора, для удаления основной массы загрязнений из зерно-спиртовой барды ресурсо- и энергосберегающим анаэробным методом;

- получение исходных данных, необходимых для расчета опытно-промышленной установки для биоутилизации зерно-спиртовой барды в 1)А8В-реакторе и создания экологически чистого производства этилового спирта.

Впервые предложено и научно обоснована возможность использования пероксида водорода для улучшения характеристик спиртового брожения. Экспериментально установлено, что в условиях постоянного селективного давления на популяцию дрожжей-сахаромицетов, вызываемого пероксидом водорода, возможен отбор популяций, устойчивых к относительно большим дозам вносимого Н202 и сохраняющих высокую активность при сбраживании углеводов в этанол.

На основе проведенных исследований с производственной культурой предложены режимы внесения Н202, позволяющие снизить уровень инфициро-ванности посторонней микрофлорой на стадии получения условно-чистой дрожжевой культуры (засевного материала) без последующего падения бродильной активности дрожжей-продуцентов. В частности, установлено, что для дрожжей, предварительно адаптированных к пероксиду водорода, оптимальные дозы внесения Н202 при выращивании посевного материала в аэробных периодических условиях составляют не более 1,0 г/л (по 100% Н202), при этом Н202 необходимо вносить на стадии активного роста при концентрации клеток дрожжей не менее 0,2-0,5 г асд/л.

Впервые исследованы процессы метаногенного сбраживания зерно-спиртовой барды в иА8В-реакторе. Показана возможность достижения производительности иА8В-реактора (по удаляемой ХПК) 9000-12000 мг/л.сут, а удельной активности анаэробного ила (по убыли ХПК) 40000-50000 мг/л ила в сут, что в 3-6 раз (по удельной производительности объема реактора) превышает производительность метантенков классического типа, при этом степень удаления органических загрязнений из барды составляет не менее 75-85%.

Найдены критические условия в отношении нагрузок и организации циркуляционных потоков в иА8В-реакторе при переработке зерно-спиртовой барды. Впервые показана целесообразность использования режима с циклическим изменением скорости восходящего потока жидкости при нагрузках на реактор до 1500-2000 мг/л.ч.

Получены основные данные, необходимые для расчета опытно-промышленной установки для сбраживания зерно-спиртовой барды в иА8В-реакторе.

Результаты, полученные в ходе исследований спиртового брожения с внесением пероксида водорода, создают предпосылки для получения условно-чистой культуры и уменьшения инфицированности бражки при проведении спиртового брожения вместо традиционных для спиртовой промышленности средств термической стерилизации и закисления культуры серной кислотой.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Характеристика спиртового производства на основе зерносырья и пути его совершенствования.

Заключение Диссертация по теме "Биотехнология", Сорокодумов, Сергей Николаевич

выводы

2. Показана перспективность использования Н202 для снижения уровня инфицированности условно-чистой дрожжевой культуры (засевного материала) без падения бродильной активности дрожжей-продуцентов. Для дрожжей, адаптированных к пероксиду водорода, оптимальные дозы внесения Н202 при выращивании посевного материала в аэробных условиях составляют 0,1-1 г/л (по 100% Н202) при концентрации клеток дрожжей не менее 0,2-0,5 г асд/л, при этом Н202 необходимо вносить на стадии активного роста дрожжей.

3. Показано, что в условиях постоянного селективного давления на популяцию дрожжей-сахаромицетов, вызываемого пероксидом водорода, возможен отбор популяций, устойчивых к относительно большим дозам вносимого Н202 и сохраняющих высокую активность в отношении сбраживания углеводов в этанол.

4. При анаэробном сбраживании зерно-спиртовой барды как основного отхода спиртового производства показана возможность достижения производительности ЦАЗВ-реактора (по удаляемой ХПК) 9000-12000 мг/л.сут, а удельной ф активности анаэробного ила (по убыли ХПК) 40000-50000 мг/л ила в сут. при степени удаления органических загрязнений 75-85%), при этом впервые показана целесообразность использования режима с циклическим изменением скорости восходящего потока жидкости при нагрузках на реактор до 1500-2000 мг/м3.ч. Полученные величины производительности близки к максимальным для зарубежных аналогов, и в 3-5 раз (по объему реактора) превышают производительность метантенков классического типа.

5. Сбраживание в иАБВ-реакторе перспективно для переработки зерно-спиртовой барды с одновременным получением анаэробного гранулированного ила и последующем его использованием в качестве инокулята для загрузки анаэробных промышленных биореакторов нового поколения при очистке сточных вод пищевой, пивоваренной и родственных отраслей промышленности. Для более широкого использования обезвреживания барды передовыми анаэробными методами целесообразна разработка высокоинтенсивных методов удаления аммонийного азота после ее сбраживания.

6. Получены исходные данные для расчета опытно-промышленной установки по сбраживанию зерно-спиртовой барды в 11А8В-реакторе и получения гранулированного ила, планируемой к созданию на ФГУП "Биотехнологический завод".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Секретарь научно-технического совета

Библиография Диссертация по биологии, кандидата технических наук, Сорокодумов, Сергей Николаевич, Москва

1. Кухаренко A.A., Винаров А.Ю. Безотходная технология этилового спирта. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 272 с.■ 2. Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. и др. Технология спирта. М.: Колос, "Колос - Пресс" - 2002 г. - 464 с.

2. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. -М.: Пищевая промышленность, 2001. — 256 с.

3. Производственный регламент на производство спирта из крахмалистого сырья для ФГУП "Биотехнологический завод", пос. Серебряные Пруды, 2001 г.

4. ГОСТ Р 51652-2000 "Спирт этиловый ректификованный из пищевого сырья".

5. Дорофеев В.Ф., Удачин P.A. и др. Пшеницы мира. М.: Агропромиздат, 1987. - 560с.

6. Справочник по производству. Сырье, технология и технохимконтроль. // В.Л. Яковенко, Б.А. Устинников, Ю.П. Богданов, С.И. Громов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981 г.

7. Яровенко В.Л., Бурачевский И.И., Болотина Ф.Е. и др. Справочник техф нолога ликёро-водочного производства. //Под ред. В.Л.Яровенко. — М.: Пищевая промышленность, 1976. 257с.

8. Мальцев П.М. Технология бродильных производств. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 560с.1.. Славуцкая Н.И. Технология ликёро-водочного производства. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 214 с.

9. Поляков В.А. Состояние и перспективы развития спиртовой и ликероводочной отрасли. В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 5-21.

10. Инструкция по технологическому и микробиологическому контролю спиртового производства. М.: Агропромиздат, 1986 г.

11. Сборник положений и инструкций по сырью для спиртовых заводов. -М., 1985 г.

12. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова A.A. и др. Пищевая химия. //Под ред. А.П. Нечаева. СПб. : ГИОРД, 2003. - 640 с.

13. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. -М. : Изд-во "Элевар", 2000. 512 с.

14. Калунянц К.А., Голгер Л.И. Микробные ферментные препараты (технология и оборудование). М.: Пищевая промышленность, 1979. - 304 с.

15. Римарева Л.В. Создание микробных ферментных препаратов и их роль в повышении эффективности спиртового производства. В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 35-52.

16. Kula M.R. Enzyme. Handbuch der Biotechnologie, 1982, s.379-412.

17. Кухаренко A.A., Винаров А.Ю., Сидоренко Т.Е., Бояринов А.И. Интенсификация микробиологического процесса получения этанола из крахмал- и целлюлозосодержащего сырья. -М.: Ред. бюллетеня "Новые технологии", 1999. -93 с.

18. Востриков C.B., Шуваева Г.П., Губкина Г.Г. Новые аспекты биоконверсии крахмалсодержащего сырья при производстве спирта. Известия вузов. Пищевая технология, № 1, 1998, с. 22-24.

19. Hizukuri S., Kozuma T., Yshida H. Properties of Flavobacterium odoratum KV isomylase. // Int. Sugar J., 1997-1998, No 1186, p.517.

20. Промышленная микробиология. // Учебное пособие для вузов. /Под ред. Н.С.Егорова. М.: Высш. шк., 1989. - 688 с.

21. Кухаренко А.А., Сорокодумов С.Н., Сорокодумова С.В. Подготовка сырья ультразвуком при производстве этилового спирта. В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 114-118.

22. Кухаренко А.А. Применение ультразвука в технологии этанола. — Тезисы докладов научно-практической конференции "Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности" Казань, 2000, с. 19,20.

23. Drawert F., Klisch W., Sommer G. Garungsverfahren Ethanol, Wein, Bier, Primarmetabolite. - Handbuch der Biotechnologie, 1982, s.305-377.

24. Плевако Е.А. Технология дрожжей. М.: Пищевая промышленность, 1970. - 300 с.

25. Chang I.S., Kim В.Н., Shin Р.К., Lee W.K. Bacterial contamination and its effects on ethanol fermentation. J. Microbiol. Biotechnol., 1995, v.5, p.309-314.

26. Ngang J.J.E., Letourneau F., Wolniewicz E., Villa P. Inhibition of beet molasses alcoholic fermentation by lactobacilli. Appl. Microbiol. Biotechnol., 1990, v.33, p. 490-493.

27. Makanjuola D.B., Tymon A., Springham D.G. Some effects of lactic acid bacteria on laboratory-scale fermentations. Enzyme Microbiol. Technol., 1992, v.14, p.350-357.

28. Narendranath N.V., Hynes S.H., Thomas K.C., Ingledew W.M. Effect of lactobacilli on yeast-catalyzed ethanol fermentation. Appl. Environ. Microbiol., 1997, v.63, p. 4158-4163.

29. Забродский A.F. Технология и контроль производства кормовых дрожжей на мелассной барде. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 272 с.

30. Кунце В. Технология солода и пива. СПб., Изд-во "Профессия", 2003. -912 с.

31. Aquarone Е. Penicillin and tetracycline as contamination control agents in alcoholic fermentation of sugar cane molasses. Appl. Microbiol, 1960, v.8, p. 263268.

32. Day W.H., Serjak W.C., Stratton J.R., Stone L. Antibiotics as contamination-control agents in grain alcohol fermentations. J. Agric. Food Chem., 1954, v.2, p. 252-258.

33. Hynes S.H., Kjarsgaard D.M., Thomas K.C., Ingledew W.M. Use of vir-giniamycin to control the growth of lactic acid bacteria during alcoholic fermentation. J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 1997, v.18, p. 284-291.

34. Левандовский Л.Л., Олийничук С.Т., Ткаченко А.Ф., Янчевский В.К. Биотехнология спирта в Украине. В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 77-82.

35. Chang I.S., Byung Н.К., Pyong K.S. Use of sulfite and hydrogen peroxide to control bacterial contamination in ethanol fermentation. — Appl. Environ. Microbiol., 1997, v.63, No 1, p. 1-6.

36. Ough C.S., Crowell E.A. Use of sulfur dioxide in wine making. — J. Food. Sci., 1987, v.52, p.386-393.

37. Лебедев В.П. Интенсификация процесса брожения крахмальных сред с многократным использованием дрожжей. Автореферат на соискание степени кандидата техн. наук., М., 1978, 16 с.

38. Narendranath N.V., Thomas К.С., Ingledew W.M. Urea hydrogen peroxide reduces the number of lactobacilli, nourishes yeast, and leaves no residues in the ethanol fermentation. Appl. Environ. Microbiol., 2000, v.66, No 10, p. 4187-4192.

39. Патент РФ № 2136746 от 10.09.99 с приоритетом от 17.08.98. Способ культивирования дрожжей для спиртового производства /Емельянов В.М., Шайхутдинов P.P., Владимирова И.С., Филиппова Н.К., Валеева Р.Т.

40. ТУ 9182-400-00008064-2000. Чистая культура термотолерантных дрожжей Saccharomyces cthtvisiae 985Т.

41. Технологическая инструкция по ведению чистой культуры термотолерантных дрожжей Saccharomyces cerevisiae 985 Т в спиртовом производстве. -М., 2000 г.

42. Инструкция по технохимическому и микробиологическому контролю спиртового производства. М., 1986.

43. Артемов А.В., Елфимова Г.И. Каталитический распад пероксидных соединений и их стабилизация. — Катализ в химической и нефтехимической промышленности, 2003, №5, с. 13-27.

44. Галынкин B.A., Комаров E.B., Федоров B.C. Основы регуляции роста дрожжей на гидрофобном субстрате. СПб.: СГЖФА, 1997. - 46с.

45. Сафронов В.В. Интенсивная малоотходная система биодеструкции загрязнений высококонцентрированных стоков. Диссертация на соискание ученой степени канд. техн. наук., М., 2004, 195с.

46. Droge W. Free radicals in the physiological control of cell function. -Physiol. Rev., 2002, v.82, No 1, p.47-95.

47. Godon Ch., Lagniel G., Lee J. et al. The H202 stimulon in Saccharomyces cerevisiae. J. Biol. Chem., 1998, v.273(35), p. 22480-22489.

48. Branco M., Marinho H.S., Cyrne L., Antunes F. Decrease of H202 plasma membrane permeability during adaptation to H202 in Saccharomyces cerevisiae. — J. Biol. Chem., 2004, v.279(8), p. 6501-6506.

49. Samrjima H., Nagashima M., Asuma M. Enzyme Engineering, 1984, p.

50. Advantages of the in-situ extraction in fermentation process. Solv. Extr. Process Ind.: ISEK-93, London-New-York, 1993, p.1072-1080.

51. Манаков M.H., Кузнецов A.E., Марквичев H.C., Свитцов А.А. Мембранный реактор в биотехнологии. — Биотехнология, 1988, т.4., вып. 2, с. 162175.

52. Kolip I., Kazmynki S. J. Chem. Technol. and Biotechnol., 1996, v.66, No 4, p.340-346.

53. Shojaosadati Seyed A., Fatenin Seyed M. The use of biomasse and stillage recycle in conventional ethanol fermentation. J. Chem. Technol. and Biotechnol., 1996, v.66, N 4, p.362-366.

54. Востриков C.B., Смирнов B.C. Способ получения этилового спирта. Заявка № 95112311/13. Заявл. 18.07.95.

55. Aguilar R., Alvarez J., Gonsales J., Barron A. A strategy to regulate continuous fermentation process with unknown reaction rates. J. Chem. Technol. and Biotechnol., 1996, v.66, No 4, p.357-361.

56. Moriyama Hiroyuki, Shimuzu Kazuyuki. On-line optimization of culture for ethanol fermentation using a genetic algorithm. J. Chem. Technol. and Biotechnol., 1996, v.66, No 3, p.217-222.

57. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Биотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов в народном хозяйстве. М., 1990. - 200с.

58. Veal D.A., Lynch J.M. Biochemistry of cellukinase breakdown by mixed cultures. Biochem. Soc. Trans., 1984, v.12, No 6, p.1142-1144.

59. Larson L., Nielsen P., Ahring B. Thermoanaerobacter methane and ethanol-producing extremaly thermophilic anaerobic bacterium from a hot-spring in Iceland. Archives of Microbiology, 1997, v.168, N2, p.114-119.

60. Панкова JI.M., Бэкер М.Е., Швинка Ю.Э. Образование левана бактериями Zymomonas mobilis. Фундаментальные и прикладные аспекты. - 1990, с. 111-118.

61. Misawa N., Nakamura К., Kitamora К. Three 1.7-kilobase pair plasmids in Zymomonas mobilis NRRLB-80 d. Agr. Biol. Ghem, v. 49, N 9, p.2769-2771.

62. Синицын А.П., Райнин Е.И., Лозинский В.И. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. М.: МГУ, 1994. - 286 с.

63. Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. М., 1988. — 215с.

64. Поляк Ю.М. Получение этанола на гидролизных средах иммобилизованными клетками дрожжей. Л., 1991, с. 62-67.

65. Busche R., Davison В. Technoeconomic evaluation of ethanol manufacture in fluidized bed bioreactors operating with immobilized cells. Appl. Biochem. and Biotechnol., 1992, v. 35, p.395-417.

66. Ле Ван Вьет Ван, Гернет М.В., Ефременко Е.И. Сбраживание пивного сусла иммобилизованными дрожжами. Пищевая и перерабатывающая промышленность, 1995, № 3, с. 56-58.

67. Баева Л.Ф., Козлов Д.Г., Бравова Е.Э., Беневоленский С.В. Клонирование гена а-амилазы дрожжей Saccharomyces fibuligera и его экспрессия в Saccharomyces cerevisiae. — Прикладная биохимия и микробиология, 1996, т.32, №3, с. 311-314.

68. Schenberg А.С., Vicente E.J., Fario J.B. et al. Abstracts of 8th International Symposium on Yeasts. Atlanta, Georgia State University, 1992, p.62-63.

69. Холланд Ч.Д. Многокомпонентная ректификация. M.: Химия, 1972.

70. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. - 103с.

71. Фомин Г.С. Вода. Контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам. М.: Изд-во "Протектор", 2000. - 848 с.

72. Фрог Б.Н. Водоподготовка. М.: Изд-во МГУ, 1996. - 680 с.

73. Владимиров A.M. и др. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометео-издат, 1991.-423 с.

74. Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П. и др. Экология. М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 448 с.

75. Фомин Г.С., Фомин А.Г. Почва. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам. М.: Изд-во "Протектор", 2001. -304 с.

76. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник. // Под общей ред. акад. РАСХН Е. И. Сизенко. М.: Пищепромиздат, 1999. - 468с.

77. Комаров В.И., Лебедев В.И., Мануйлова Т.А. Техногенное влияние предприятий пищевой промышленности на окружающую среду: проблемы и решения. М.: Пищепромиздат, 2002 - с. 76.

78. Кухаренко A.A., Сорокодумов С.Н., Бельчаков И.В. Экологические проблемы производства этилового спирта. // Экология и промышленность России. №8, 2000, с. 4-6.

79. Комаров В. И., Лебедев В. И., Мануйлова Т. А. Проблемы использования вторичных сырьевых ресурсов отраслей и перерабатывающей промышленности и их влияние на окружающую среду. Хранение и переработка сельхоз-сырья, N2, 1998, стр. 2.

80. Технологические и укрупненные нормы водопотребления и водоотве-дения по видам производств спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье -М.: ВНИИПБТ, 1981.

81. Сборник балансовых норм водопотребления и водоотведения по видам спиртовых производств, перерабатывающих крахмалистое сырье. М.: ВНИИПБТ, 1981 г.

82. Фельдман В.А., Феофанов Ю.А., Лагутин Б.П. и др. Сточные воды предприятий пищевой промышленности/ Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1981, с. 482-508.

83. Полищук Н.И. Водопользование на предприятиях пищевой промышленности. -М.: Агропромиздат, 1989.

84. Гандурина Л.В. и др. Очистка сточных вод спиртового производства. -Водоснабжение и санитарная техника, №10, 1994.

85. Яковлев C.B., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев A.A., Андрианов Ю.К. Биологическая очистка производственных сточных вод. /Под ред. С. В. Яковлева. М.: Стройиздат, 1985. - 408с.

86. Яковлев C.B., Карелин Я.А., Воронов Ю. В. Очистка производственных сточных вод. // Учеб. Пособие. М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

87. Хаммер М. Технология очистки сточных и природных вод.// Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1979. - 400с.

88. Справочник по очистке природных и сточных вод.// JI.J1. Пааль, Я.Я.Кару, Х.А.Мельдер, Б.Н.Репин. М.: Высшая школа, 1994. - 336с.

89. Экологическая биотехнология: Пер. с англ./ Под ред. К. Ф. Форстера, Д. А. Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990. - 384с.

90. Данилович Д.А. Новые достижения в области анаэробной биологической очистки концентрированных сточных вод. //Обзорная информация. — М.: Институт экономики жилищно-коммунального хозяйства АКХ им К. Д. Памфилова, 1991. 70с.

91. Яковлев C.B., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1980. - 200с.

92. Наставление по использованию зерновой и картофельной барды и продуктов ее переработки на корм сельскохозяйственным животным и птице. -М.: ВАСХНИЛ, 1986.

93. Величко Т.В. Совершенствование классификации ВСР пищевой промышленности как инструмент выявления новых резервов в их использовании. -Пищевая и перерабатывающая промышленность, №3, 1995, с. 40-47.

94. Мухачев С.Г., Мельников В.Н., Верхорубов В.П. Обогащение барды лизином. Тезисы докладов научно-практической конференции "Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности" - Казань, 2000, с.46,47.

95. Мандреа А. Технологическая схема процесса переработки послеспир-товой барды. Тезисы докладов научно-практической конференции "Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности" - Казань, 2000, с.43,44.

96. Патент РФ № 2159287. Способ получения белковой кормовой добавки. //Винаров А.Ю., Заикина А.И., Захарычев А.П. и др., 2000.

97. Vinarov A., Sidorenko T. Fodder protein from alcohol production waste. -In Proceedings of 14 Forum for applied biotechnology. Brugge, 2000, p. 27-28.

98. Кухаренко А.А., Сорокодумов Н.В., Сорокодумов С.Н. Решение безотходной технологии спирта на основе логистики. В сб. Научно-технический прогресс в спиртовой и ликероводочной отрасли промышленности. - М.: Пищевая промышленность, 2001, с. 132-139.

99. Востриков C.B., Шуваева Г.П., Губрий Г.Г., Бондарь М.В. Разработка технологии раздельной утилизации фракций осахаренного затора при производстве спирта. Известия высших учебных заведений. Пищевая технология. -1997, №4-5, с. 36-39.

100. Кухаренко A.A., Винаров А.Ю., Ипатова Т.В., Бурмистров Б.В. Биотехнология переработки отходов животноводства и птицеводства в органические удобрения. М.: Изд-во ФИПС, 1999.

101. Mori К., Nabetani О., Maruo S. Leban production by Bacillus licheni-formis. Patent N 74101593 (Japan), 1975.

102. Лиакумович А.Г. Использование этилового спирта в нефтехимическом синтезе. Тезисы докладов научно-практической конференции "Современные ресурсо- и энергосберегающие технологии в спиртовой и ликеро-водочной промышленности" - Казань, 2000, с.66,67.

103. Lettinga G;, Pette К.С., de Vletter R., Wind E. Anaerobic treatment of beet sugar wastewater on semi-technical scale. CSM-report. The Netherlands: Amsterdam, 1977.

104. Lettinga G., van Velsen A.F.M., Homba S.M. et al. Use of the Upflow Sludge Blanket (USB) reactor concept for biological wastewater treatment. Bio-technol. Bioeng., 1980, v. 22, p.699-734.

105. Hulshoff Pol L.W., De Zeeuw W.J., Velzeboer CTM, Lettinga G. Granulation in UASB reactors. Wat. Sci. Tech., 1983, v. 15, No 8/9, p.291-304.

106. Hulshoff Pol. L.W., Lettinga G. New technologies for anaerobic wastewater treatment. Water Sci. Technol., 1986, v. 18, Nol2, p.41-53.

107. Lettinga G. Sustainable integrated biological wastewater treatment. Wat. Sci. Tech., 1996, v. 33, No 3, p.85-98.

108. Hulshoff Pol L.W., de Castro Lopes S.I., Lettinga G., Lens P.N.L. Anaerobic sludge granulation. Water Research, 2004, v. 38, p.1376-1389.

109. Kalyuzhnyi S.V., Sklyar V.I., Davlyatshina M.A. et al. Organic removal and microbiological features of UASB-reactor under various organic loading rates. -Bioresource Technology, 1996, v. 55, p.47-54.

110. Schmidt J.E., Ahring B.K. Granular sludge formation in upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactors. Biotechnology and Bioengineering, 1996, v.49, p. 229-246.

111. Lettinga G., Field J., van Lier J., Zeeman G, Hulshoff Pol L.W. Advanced anaerobic wastewater treatment in the near future. Wat. Sci. Tech., 1995, v. 35, No 10, p.5-12.

112. Yu Liu, Hai-Lou Xu, Shu-Fang Yang, Joo-Hwa Tay. Mechanisms and models for anaerobic granulation in upflow anaerobic sludge blanket reactor. — Wat. Res., 2003, v.37, p.661-673.

113. Rajeshwari K.V., Balakrishnan M., Kansal A. et al. State-of-the-art of anaerobic digestion technology for industrial wastewater treatment. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2000, v.4, p.135-156.

114. Калюжный C.B. Высокоинтенсивные анаэробные биотехнологии очистки промышленных сточных вод. Катализ в промышленности, 2004, № 6, с. 42-50.

115. Seghezzo L., Zeeman G., van Lier J.B., Hamelers H.V.M., Lettinga G. A review: the anaerobic treatment of sewage in UASB and EGSB reactors. Biore-source Technology, 1998, v. 65, p.175-190.

116. Nicolella C., van Loosdrecht M.C.M., Heijnen J.J. Wastewater treatment with particulate biofilm reactors. J. of Biotechnology, 2000, v.20, p. 1-33.

117. Lettinga G., Hulshoff Pol L.W. UASB-process design for various types of wastewaters. Wat. Sci. Tech., 1991, v.24, No 8, pp. 87-107.

118. Wiegant W.M., Lettinga G. Thermophilic anaerobic digestion of sugars in upñow anaerobic sludge blanket reactors. Biotechnology and Bio engineering, 1985; v. 27, p.1603-1607.

119. Oliva L.G.H.V., Zaiat M., Foresti E. Anaerobic reactors for food processing wastewater treatment: established technology and new developments. — Wat. Sci. Tech., 1995, v.32, No 12, p.157-163.

120. Zoutberg G.R., de Been P. The Biobed® EGSB (expanded granular sludge bed) system covers shortcomings of the upflow anaerobic sludge blanket reactor in the chemical industry. Wat. Sci. Tech., 1997, v.35, No. 10, p.183-188.

121. Akunna J.C., Clark M. Performance of a granular-bed anaerobic baffled reactor (GRABBR) treating whisky distillery wastewater. Bioresource Technology, 2000, v.74, p.257-261.

122. Barber W.P., Stuckey D.C. The use of the anaerobic baffled reactor (ABR) for wastewater treatment: a review. Wat. Res., 1999, v.33, No.7, p. 1559-1578.

123. Borja R., Banks C.J., Wang Z., Mancha A. Anaerobic digestion of slaughterhouse wastewater using a combination sludge blanket and filter arrangement in a single reactor. Bioresource Technology, 1998, v.65, p.125-133.

124. Hanging Yu, Guowei Gu. Biomethanation of brewery wastewater using an anaerobic upflow blanket filter. J. Cleaner Prod., 1996, v.4, N0.3-4, p.219-223.

125. Büyiikkamaci N., Filibeli A. Concentrated wastewater treatment studies using an anaerobic hybrid reactor. Process Biochemistry, 2002, v.38, p. 771-775.

126. Hoist T.C., Truc A., Pujol R. Anaerobic fluidized beds: ten years of industrial experience. Water Sci. Technol., 1997, v.36, No 6-7, p.415-422.

127. Pérez M., Romero L.I., Sales D. Anaerobic thermophilic fluidized bed treatment of industrial wastewater: effect of F:M relationship. Chemosphere, 1999, v.38, No. 14, p.3443-3461.

128. Mtiller D. Cleaning wastewater by a rotation system. In: Proceedings of International Specialized Conference on Winery Wastewaters. 20-22 June 1994, Nar-bonne, France, 1994, p.103-109.

129. Shi-Yi Lun, Jing Wu, Jian Chen. Anaerobic waste treatment: efficient separation of the acid and methane forming phases using two UASB reactors. Process Biochemistry, 1995, v.30, No. 6, p.523-529.

130. Pohland F.G., Ghosh S. Development in anaerobic stabilization of organic waste the two-phase concept. Environ. Lett., 1971, v.l, p.255-66.

131. Malaspina F., Stante L., Cellamare C.M., Tilche A. Cheese whey and cheese factory wastewater treatment with a biological anaerobic-aerobic process. -Wat. Sci. Tech., 1995, v.32, No 12, p.59-72.

132. Shaw C.B., Carliell C.M., Wheatley A.D. Anaerobic/aerobic treatment of coloured textile effluents using sequencing batch reactors. Water Research, 2002, v. 36, p.1993-2001.

133. Bernet N., Delgenes N., Akunna J.C. et al. Combined anaerobic-aerobic SBR for the treatment of piggery wastewater. Wat. Res. 2000, v.34, No. 2, p.611-619.

134. Lei Qin, Joo-Hwa Tay, Yu Liu. Selection pressure is a driving force of aerobic granulation in sequencing batch reactors. Process Biochemistry, 2004, v.39, p. 579-584.

135. Locher M. Новые методы защиты предприятий молочной промышленности от биозагрязнений. Rev. lait fr МФИШ., 2000, No 598, р.32-34.

136. Harada Н., Uemura S., Chen A.C., Jayadevan J. Anaerobic treatment of a recalcitrant distillery wastewater by a thermophilic UASB reactor. Bioresource Technology, 1996, v. 55, p.215-221.

137. Kalyuzhnyi S.V., Gladchenko M.A., Sklyar V.I. et al. The UASB treatment of winery wastewater under submesophilic and psychrophilic conditions. Environmental Technology, 2000, v. 21, p.919-925.

138. Kalyuzhnyi S.V., Gladchenko M.A., Sklyar V.I. et al. Psychrophilic one-and two-step systems for pre-treatment of winery waste water. — Water Science and Technology, 2001, v. 44, No 4, p.23-31.

139. Blonskaja V., Menert A., Vilu R. Use of two-stage anaerobic treatment for distillery waste. Advances in Environmental Research, 2003, v.7, p.671 -678.

140. Гладченко М.А., Скляр В.И., Калюжный С.В., Щербаков С.С. Обзор современного состояния анаэробной очистки сточных вод бродильных производств, ч. 1. Производство спирта и ликероводочных изделий, 2002, № 1, с. 22,23.

141. Гладченко М.А., Скляр В.И., Калюжный С.В., Щербаков С.С. Обзор современного состояния анаэробной очистки сточных вод бродильных производств, ч. 2. Производство спирта и ликероводочных изделий, 2002, № 2, с. 14-17.

142. Гладченко М.А., Скляр В.И., Калюжный С.В., Щербаков С.С. Обзор современного состояния анаэробной очистки сточных вод бродильных производств, ч. 3. Производство спирта и ликероводочных изделий, 2002, № 3, с. 32,33.

143. Goodwin J.A.S., Finlayson J.M., Low E.W. A further study of the anaerobic biotreatment of malt whisky distillery pot ale using an UASB system. — Biore-source Technology, 2001, v.78, p.155-160.

144. Pérez M., Romero L.I., Sales D. Anaerobic thermophilic technologies treating industrial wastewater. Wat. Res., 1998, v.32, No.3, p.559-564.

145. Sanchez R.F.S, Cordoba P, Sineriz F. Use of the UASB reactor for the anaerobic treatment of stillage from sugarcane molasses. Biotechnology and Bioengineering, 1985, v.27, p.1710-1716.

146. Cronin C., Lo K.V. Anaerobic treatment of brewery wastewater using UASB reactors seeded with activated sludge. Bioresource Technology, 1998, v.64, p.33-38.

147. Калюжный C.B., Гладченко M.A., Старостина E.A., Щербаков С.С., Верспилле Б. Комбинированная биолого-химическая очистка сточных вод производства хлебопекарных дрожжей. Производство спирта и ликероводочных изделий, 2004, № 3, с 10-14.

148. Kalyuzhnyi S.V., Saucedo J.V., Martinez J.R. The anaerobic treatment of soft drink wastewater in UASB and hybrid reactors. Applied Biochemistry and Biotechnology, 1997, v. 66, p.291-301.

149. Austermann-Haun U., Seyfried C.F., Rosenwinkel K.H. UASB-reactor in the fruit juice industry. Wat. Sci. Tech., 1997, v.36, No.6-7, p.407-414.

150. Austermann-Haun U., Rosenwinkel K.H. Two examples of anaerobic pre-treatment of wastewater in the beverage industry. Wat. Sci. Tech., 1997, v.36, No.2-3, p.311-319.

151. Gavala H. N.; Kopsinis H., Skiadas I. V. et al. Treatment of dairy wastewater using an upflow anaerobic sludge blanket reactor. J. Agric. Engng. Res., 1999, v.73, p.59-63.

152. Ramasamy E.V., Gajalakshmi S., Sanjeevi R. et al. Feasibility studies on the treatment of dairy wastewaters with upfow anaerobic sludge blanket reactors. -Bioresource Technology, 2004, v.93, p.209-212.

153. Kalyuzhnyi S.V., Martinez E.P., Martinez R. Anaerobic treatment of high-strength cheese-whey wastewaters in laboratory and pilot UASB-reactors. — Bioresource Technology, 1997, v.60, p. 59-65.

154. Malaspira F., Cellamare C.M., Stante L., Tilche A. Anaerobic treatment of cheese whey with a downflow-upflow hybrid reactor. Bioresource Technology, 1996, v.55, p.1313-139.

155. Hawkes F.R., Donnelly T., Anderson G.K. Comparative performance of anaerobic digesters operating on ice-cream wastewater. Wat. Res., 1995, v.29, No.2, p.525-533.

156. Borja R., Banks C.J. Response of an anaerobic fluidized bed reactor treating ice-cream wastewater to organic, hydraulic, temperature and pH shocks. — J. of BiotechnoL, 1995, v.39, p.251-259.

157. Sklyar V., Epov A., Gladchenko M. et al. Combined biologic (anaerobic-aerobic) and chemical treatment of starch industry wastewater. Applied Biochemistry and Biotechnology, 2003, v. 109, p.253-262.

158. Beal L.J., Raman D.R. Sequential two-stage anaerobic treatment of confectionery wastewater. J. Agric. Engng Res., 2000, v.16, p.211-217.

159. Athanasopoulos N. Anaerobic treatment of currant finishing wastewater: UASB versus fluidized bed reactor. Biol. Wastes, 1990, v.32, p.161-167.

160. Hien P.G., Oanh L.T.K., Viet N.T., Lettinga G. Closed wastewater system in the tapioca industry in Vietnam. Wat. Sci. Tech., 1999, v.39, No 5, p.89-96.

161. Han-Qing Yu, Zhen-Hu Hu, Tian-Qiu Hong, Guo-Wei Gu. Performance of an anaerobic filter treating soybean processing wastewater with and without effluent recycle. Process Biochemistry, 2002, v.38, p.507-513.

162. Zoutberg G.R., Eker Z. Anaerobic treatment of potato processing wastewater. Wat. Sci. Tech., 1999, v.40, No 1, p.297-304.

163. Hamdi M. Anaerobic digestion of olive mill wastewaters. Process Biochemistry, 1996, vol. 31, No 2, pp. 105-110.

164. Núñez L.A., Martínez В. Anaerobic treatment of slaughterhouse wastewater in an expanded granular sludge bed (EGSB) reactor. Wat. Sci. Tech., 1999, v.40, No 8, p.99-106.

165. Torkian A., Eqbali A., Hashemian S.J. The effect of organic loading rate on the performance of UASB reactor treating slaughterhouse effluent. Resources, Conservation and Recycling, 2003, v.40, p.1-11.

166. Borja R., Banks C.J., Wang Z. Effect of organic loading rate on anaerobic treatment of slaughterhouse wastewater in a fluidised-bed reactor. Bioresource Technology, 1995, v.52, p. 157-162.

167. Puñal A., Lema J.M. Anaerobic treatment of wastewater from a fish-canning factory in a full-scale upflow anaerobic sludge blanket (UASB) reactor. — Wat. Sci. Tech., 1999, v.40, No 8, p.57-62.

168. Monroy O., Fama G., Meraz M. et al. Anaerobic digestion for wastewater treatment in Mexico: state of the technology. Wat. Res., 2000, v.34, No. 6, p.1803-1816.

169. Wilkie A.C., Riedesel K.J., Owens J.M. Stillage characterization and anaerobic treatment of ethanol stillage from conventional and cellulosic feedstocks. — Biomass and Bioenergy, 2000, v. 19, p. 63-102.193. http://www.enviro-chemie.ru

170. Вайсер Т., Риттер M., Шмидт X., Чеботаева М. Очистка сточных вод молочных заводов. Молочная промышленность, 2001, № 1, с. 49-50.

171. Fang Н.Н.Р., Chui Ho-Kwong, Li Yu-You. Anaerobic degradation butyrate in a UASB reactor. Bioresource Technology, 1995, v.51, p.75-81.

Информация о работе

Сорокодумов, Сергей Николаевич
кандидата технических наук
Москва, 2005
ВАК 03.00.23

Диссертация

Интенсификация процессов спиртообразования и утилизации отходов спиртового производства - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы