CC BY
2
_ВЕСТНИК ПНИПУ_
2024 Химическая технология и биотехнология № 1
БИОТЕХНОЛОГИЯ И ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
DOI: 10.15593/2224-9400/2024.1.01 Научная статья
УДК 628.543
И.В. Катраева
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет, Нижний Новгород, Россия
Э.Р. Михеева, Д.Л. Ворожцов, Е.А. Захарычев, А.Н. Виноградова
Национальный исследовательский Нижегородский государственный
университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ДВУХСТУПЕНЧАТОЙ АНАЭРОБНОЙ ФЕРМЕНТАЦИИ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ СИСТЕМ ВОДООТВЕДЕНИЯ МОЛОКОЗАВОДОВ
Одной из основных экологических опасностей для водных объектов является поступление в них недостаточно очищенных сточных вод. При производстве казеина, твердых сыров, творога образуется высококонцентрированный жидкий отход -молочная сыворотка (МС). Несмотря на то, что МС является ценным продуктом, предприятия зачастую не осуществляют ее переработку, а сбрасывают МС в систему канализации. Это приводит к резкому возрастанию содержания органических веществ в воде (ХПК), попаданию в системы водоотведения различных микроорганизмов МС, которые далее могут приводить к нарушению работы сооружений биологической очистки сточных вод. МС - это половина молока, в нее переходит 50 % сухих веществ, в том числе 20 % белков, 95 % лактозы, 80 % минеральных веществ и 10 % молочного жира. В этой связи поступление МС в системы канализации, а в аварийных случаях и непосредственно в водные объекты вызывает серьезные экологические проблемы. Одним из путей утилизации МС является применение технологии двухступенчатой анаэробной ферментации, что позволяет получить высокоэнергетическую метановодородную смесь (биогитан), снизить ХПК, обеспечивая тем самым решение вопросов энергоэффективности и экологической безопасности молочного производства.
В статье приведены результаты исследования процесса двухступенчатой анаэробной ферментации молочной сыворотки с применением различных иммобилизующих материалов: пенополиуретана, угольного войлока и керамической загрузки (кольца Рашига из технического фарфора). Произведен выбор оптимальных техно-
логических параметров процесса (OLR, HRT), дана оценка эффективности применения иммобилизующих материалов. Установлено, что пенополиуретан является эффективным иммобилизующим материалом для кислотогенного реактора RH, в котором протекал процесс темновой ферментации МС с образованием водорода. Иммобилизация биомассы в метаногенных реакторах лучше протекала в аппаратах с загрузкой из пенополиуретана и угольного войлока, чем в реакторе с загрузкой из керамических колец Рашига. Получено, что HRT 10 ч для кислотогенного реактора с пенополиуретановым иммобилизующим материалом и HRT 2 сут для метаногенного реактора с угольным войлоком являются наилучшими технологическими параметрами при выбранных исходных условиях.
Ключевые слова: очистка сточных вод, молокоперерабатывающая промышленность, двухступенчатая анаэробная ферментация, молочная сыворотка, иммобилизующий материал, биогитан.
I.V. Katraeva
Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering, Nizhny Novgorod, Russian Federation
E.R. Mikheeva, D.L. Vorozhtsov, E.A. Zakharychev, A.N. Vinogradova
National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod, Nizhny Novgorod, Russian Federation
APPLICATION OF TWO-STAGE ANAEROBIC FERMENTATION TECHNOLOGY OF CHEESE WHEY TO ENSURING ENVIRONMENTAL SAFETY OF WATER DISPOSAL SYSTEMS OF DAIRIES
One of the main environmental hazards for water bodies is the influx of insufficiently treated wastewater into them. During the production of casein, hard cheeses, and cottage cheese, a highly concentrated liquid waste is formed - cheese whey. Despite the fact that whey is a valuable product, enterprises often do not process it, but rather discharge the cheese whey into the sewage system. This, in turn, leads to a sharp increase in the content of organic substances in water (COD), the entry of various cheese whey microorganisms into the drainage systems, which can then lead to disruption of the operation of biological wastewater treatment facilities. Cheese whey is half of milk; 50 % of dry substances pass into it, including 20 %% of proteins, 95 %% of lactose, 80 %% of minerals and 10 %% of milk fat. In this regard, the entry of cheese whey into sewerage systems, and in emergency cases directly into water bodies, causes serious environmental problems. One of the ways to utilize cheese whey is to use two-stage anaerobic fermentation technology, which makes it possible to obtain a high-energy methane-hydrogen mixture (biohythane) and reduce COD, thereby solving the issues of energy efficiency and environmental safety of dairy production. The article presents the results of a study of the process of two-stage anaerobic fermentation of cheese whey using various immobilizing materials: polyurethane
foam, carbon felt and ceramic loading (Raschig rings made of technical porcelain), the selection of optimal technological parameters of the process (OLR, HRT) is made, and the effectiveness of the use of immobilizing materials is assessed. It was found that polyurethane foam is an effective immobilizing material for the acidogenic reactor RH, in which the process of dark fermentation of cheese whey took place with the formation of hydrogen. Immobilization of biomass in methanogenic reactors proceeded better in apparatuses loaded with polyurethane foam and carbon felt than in a reactor loaded with ceramic Raschig rings. It was found that an HRT of 10 hours for an acidogenic reactor with polyurethane foam immobilizing material and an HRT of 2 days for a methanogenic reactor with coal felt are the best technological parameters under the selected initial conditions
Keywords: wastewater treatment, milk processing industry, two-stage anaerobic fermentation, cheese whey, immobilizing material, biohythane.
Одной из основных экологических опасностей для водных объектов является поступление в них недостаточно очищенных сточных вод. При производстве казеина, твердых сыров, творога образуется высококонцентрированный жидкий отход - молочная сыворотка (МС). Несмотря на то, что МС является ценным продуктом, по экономическим причинам предприятия зачастую не осуществляют ее переработку и сбрасывают МС в систему канализации [1]. Это приводит к резкому возрастанию содержания органических веществ в воде (ХПК), попаданию в системы водоотве-дения различных микроорганизмов МС [2], которые далее могут приводить к нарушению работы сооружений биологической очистки сточных вод [3]. МС - это половина молока, в нее переходит 50 % сухих веществ, в том числе 20 % белков, 95 % лактозы, 80 % минеральных веществ и 10 % молочного жира. В этой связи поступление МС в системы канализации, а в аварийных случаях и непосредственно в водные объекты вызывает серьезные экологические проблемы.
Одним из путей обезвреживания и утилизации МС может стать двухступенчатая анаэробная ферментация (АФ), позволяющая, во-первых, инактивировать аэробные микроорганизмы, присутствующие в МС, во-вторых, снизить ХПК, в-третьих, производить не только метан, но и водород, которые при смешении образуют высокоэнергетическую смесь - биогитан (содержание H2 от 10 до 25 %) [4].
Эффективность производства биогитана [5] и снижения ХПК в процессе АФ МС зависит от многих факторов, в том числе от нагрузки по органическому веществу (OLR) и среднего времени пребывания органического вещества в реакторе (HRT), а также способов интенсификации процесса АФ [6]. В ряде исследований было установлено, что добавление в анаэробный реактор неподвижного иммобилизующего
носителя способствует увеличению производства биометана. H. Zheng и соавт. [7] использовали различные виды иммобилизующих материалов в процессе АФ. Результаты показали, что стабильный и нетоксичный материал хлорированный полиэтилен (CPE) с шероховатой поверхностью и пористой структурой является наиболее благоприятным материалом для иммобилизации анаэробных микроорганизмов. Высокий выход метана был получен путем добавления в анаэробный реактор губки из люфы и пенополиуретана. Экспериментально было доказано, что пористая структура и размер пор иммобилизующего материала оказывают существенное влияние на процесс АФ [8, 9]. Однако в зависимости от природы материала иммобилизующего агента он может выполнять не только функцию иммобилизации, но и оказывать стимулирующий эффект на метаногенез [10-12]. Следовательно, подбор соответствующего иммобилизующего материала для биореактора может обеспечить эффективность и успех ферментационной системы. К сожалению, исследования, посвященные сравнению различных иммобилизующих материалов в двухступенчатых биореакторах АФ, ограничены. Совсем недавно стали появляться работы по влиянию иммобилизующего агента на выход биоводорода [13-15].
Целью работы было изучение влияния ряда иммобилизующих материалов (пенополиуретан, угольный войлок, керамическая загрузка (кольца Рашига из технического фарфора) на процесс двухступенчатой АФ МС с получением биогитана в реакторах с неподвижным слоем загрузки, выбор наиболее эффективного иммобилизующего агента и наилучших технологических параметров (OLR, HRT) для работы реакторов.
Экспериментальная часть. Объектом исследования являлась сухая творожная МС, ГОСТ 33958-2016 (АО «Зеленодольский молокопе-рерабатывающий комбинат», Россия), состав и свойства которой представлены в таблице. Сухую МС разводили в 200 раз водопроводной водой и увеличивали рН до 11 с помощью 8М NaOH. Состав приготовленного субстрата: ХПК = 5730 мг/л; молочная кислота 448,7 мг/л, уксусная кислота 200 мг/л; изомасляная кислота 110 мг/л, этанол 80 мг/л. Пропионовая и масляная кислоты отсутствовали.
Процесс двухступенчатой АФ с получением биогитана проводили в установке, включающей четыре реактора из полипропилена, которые работали как затопленные биофильтры с рециркуляцией. Рабочие объемы реакторов составляли 1500 мл для кислотогенного реактора (RH) и 900 мл для каждого из метаногенных реакторов (R1-R4).
Состав сухой молочной сыворотки (АО «Зеленодольский молокоперерабатывающий комбинат», Россия)
Параметр Значение Параметр Значение
СВ*, % 97,3 ± 1,3 Жиры, % СВ 2,5 ± 0,6
оСВ*, % 86,1 ± 1,3 Лактоза, % СВ 61,6 ± 2,3
С, % СВ 40,0 ± 2,5 % СВ 0,4 ± 0,1
N % св 2,0 ± 0,9 К, % СВ 0,7 ± 0,1
Н, % СВ 6,0 ± 0,8 Са, % СВ 2,5 ± 0,1
S, % СВ менее 0,3 Р, % СВ 1,4 ± 0,1
Белки, % СВ 12,4 ± 2,5 Ме, % СВ 0,3 ± 0,1
*СВ - сухое вещество, оСВ - органическое сухое вещество.
В качестве иммобилизующего материала для RH и Ю были использованы кусочки полиуретановой пены (ППУ), для Я2 - угольный войлок, для Я3 - кольца Рашига из технического фарфора, для Я4 -смешанный иммобилизующий материал, включающий угольный войлок и кольца Рашига (рис. 1). Загрузочный материал в реакторы помещался на сетку из полиэтилена. Подача субстрата и откачка эффлюента из каждого реактора в течение суток происходила в заданном автоматическом режиме.
а б в
Рис. 1. Фотографическое изображение иммобилизующих материалов: а — пенополиуретан; б - угольный войлок; с - кольца Рашига
Для реактора RH был использован инокулят из реактора, в котором протекал процесс анаэробной ферментации комбикорма в термофильном режиме, имеющий СВ = 0,94 ± 0,06 %; оСВ = 74,35 ± 1,52 % СВ; рН 7,4 ± 0,3. Перед загрузкой в RH была проведена кислотная инактивация метаногенов (1 сут 10 % НС1 до рН 3,0; затем нейтрализация 20 %
№0Н до рН 7,1). Для метаногенных реакторов R1-R4 применили ино-кулят из метантенка Нижегородской станции аэрации (г. Нижний Новгород): СВ = 1,9 ± 0,2 %; оСВ = 62,8 ± 0,5 % СВ; рН 7,5 ± 0,1.
На первом этапе эксперимента исследовали работу реактора ЯН при различных НЯТ: 10, 8, 6 и 4 ч ^Я 13,7; 17,2; 22,9; 33,7 кг ХПК/м3 сут).
На втором этапе эксперимента исследовали работу двухступенчатого процесса получения биогитана при оптимальном НЯТ для реактора ЯН (определяли по результатам первого этапа) и при НЯТ: 9; 4,5; 3; 2; 1,5; 1; 0,5 сут для метаногенных реакторов Я1-Я4. В метаногенные реакторы Я1-Я4 подавали эффлюент после ЯН без дополнительной обработки (нейтрализации). 0LR для каждого из четырех метаногенных реакторов на второй стадии была 1,8; 2,4; 3,6; 7,1 кг ХПК/м3 сут. Температура термофильного процесса для ЯН составляла 57,5 °С, для Я1-Я4 - 55 °С.
Результаты и их обсуждение. На первом этапе эксперимента ступенчато снижали величину НЯТ для ЯН с 10 до 4 ч в течение 58 сут. Наилучшее удаление ХПК (33 %) наблюдали при НЯТ 10 ч и нагрузке на реактор 13,7 кг ХПК/м3 сут (рис. 2). Наиболее стабильным процесс темновой ферментации в ЯН с получением водорода протекал при НЯТ 10 ч (рис. 3). Было выявлено, что пористая структура иммобилизующего материала (ППУ) способствовала образованию зон активного метаноге-неза в кислотогенном реакторе.
Рис. 2. Эффективность удаление ХПК в кислотогенном реакторе ЯН при различных НЯТ
Таким образом, проведенная предварительная кислотная инактивация метаногенов в кислотогенном инокуляте оказалась недостаточно эффективной и позволила инактивировать метаногенез только на этапе
запуска реактора. Для подавления метаногенеза в реакторе RH было испробовано два технологических решения: кратковременное снижение рН и кратковременное резкое увеличение нагрузки OLR. Необходимая инактивация метаногенов была достигнута только при применении второго варианта - резкого кратковременного увеличения OLR. Средний удельный выход биоводорода (1345 ± 132 мл/г ХПК), средняя концентрация водорода (41,36 %) и максимальная концентрация водорода в биогазе ЯН (47 %) были наибольшими при HRT 10 ч, тогда как максимальный удельный выход водорода (2562 мл/г ХПК) наблюдали при НЯТ 8 ч. Таким образом, было установлено, что при исходном значении ХПК МС 5730 мг/л наилучшие технологические параметры работы реактора ЯН: НЯТ 10 ч, OLR 13,7 кг ХПК/ (м3сут).
10 12 14 17 20 21 25 27 29 32 33 34 35 40 43 47 53 54 57
Продолжительность АФ, сут
Рис. 3. Динамика удельного выхода водорода (УВВ) и метана (УВМ) в кислотогенном реакторе ЯН
На второй стадии эксперимента изучали влияние трех видов иммобилизующих материалов (ППУ, угольный войлок, керамика), а также смешанного загрузочного материала (угольный войлок и керамика) на процесс метаногенеза. В метаногенные реакторы Я1-Я4 одновременно подавали эффлюент из кислотогенного реактора ЯН без обработки (подщелачивания). ЯН работал на данном этапе при НЯТ 10 ч, OLR 13,7 кг ХПК/(м3сут). НЯТ у реакторов Я1-Я4 изменяли ступенчато: 9; 4,5; 3; 2; 1,5; 1; 0,5 сут. Общая продолжительность непрерывной работы реакторов Я1-Я4 составила 71 день.
После загрузки инокулята метаногенные реакторы двое суток находились в режиме рециркуляции, на третий день начали подавать эф-
флюент из RH при HRT 9 сут. Образование биогаза наблюдали уже на следующие сутки. Процесс иммобилизации биомассы на поверхности носителей в реакторах R1-R4, а также ее вынос из реакторов в процессе работы установки были различными.
Дольше всех прикрепление биомассы (по наличию ее в эффлюен-те) происходило в реакторе с керамическими кольцами Рашига. Наилучшее быстрое прикрепление биомассы наблюдали в реакторе с ППУ. На 22 сут в трех реакторах наблюдали минимальный вынос биомассы кроме реактора с кольцами Рашига. Снижение HRT ожидаемо приводило к увеличению вымывания биомассы из реакторов.
Наибольшее снижение ХПК наблюдали в реакторах с ППУ (96,91 %) и с угольным войлоком (96,67 %) при HRT 2 сут (рис. 4). Для R1 и R2 концентрация ХПК в эффлюенте составила 112 и 121 мг/л соответственно при HRT 2 сут. Стоит отметить, что эффективность удаления ХПК в реакторах R1 и R2 сохранялась выше 94 % при HRT 1-4,5 сут.
■ R1 DR2 1R3 ¡:iR4
9 4.5 3 2 1.5 1 0.5
НЯТ, сут
Рис. 4. Эффективность удаления ХПК для метаногенных реакторов R1-R4 в зависимости от HRT
Наибольший удельный выход метана наблюдали в реакторах с угольным войлоком (Я2) и со смешанной загрузкой (Я4) 337,3 мл/г ХПК и 338,5 мл/г ХПК соответственно при НЯТ 2 сут (рис. 5). Для реактора Я1 при НЯТ 2 сут наблюдали средний удельный выход 297,2 мл/г ХПК, что почти на 12 % меньше, чем в реакторе с угольным войлоком. Для Я3 наибольший средний удельный выход (318,7 мл/г ХПК) наблюдали также при НЯТ 2 сут.
Таким образом, наилучшим технологическим параметром работы метаногенного реактора является НЯТ 2 сут, с угольным войлоком в качестве иммобилизующего материала.
■ Ю ПЯ2 иЮ ИЯ4
400 п
й
3 -
НЯТ, сут
Рис. 5. Средний удельный выход метана в метаногенных реакторах в зависимости от НЯТ
Выводы:
1. Пенополиуретан является эффективным иммобилизующим материалом для кислотогенного реактора ЯН, в котором протекает процесс темновой ферментации молочной сыворотки с образованием водорода.
2. Наибольшее удаление органического вещества (32,98 %) в ЯН происходило при НЯТ 10 ч.
3. Кислотная инактивация метаногенов при подготовке термофильного инокулята с использованием 2М НС1 при рН 3 в течение сут для кислотогенного реактора была слабоэффективной. В процессе эксперимента наблюдали образование метана в биогазе реактора ЯН при низких значениях рН (4,7-5,2), что можно объяснить созданием благоприятных условий для развития метаногенов в порах иммобилизующей загрузки.
4. Установлено, что подавление активности метаногенов наиболее эффективно за счет резкого кратковременного увеличения нагрузки OLR на кислотогенный реактор и снижения НЯТ.
5. Иммобилизация биомассы в метаногенных реакторах лучше протекала в аппарате с загрузкой из пенополиуретана и реакторе с угольным войлоком, чем в реакторе с загрузкой из керамических колец Рашига.
6. Наилучшими технологическими параметрами работы установки двухступенчатой анаэробной ферментации МС при указанных исходных условиях проведения эксперимента является НЯТ 10 ч для кислотогенного реактора с пенополиуретановым иммобилизующим материалом и НЯТ 2 сут для метаногенного реактора с угольным войлоком.
Список литературы
1. Очистка сточных вод предприятий молочной промышленности с высоким содержанием сыворотки / Е.П. Евсеев, Д.М. Исаенко, И.В. Журавлёва, В.Н. Яценко, В.Э. Ненно // Международный академический вестник. - 2019. -№ 11. - С. 67-70.
2. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности / С.М. Шифрин, Г.В. Иванов, Б.Г. Мишуков, Ю.А. Феофанов. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 272 с.
3. Свириденко, Ю.Я. Использование молочной сыворотки и локальная очистка стоков / Ю.Я. Свириденко, Э.Ф. Кравченко, О.А. Яковлева // Молочная промышленность. - 2008. - № 11. - С. 58-63.
4. Two-stage thermophilic anaerobic digestion of cheese whey: Process optimization, comparison with single-stage, and full-scale estimation / Lia Paula Po-loni Batista, Ana Paula Paulinetti, Antônio Djalma Nunes Ferraz Júnior, Roberta Albanez, Suzana Maria Ratusznei, Claudia Etchebehere, Giovanna Lovato, José Alberto Domingues Rodrigues // Chem. Eng. Process. - 2023. - Vol. 183. - P. 109260.
5. Debabrata Das, Shantonu Roy. Biohythan. Fuel for the Future. - Pan Stanford Publishing, 2017. - 319 p.
6. Levin, B. Challenges for renewable hydrogen production from biomass / B. Levin, R. Chahine // Int. J. Hydrogen Energy. - 2010. - № 35. - P. 4962-4969.
7. Development of a bio-zeolite fixed-bed bioreactor for mitigating ammonia inhibition of anaerobic digestion with extremely high ammonium concentration livestock waste / H. Zheng, D. Li, M.S. Stanislaus, N. Zhang, Q. Zhu, X. Hu, Y. Yang // Chem. Eng. J. - 2015. - № 280. - P. 106-114.
8. Influence of bed materials on methanogenic characteristics and immobilized microbes in anaerobic digester / Y. Yang, C. Tada, M.S. Miah, K. Tsukahara, T. Yagishita, S. Sawayama // Mater. Sci. Eng. C. - 2004. - № 24. - P. 413-419.
9. Methanogenic community and performance of fixed- and fluidized-bed reactors with reticular polyurethane foam with different pore sizes / Y. Yang, C. Tada, K. Tsukahara, S. Sawayama // Materials Sci. Eng. C. - 2004. - Vol. 24, iss. 6-8. - P. 803-813.
10. Синтрофия и межвидовой перенос электронов в метаногенных микробных сообществах / А.Н. Ножевникова, Ю.И. Русскова, Ю.В. Литти, С.Н. Паршина, Е.А. Журавлева // Микробиология. - 2020. - Т. 89, № 2. - С. 131-151.
11. Role and potential of direct interspecies electron transfer in anaerobic digestion / G. Baek, J. Kim, J. Kim, C. Lee // Energies. - 2018. - Vol. 11. - Article 107.
12. Leilei, Xiao. Advantage of conductive materials on interspecies electron transfer-independent acetoclastic methanogenesis: A critical review / Leilei Xiao, Eric Lichtfouse, P. Senthil Kumar // Fuel. - 2021. - Vol. 305. - 121577.
13. Influence of support materials on continuous hydrogen production in anaerobic packed-bed reactor with immobilized hydrogen producing bacteria at acidic conditions / P. Muri, R. Marinsek-Logar, P. Djinovica, A. Pintar // Enzyme and Microbial Technology. - 2018. - Vol. 111. - P. 87-96.
14. Gokfiliz, P. The effect of support particle type on thermophilic hydrogen production by immobilized batch dark fermentation / P. Gokfiliz, I. Karapinar // Int. J. Hydrog. Energy. - 2017. - Vol. 42 (4). - P. 2553-2561.
15. Sekoai, P.T. Effect of metal ions on dark fermentative biohydrogen production using suspended and immobilized cells of mixed bacteria / P.T. Sekoai, M.O. Daramola // Chem. Eng. Commun. - 2018. - Vol. 205 (2). - P. 1-12.
References
1. Evseev E.P., Isaenko D.M., Zhuravljova I.V., Jacenko V.N., Nenno V.Je. Ochistka stochnyh vod predprijatij molochnoj promyshlennosti s vysokim soder-zhaniem syvorotki [Treatment of dairy industry wastewater with high whey content]. Mezhdunarodnyj akademicheskij vestnik, 2019, no. 11, pp. 67-70.
2. Shifrin S.M., Ivanov G.V., Mishukov B.G., Feofanov Ju.A. Ochistka stochnyh vod predprijatij mjasnoj i molochnoj promyshlennosti [Wastewater treatment of meat and dairy industry enterprises]. M.: Legkaja i pishhevaja promy-sMennost', 1981, 272 P.
3. Sviridenko Ju.Ja., Kravchenko Je.F., Jakovleva O.A. Ispol'zovanie molochnoj syvorotki i lokal'naja ochistka stokov [Use of whey and local wastewater treatment]. Molochnajapromyshlennost', 2008, no. 11, pp. 58-63.
4. Lia Paula Poloni Batista, Ana Paula Paulinetti, Antônio Djalma Nunes Ferraz Júnior, Roberta Albanez, Suzana Maria Ratusznei, Claudia Etchebehere, Giovanna Lovato, José Alberto Domingues Rodrigues. Two-stage thermophilic anaerobic digestion of cheese whey: Process optimization, comparison with singlestage, and full-scale estimation // Chem. Eng. Process. 2023. V. 183. P. 109260.
5. Debabrata Das, Shantonu Roy. Biohythan. Fuel for the Future. Pan Stanford Publishing. 2017. 319 p.
6. Levin B., Chahine R. Challenges for renewable hydrogen production from biomass. Int. J. Hydrogen Energy. 2010. No. 35. P. 4962-4969.
7. Zheng H., Li D., Stanislaus M.S., Zhang N., Zhu Q., Hu X., Yang Y. Development of a bio-zeolite fixed-bed bioreactor for mitigating ammonia inhibition of anaerobic digestion with extremely high ammonium concentration livestock waste // Chem. Eng. J. 2015. No. 280. P. 106-114.
8. Yang Y., Tada C., Miah M.S., Tsukahara K., Yagishita T., Sawayama S. Influence of bed materials on methanogenic characteristics and immobilized microbes in anaerobic digester // Mater. Sci. Eng. C. 2004. No. 24. P. 413-419.
9. Yang Y., Tada C., Tsukahara K., Sawayama S. Methanogenic community and performance of fixed- and fluidized-bed reactors with reticular polyurethane foam with different pore sizes // Materials Sci. Eng. C. 2004. Vol. 24. Issues 6-8. P. 803-813.
10. Nozhevnikova A.N., Russkova Ju. I., Litti Ju. V., Parshina S.N., Zhurav-leva E.A. Sintrofija i mezhvidovoj perenos jelektronov v metanogennyh mikrobnyh
soobshhestvah [Syntrophy and interspecies electron transfer in methanogenic microbial communities]. Mikrobiologija. 2020, vol. 89, no. 2, pp. 131-151.
11. Baek G., Kim J., Kim J., Lee C. Role and potential of direct interspecies electron transfer in anaerobic digestion // Energies. 2018. Vol. 11. Article 107.
12. Leilei Xiao, Eric Lichtfouse, P. Senthil Kumar. Advantage of conductive materials on interspecies electron transfer-independent acetoclastic methano-genesis: A critical review // Fuel. 2021. Vol. 305. 121577
13. Muri P., Marinsek-Logar R., Djinovica P., Pintar A. Influence of support materials on continuous hydrogen production in anaerobic packed-bed reactor with immobilized hydrogen producing bacteria at acidic conditions // Enzyme and Microbial Technology. 2018. Vol. 111. P. 87-96.
14. Pelin Gokfiliz, Ilgi Karapinar. The effect of support particle type on thermophilic hydrogen production by immobilized batch dark fermentation // Int. J. Hydrog. Energy. 2017. Vol. 42 (4). P. 2553-2561.
15. Patrick Thabang Sekoai, M.O. Daramola. Effect of metal ions on dark fermentative biohydrogen production using suspended and immobilized cells of mixed bacteria. Chem Eng Commun. 2018. Vol. 205 (2). P. 1-12.
Об авторах
Катраева Инна Валентиновна (Нижний Новгород, Россия) - кандидат технических наук, доцент кафедры водоснабжения, водоотведения, инженерной экологии и химии Нижегородского государственного архитектурно-строительного университета (603000, г. Нижний Новгород, ул. Ильинская, 65, e-mail: [email protected]).
Михеева Эльза Равилевна (Нижний Новгород, Россия) - кандидат биологических наук, научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, e-mail: biomikheeva@ gmail.com).
Ворожцов Дмитрий Леонидович (Нижний Новгород, Россия) - кандидат химических наук, ведущий инженер Испытательного аналитического центра, младший научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, e-mail: [email protected]).
Захарычев Евгений Александрович (Нижний Новгород, Россия) -кандидат химических наук, заведующий лабораторией полимерных материалов, старший научный сотрудник лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, e-mail: [email protected]).
Виноградова Александра Николаевна (Нижний Новгород, Россия) - лаборант-исследователь лаборатории ресурсосберегающих биотехнологий Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (603022, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23, e-mail: [email protected]).
About the authors
Inna V. Katraeva (Nizhny Novgorod, Russian Federation) - Ph.D. of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Water Supply, Wastewater Disposal, Environmental Engineering and Chemistry, Nizhny Novgorod State University of Architecture and Civil Engineering (65, Ilinskaya str., Nizhny Novgorod, 603000, e-mail: [email protected]).
Elza R. Mikheeva (Nizhny Novgorod, Russian Federation) - Ph.D. of Biological Sciences, scientific researcher, Laboratory of Resource-Saving Biotechnologies, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod (23, Gagarin av., Nizhny Novgorod, 603022, e-mail: [email protected]).
Dmitriy L. Vorozhtsov (Nizhny Novgorod, Russian Federation) - Ph.D. of Chemical Sciences, leading engineer of the Testing Analytical Center, researcher of the Laboratory of Resource-Saving Biotechnologies, National Research Lo-bachevsky State University of Nizhny Novgorod (23, Gagarin av., Nizhny Novgorod, 603022, e-mail: [email protected]).
Evgeniy A. Zakharychev (Nizhny Novgorod, Russian Federation) - Ph.D. of Chemical Sciences, head of the Laboratory of Polymer Materials, senior researcher of the Laboratory of Resource-Saving Biotechnologies, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod (23, Gagarin av., Nizhny Novgorod, 603022, e-mail: [email protected]).
Alexandra N. Vinogradova (Nizhny Novgorod, Russian Federation) - laboratory assistant-researcher, Laboratory of Resource-Saving Biotechnologies, National Research Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod (23, Gagarin av., Nizhny Novgorod, 603022, e-mail: [email protected]).
Поступила: 12.02.2024
Одобрена: 18.02.2024
Принята к публикации: 20.02.2024
Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (соглашение № 21-79-10153).
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Вклад авторов равноценен.
Просьба ссылаться на эту статью в русскоязычных источниках следующим образом:
Применение технологии двухступенчатой анаэробной ферментации молочной сыворотки для обеспечения экологической безопасности систем водоотведения молокозаводов / И.В. Катраева, Э.Р. Михеева, Д.Л. Ворожцов, Е.А. Захарычев, А.Н. Виноградова // Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология. - 2024. - № 1. - С. 5-17.
Please cite this article in English as:
Katraeva I.V., Mikheeva E.R., Vorozhtsov D.L., Zakharychev E.A., Vinogradova A.N. Application of two-stage anaerobic fermentation technology of cheese whey to ensuring environmental safety of water disposal systems of dairies. Bulletin of PNRPU. Chemical Technology and Biotechnology, 2024, no. 1, pp. 5-17 (In Russ).
