Екологічні проблеми крафтових пивоварень та способи їх вирішення - Фалик, Тарас Сергійович (Національний університет "Львівська політехніка", 2019)
В дисертаційному дослідженні розв’язана актуальна науково-практична задача - підвищення рівня екологічної безпеки гідросфери шляхом кавітаційного очищення стічних вод крафтових пивоварень. Шляхом аналізу стадій виробництва крафтового пива проведена ідентифікація джерел екологічної небезпеки в зоні впливу крафтового пивоваріння. Встановлено, що найбільш небезпечним джерелом екологічної небезпеки є дріжджові стоки, яких виділяється 150-200 кг. на 1 т приготовленого пива. Саме ці стоки створюють найбільш суттєву екологічну небезпеку в зоні впливу виробництва крафтового пива. На мінімізацію цієї екологічної небезпеки направлені дисертаційні дослідження. Проведена оцінка ступеня екологічної небезпеки від забруднення довкілля в зоні впливу крафтового пивоваріння, на основі якої встановлено, що перспективною є двостадійна технологія очищення стоків: (1 стадія – фільтрування на дробині; 2 стадія – кавітаційна обробка). У випадку застосування різних способів створення кавітаційного поля досягаються такий ступінь очищення стоків від дріжджів: для ультразвуку - 90%; для віброрезонансного впливу – 80%; для застосування насоса- кавітатора – 60%. Побудовані залежності ступеня екологічної небезпеки внаслідок впливу на гідросферу стоків крафтового пивоваріння для різних способі очищення стоків та кількості дріжджів у стоках крафтового виробництва на різних стадіях очищення. Показано, що фільтрація висококонцентрованих дріжджових стоків через шар дробини дозволяє знизити рівень біологічного забруднення майже у 200 разів, при цьому вміст органічного забруднення зменшується на 60%. Експериментально підтверджено, що в атмосфері азоту при кавітаційному очищенні стічної води з різними вихідними параметрами досягнуто високого ступеня очищення (62-77%), порівняно з киснем (43-67%), суміші цих газів (39-63%) незалежно від початкової кількості органічних речовин. Встановлено відносний ряд ефективності газів (азот, кисень, суміш азоту і кисню) в кавітаційних умовах на знезараження від дріжджів Saccharomyces cerevisiae та деструкції органічних сполук. Встановлено, що спільна дія барботування газів у кавітаційному полі на 25-50% ефективніша порівняно із дією УЗ і на 19-23% - дії виключно газів , що свідчить про синергічний ефект одночасного застосування газу та УЗ для руйнування наявних у рідині органічних домішок: Досліджено довготривалий вплив повітря на попередньо очищену в кавітаційних умовах стічну воду пивоварні та розраховано ступені руйнування органічних речовин – 87,09 % та ступені знезараження води – 88,23 %. Запропоновано спосіб кавітаційного очищення стоків пивоварень і для його реалізації розроблено вібраційний електронасос-кавітатор резонансної дії, основною перевагою якого є висока продуктивність, придатність для обробки значних обсягів рідин у неперервному їх потоці у поєднанні довготривалим терміном роботи. Проведена оптимізація роботи вібраційного електронасоса- кавітатора в залежності від частоти коливань дек-збурювачів кавітації з метою виявлення резонансних частот та мінімального енергоспоживання. Показано, що технологію кавітаційного очищення стічних вод можна поширити і на спиртову промисловість – в присутності азоту під дією кавітації досягається 90% ступінь руйнування органічних забруднень. Запропоновано технологічну схему очищення стічних вод крафтових пивоварень від хімічних та біологічних забруднень, що включає віброкавітаційну обробку стоків у вдосконаленій робочій камері, принциповою відмінністю якої є наявність не пласких дек із отворами, які можуть забиватись продуктами розкладу дріжджів, а зміщення кавітаційної зони над деками, що дозволяє підвищити інтенсивність формованого кавітаційного поля та продуктивність обробки стоків. В диссертационном исследовании решена актуальная научно-практическая задача: повышение уровня экологической безопасности гидросферы путем кавитационной очистки сточных вод крафтовых пивоварен. Путем анализа стадий производства крафтового пива проведена идентификация источников опасности в зоне влияния крафтового пивоварения. Установлено, что наиболее опасным источником опасности является дрожжевые стоки, которых образуются 150-200 кг на 1 т выпущенного пива. Именно эти стоки создают наиболее существенную экологическую опасность в зоне влияния производства крафтового пива, на минимизацию этой опасности направлены диссертационные исследования. Проведена оценка степени экологической опасности от загрязнения окружающей среды в зоне влияния крафтового пивоварения, на основе которой установлено, что перспективным является двухстадийная технология очистки стоков (1 стадия – фильтрование на дробине, 2 стадия - кавитационная обработка). В случае применения различных способов создания кавитационного поля достигаются такие степени очистки стоков от дрожжей: для ультразвука - 90%; для виброрезонансного влияния – 80%; для применения насоса-кавитатора - 60%. Построенные зависимости степени экологической опасности вследствие воздействия на гидросферу стоков крафтовой пивоварения для различных способов очистки стоков и количества дрожжей в стоках крафтового производства на различных стадиях очистки. Показано, что фильтрация висококонцентрованных дрожжевых стоков через слой дробины позволяет снизить уровень биологического загрязнения почти в 200 раз, при этом содержание органического загрязнения уменьшается на 60%. Экспериментально подтверждено, что в атмосфере азота при кавитационной очистке сточной воды с различными исходными параметрами достигнуто высокой степени очистки (62-77%) по сравнению с кислородом (43-67%), смеси этих газов (39-63%) независимо от исходного количества органических веществ и установлено относительный ряд эффективности газов (азот, кислород, смесь азота и кислорода) в кавитационных условиях от дрожжей Saccharomyces cerevisiae и деструкции органических соединений. Установлено, что совместное действие барботирования газов в кавита-ционном поле на 25-50% эффективнее по сравнению с действием УЗ и на 19-23% - действия исключительно газов, что свидетельствует о синергическом эффекте одновременного применения газа и УЗ для разрушения имеющихся в жидкости органических примесей: Исследовано долговременное влияние воздуха на предварительно очищенную в кавитационных условиях сточную воду пивоварни и рассчитаны степени разрушения органических веществ - 87,09% и степени обеззараживания воды - 88,23%. Предложен способ кавитационной очистки стоков пивоварен и для его реализации разработаны виброрезонансный электронасос-кавитатор резонансного действия, основным преимуществом которого является высокая производительность, пригодность для обработки значительных объемов жидкостей в непрерывном их потоке в сочетании с длительным сроком работы. Проведена оптимизация работы вибрационного електронасоса-кавитатора в зависимости от частоты колебаний дек-создателей кавитации с целью выявления резонансных частот и минимального энергопотребления. Показано, что технологию кавитационной очистки сточных вод можно распространить и на спиртовую промышленность - в присутствии азота под действием кавитации достигается 90% степень разрушения органических загрязнений. Предложена технологическая схема очистки сточных вод крафтового пивоварения от химических и биологических загрязнений, включая виброкавитационную обработку стоков в усовершенствованной рабочей камере, принципиальным отличием которой является наличие не плоских дек с отверстиями, которые могут забиваться продуктами разложения дрожжей, а смещение кавитационной зоны над деками, что позволяет повысить интенсивность формируемого кавитационного поля и производительность обработки стоков. Dissertation is solving relevant scientific-practical task: increase of the level of eco-logical safety of hydrosphere by cavitational purification of craft breweries waste waters. Through analysis of craft beer manufacturing stages was made an identification of sources of ecological threat in the zones of influence of craft breweries. It was established that main source of ecological threat are yeast waste waters, that are produced in quantities 150-200 kg from 1 t of manufactured beer. This waste waters create the biggest ecological threat in the zone of manufacturing of the craft beer and dissertation research is aimed on minimization of this threat. The evaluation of the level of the ecological threat of enviormental pollution in the zone of manufacturing of craft beer was conducted and based on this evaluation it was es-tablished that the most perspective is two-staged technology of purification of the waste waters (1 stage – mash filtration; 2 stage – cavitational treatment). In cases of use of dif-ferent cavitation field creation techniques, the following yeast purification levels are rea-ched: for ultrasound – 90%, for vibroresonance treatment – 80%, for cavitational pump – 60%. Dependencies of the ecological threat levels as a result of influence on hydrosphere of craft brewing waste waters for different purification techniques and ammounts of yeasts in waste waters on different purification stages are build. It is shown that mash filtration of highly concentrated yeast waste waters allows to decrease biological pollution in almost 200 times, while organic pollution decreases on 60%. It was experimentally proven that in nitrogen environment at cavitational purifica-tion of waste waters with different starting parameters was reached higher level of purifi-cation (62%-77%) in comparison with oxygen environment (43%-67%) and mixture of mentioned gases (39%-63%), without dependence from starting amounts of organic com-pounds and was determined a relative row of efficiency of gases (nitrogen, oxygen, air) at cavitational conditions for Saccharomyces cerevisiae yeast disinfection and destruction of organic compounds. It was determined that simultaneous impact of gas bubbling in cavitational field is 25-50% more effective than impact of individual ultrasound and 19-23% than impact of indi-vidual gas bubbling, and this proves existing of synergic impact of simultaneous use of gas bubbling and ultrasound on destruction of organic impurities in solution Long-term impact of air on previously purified in cavitational conditions waste water from brewery was researched and levels of destruction of organic compounds – 87,09% and water disinfection – 88,23% were calculated. Method of cavitational purification of the brewery waste waters is proposed and for its implementation electrical pump-cavitator of resonance action, main advantages of which is high productivity, possibility of processing large amounts of waste waters in con-stant flow and long service term, is created. Optimization of vibration electrical pump-cavitator work in dependence from frequency of fluctuations of cavitational decks is con-ducted for determination of the resonance frequencies and minimal energy consumption. It is shown that technology of cavitational purification of waste waters can be applied in alcohol manufacturing – in the presence of nitrogen under cavitational treatment is achieved 90% destruction of organic pollutants. Technological scheme of craft breweries waste waters purification from chemical and biological pollutants is proposed. This scheme includes cavitational treatment of waste waters in improved working chamber, that doesn’t contain flat decks with holes, that can be blocked by products of yeast decomposition, but shifting of cavitational zone above decks, that allows to intensify formed cavitational field and productivity of waste waters treatment.
Экологические проблемы крафтовых пивоварен и способы их решення
Ecological problems of craft breweries and methods of its solving
Keywords: екологічна безпека; крафтове пивоваріння; дріжджовмісні стоки; кавітація; електромагнітний насос-кавітатор; технологія очищення стоків; экологическая безопасность; крафтовое пивоварение; дрожжесодержащие стоки; кавитация; электромагнитный насос-кавитатор; технология очистки стоков; ecological safety; craft brewery; yeast-containing waste waters; cavita-tion; electromagnet pump-cavitator; technology of waste waters purification; 66.084+541.182; 628.1; 658.265