Визначення показників процесу анаеробної ферментації осаду стічних вод аквакультури

Автор(и)

  • Геннадій Анатолійович Голуб Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0002-2388-0405
  • Оксана Анатоліївна Яременко Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0001-5440-4682
  • Петро Петрович Кучерук Інститут технічної теплофізики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1888-0774
  • Олег Анатолійович Марус Національний університет біоресурсів і природокористування України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1521-2885
  • Наталія Михайлівна Цивенкова Національний університет біоресурсів і природокористування України; Інститут відновлюваної енергетики НАН України, Україна https://orcid.org/0000-0003-1703-4306
  • Володимир Трохимович Надикто Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного, Україна https://orcid.org/0000-0002-1770-8297
  • В’ячеслав Володимирович Чуба Білоцерківський національний аграрний університет, Україна https://orcid.org/0000-0002-4119-0520
  • Ярослав Дмитрович Ярош Поліський національний університет, Україна https://orcid.org/0000-0001-8376-8979

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317019

Ключові слова:

анаеробна ферментація осаду, питомий вихід біометану, рециркуляційна система аквакультури, біометан

Анотація

Об’єкт дослідження – процес анаеробної ферментації осаду стічних вод аквакультури. Встановлено, що експоненціальна залежність адекватно описує експериментальні дані зміни рівня розкладу сухої органічної речовини (СОР) та питомого виходу біометану на одиницю розкладеної СОР осаду стічних вод аквакультури в залежності від часу анаеробного зброджування. Максимальний рівень розкладу СОР під час анаеробного зброджування досягнутий за 38 діб становив 0,74 відн. од при швидкості процесу 0,108 відн. од. за добу. Інтегральний рівень розкладу СОР упродовж 21 доби анаеробного зброджування може досягати лише 0,43 відн. од., а інтегральний рівень розкладу СОР встановлюється на рівні 0,033 відн. од. за добу. Вихід біогазу та біометану під час анаеробної ферментації на 21 добу анаеробного зброджування досягав 4,083 та 2,627 л відповідно. При цьому концентрація біометану в біогазі на 7 добу зброджування досягала 74‒75 % і трималася на цьому рівні до 21 доби. Максимальний рівень питомого виходу біометану під час анаеробного зброджування досягнутий на 38 добу становив 803,936 мл (н.у.)/г СОРр при швидкості зміни величини питомого виходу біометану 0.207 мл (н.у.)/г СОРр за добу. Інтегральний питомий вихід біометану упродовж 21 доби анаеробного зброджування може досягав 580‒590 мл (н.у.)/г СОРр. При часі зброджування 21 доба, питомий вихід біометану має оптимальне значення в залежності від періодичності завантаження реактора, яке становить 1,48‒1,49 м3 біометану на один м3 біомаси в реакторі за одну добу при періодичності завантаження реактора один раз за час від 4,5 до 6 діб. Результати досліджень можуть бути використані для визначення обсягів виробництва біометану та електроенергії на його основі при анаеробному зброджуванні осаду стічних вод аквакультури

Біографії авторів

Геннадій Анатолійович Голуб, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Доктор технічних наук, професор

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенка

Оксана Анатоліївна Яременко, Інститут відновлюваної енергетики НАН України

Аспірант

Відділення відновлюваних органічних енергоносіїв

Петро Петрович Кучерук, Інститут технічної теплофізики НАН України

Кандидат технічних наук

Відділ теплофізичних проблем систем теплопостачання

Олег Анатолійович Марус, Національний університет біоресурсів і природокористування України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенка

Наталія Михайлівна Цивенкова, Національний університет біоресурсів і природокористування України; Інститут відновлюваної енергетики НАН України

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра технічного сервісу та інженерного менеджменту ім. М.П. Момотенка

Відділення відновлюваних органічних енергоносіїв

Володимир Трохимович Надикто, Таврійський державний агротехнологічний університет імені Дмитра Моторного

Доктор технічних наук, професор

Кафедра експлуатації та технічного сервісу машин

В’ячеслав Володимирович Чуба, Білоцерківський національний аграрний університет

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра електроенергетики, електротехніки та електромеханіки

Ярослав Дмитрович Ярош, Поліський національний університет

Доктор технічних наук, професор

Кафедра електрифікації, автоматизації виробництва та інженерної екології

Посилання

  1. Xu, J., Wang, J., Lin, S., Hou, L., Ma, S., Lv, Y., Chen, R. et al. (2023). The effect of novel aquaculture mode on phosphorus sorption-release in pond sediment. Science of The Total Environment, 905, 167019. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.167019
  2. Jia, S., Wang, L., Zhang, J., Zhang, L., Ma, F., Huang, M. et al. (2022). Comparative study on the morphological characteristics and nutritional quality of largemouth bass (Micropterus salmoides) cultured in an aquaculture system using land-based container with recycling water and a traditional pond system. Aquaculture, 549, 737721. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2021.737721
  3. Horstmann, P., Alliney, N., Eding, E. H., Kals, J., Prakash, S., Staessen, T. W. O. et al. (2024). Practical implications of lowering dietary starch content on waste management in recirculating aquaculture systems operated with drum filtration or sedimentation in yellowtail kingfish (Seriola lalandi). Aquaculture, 584, 740587. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.740587
  4. Li, H., Cui, Z., Cui, H., Bai, Y., Yin, Z., Qu, K. (2023). Hazardous substances and their removal in recirculating aquaculture systems: A review. Aquaculture, 569, 739399. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2023.739399
  5. Sarkar, S., Kamilya, D., Mal, B. C. (2007). Effect of geometric and process variables on the performance of inclined plate settlers in treating aquacultural waste. Water Research, 41 (5), 993–1000. https://doi.org/10.1016/j.watres.2006.12.015
  6. Cripps, S. J., Bergheim, A. (2000). Solids management and removal for intensive land-based aquaculture production systems. Aquacultural Engineering, 22 (1-2), 33–56. https://doi.org/10.1016/s0144-8609(00)00031-5
  7. Yang, H., Tan, T., Du, X., Feng, Q., Liu, Y., Tang, Y. et al. (2025). Advancements in freshwater aquaculture wastewater management: A comprehensive review. Aquaculture, 594, 741346. https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2024.741346
  8. Gebauer, R., Eikebrokk, B. (2006). Mesophilic anaerobic treatment of sludge from salmon smolt hatching. Bioresource Technology, 97 (18), 2389–2401. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2005.10.008
  9. Akizuki, S., Suzuki, H., Fujiwara, M., Toda, T. (2023). Impacts of steam explosion pretreatment on semi-continuous anaerobic digestion of lignin-rich submerged macrophyte. Journal of Cleaner Production, 385, 135377. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135377
  10. da Borso, F., Chiumenti, A., Fait, G., Mainardis, M., Goi, D. (2021). Biomethane Potential of Sludges from a Brackish Water Fish Hatchery. Applied Sciences, 11 (2), 552. https://doi.org/10.3390/app11020552
  11. Ferreira, R. C. B. (2012). Anaerobic digestion of sludge from marine recirculation aquaculture systems. Integrated Master in Environmental Engineering – 2011/2012. Faculty of Engineering of University of Porto. Porto, 90. Available at: https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/65569/1/000154211.pdf
  12. Zhang, X., Spanjers, H., van Lier, J. B. (2013). Potentials and limitations of biomethane and phosphorus recovery from sludges of brackish/marine aquaculture recirculation systems: A review. Journal of Environmental Management, 131, 44–54. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2013.09.016
  13. Lobanov, V., De Vrieze, J., Joyce, A. (2023). Simultaneous biomethane production and nutrient remineralization from aquaculture solids. Aquacultural Engineering, 101, 102328. https://doi.org/10.1016/j.aquaeng.2023.102328
  14. Pesante, G., Bolzonella, D., Jelic, A., Frison, N. (2024). Upgrading biogas plants to produce microbial proteins for aquaculture feed. Journal of Cleaner Production, 459, 142559. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.142559
  15. Righetti, E., Nortilli, S., Fatone, F., Frison, N., Bolzonella, D. (2020). A Multiproduct Biorefinery Approach for the Production of Hydrogen, Methane and Volatile Fatty Acids from Agricultural Waste. Waste and Biomass Valorization, 11 (10), 5239–5246. https://doi.org/10.1007/s12649-020-01023-3
  16. Golub, G., Tsyvenkova, N., Holubenko, A., Chuba, V., Tereshchuk, M. (2021). Investigation of substrate mixing process in rotating drum reactor. INMATEH Agricultural Engineering, 63 (1), 51–60. https://doi.org/10.35633/inmateh-63-05
  17. Choudhury, A., Lepine, C., Witarsa, F., Good, C. (2022). Anaerobic digestion challenges and resource recovery opportunities from land-based aquaculture waste and seafood processing byproducts: A review. Bioresource Technology, 354, 127144. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2022.127144
  18. Golub, G., Kukharets, S., Zavadska, O., Marus, O. (2019). Determination of the rate of organic biomass decomposition in biogas reactors with periodic loading. International Journal of Renewable Energy Research, 9 (4), 1741–1750. https://doi.org/10.20508/ijrer.v9i4.10163.g7777
  19. Meyer, A. K. P., Ehimen, E. A., Holm-Nielsen, J. B. (2018). Future European biogas: Animal manure, straw and grass potentials for a sustainable European biogas production. Biomass and Bioenergy, 111, 154–164. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2017.05.013
  20. Ahlberg-Eliasson, K., Nadeau, E., Levén, L., Schnürer, A. (2017). Production efficiency of Swedish farm-scale biogas plants. Biomass and Bioenergy, 97, 27–37. https://doi.org/10.1016/j.biombioe.2016.12.002
  21. Halder, N. (2017). Thermophilic Biogas Digester for Efficient Biogas Production from Cooked Waste and Cow Dung and Some Field Study. International Journal of Renewable Energy Research, 7 (3), 1062–1073. https://doi.org/10.20508/ijrer.v7i3.5844.g7137
  22. Cucchiella, F., D’Adamo, I., Gastaldi, M. (2019). An economic analysis of biogas-biomethane chain from animal residues in Italy. Journal of Cleaner Production, 230, 888–897. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2019.05.116
  23. Torrellas, M., Burgos, L., Tey, L., Noguerol, J., Riau, V., Palatsi, J. et al. (2018). Different approaches to assess the environmental performance of a cow manure biogas plant. Atmospheric Environment, 177, 203–213. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2018.01.023
  24. Ishikawa, S., Iwabuchi, K., Takahashi, K., Hara, R., Kita, H. (2019). Performance evaluation based on long-term operation results of biogas plant for livestock manure management. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 12 (2), 155–161. https://doi.org/10.1016/j.eaef.2018.12.003
Визначення показників процесу анаеробної ферментації осаду стічних вод аквакультури

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-12-30

Як цитувати

Голуб, Г. А., Яременко, О. А., Кучерук, П. П., Марус, О. А., Цивенкова, Н. М., Надикто, В. Т., Чуба, В. В., & Ярош, Я. Д. (2024). Визначення показників процесу анаеробної ферментації осаду стічних вод аквакультури. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(8 (132), 66–78. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2024.317019

Номер

Том 6 № 8 (132) (2024): Енергозберігаючі технології та обладнання

Розділ

Енергозберігаючі технології та обладнання

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Gennadii Golub, Oksana Yaremenko, Petro Kucheruk, Oleh Marus, Nataliya Tsyvenkova, Volodymyr Nadykto, Viacheslav Chuba, Yaroslav Yarosh

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.