DOI: https://doi.org/10.32515/2664-262X.2025.12(43).1.195-205
Application of the Screw Method of Pressing Water-Containing Composite Raw Materials Based on Sewage Sludge for the Manufacture of a Pilot Batch of Composite Biofuel Pellets
About the Authors
Vasyl Klymenko, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrical Engineering Systems and Energy Management, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6840-7307
Yurii Nevdakha, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Machine Parts and Applied Mechanics, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4355-4065, e-mail: uanevdakha@ukr.net
Oleksandr Skrypnyk, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Materials Science and Foundry, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5735-0648, e-mail: skripnik1966@ukr.net
Sergiy Kononchuk, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Materials Science and Foundry, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6683-8450, e-mail: kononchuk_s@ukr.net
Volodymyr Kravchenko, Associate Professor, PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Hydraulic Engineering, Water and Electrical Engineering, Kherson State Agrarian and Economic University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4989-1591, e-mail: cerb_kravchenko@ukr.net
Abstract
The technological conditions for the production of a pilot batch of biofuel pellets based on sewage sludge from the Dnipro-Kirovograd wastewater treatment plant are substantiated, taking into account their plastic properties. An analysis of the pressing equipment used for pressing water-containing plastic materials was carried out on the example of clays and clay mixtures. A screw press device of a simplified design was selected and tested for the production of a pilot batch of biofuel pellets based on the MOSS of the OKVP ‘DNIPRO- KIROVOGRAD’. The method of calculation of a screw press device of a simplified design and the algorithm of its application are described, and its verification calculation is performed. The main physical and technical properties of biofuel pellets from the manufactured pilot batch were evaluated: density, moisture content, ash content, calorific value.
During the experiments, it was not possible to achieve a significant reduction in the moisture content of the pellets compared to the moisture content of the original composite raw material based on sewage sludge. This is partly due to the relatively large size of the holes in the cylinder body, which were intended for the planned drainage of liquid during the pressing of raw materials. However, it turned out that when the pressure was increased to about 5 MPa, raw materials, not liquid, began to flow out through these holes, which made it impossible to increase the pressing pressure to higher values.
A decrease in the moisture content of the manufactured pellets in the range of 7 to 10 % was observed with local low-power heating of the screw press cylinder to 45...50 С. Therefore, to reduce the moisture content to a lower value, the manufactured biofuel pellets were dried in an open atmosphere, usually for ≤ 24 h, to a moisture content of ≈18...25 %.
Keywords
screw device, pellet, composite raw materials, pressing, productivity, power
Full Text:
PDF
References
1. Sniezhkin, Yu., Petrova, Z., Paziuk, V., & Novikova, Y. (2021). State of wastewater treatment technologies in Ukraine and the world. Thermophysics and Thermal Power Engineering, 43(1), 5–12. https://doi.org/10.34133/2019/7507131 [in Ukrainian].
2. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Nikitin, Ye. Ye. (2017). Problem of utilization and neutralization of sewage sludge of municipal wastewater and ways to solve it (Review). Energy Technologies and Resource Saving, (2), 35–48 [in Ukrainian].
3. Ivanova, I. M. (2015). Development of recommendations for land conservation through the utilization of sludge card content. Technical Sciences and Technologies, (1), 191–199 [in Ukrainian].
4. Dregulo, A. M., & Bobylev, N. G. (2021). Integrated assessment of groundwater pollution from the landfill of sewage sludge. Journal of Ecological Engineering, 22(1), 68–75. https://doi.org/10.12911/22998993/128872.
5. Horokh, N. P. (2005). Ecological assessment of harmful substances during complex utilization of municipal waste. Municipal Economy of Cities, (63), 171–181 [in Ukrainian].
6. Verkhovna Rada of Ukraine. (2023, January 12). On wastewater disposal and treatment: Law of Ukraine № 2887-IX. Retrieved April 25, 2025, from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2887-20#Text [in Ukrainian].
7. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Nikitin, Ye. Ye. (2017). Problem of sewage sludge utilization and neutralization and ways of its decision. Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving], (2), 25–38 [in Ukrainian].
8. Dobrovolska, O. H. (2021). Processing of municipal enterprise waste: Educational-methodical manual for bachelor’s degree students, specialty 192 “Construction and civil engineering”, educational-professional program “Urban engineering networks”. Zaporizhzhia: ZNU [in Ukrainian].
9. Karp, I. M., Pianykh, K. E., & Nikitin, E. E. (2017). Problema utilizatsii ta zneshkodzhenia mulovykh osadiv miskikh stichnykh vod ta shliahy ii vyrishennia (ohliad). Energotekhnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving], (2), 35–48 [in Ukrainian].
10. Kravchenko, V. I., Bilous, Yu. V., & Kravchenko, V. P. (2023). Creation and justification of composite fuel based on sewage sludge. Tavria Scientific Bulletin. Series: Technical Sciences, (3), 88–94 [in Ukrainian].
11. Kravchenko, V. I. (2024). Production and experimental evaluation of biofuel based on sewage sludge for obtaining thermal energy and building material. Bulletin of KhNTU. Technical Sciences, (2), 32–37 [in Ukrainian].
12. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Pyanykh, K. K. (2019). Wastewater treatment and processing. Energy Technologies and Resource Saving, (2), 34–48 [in Ukrainian].
13. Klymenko, V., Kravchenko, V., Koltun, P., Nevdakha, Yu., & Zavodyannyi, V. (2025). Evaluation of technological scenarios for production of composite biofuels based on communal waste. In Balancing Water-Energy-Food Security in the Era of Environmental Change (p. 20).
14. Klymenko, V. V. (Ed.). (2017). Technological foundations of biofuel production from plant waste and their composites: Monograph. Kropyvnytskyi: PP “Ekskliuzyv-System” [in Ukrainian].
15. Subbota, I. S., Spasionova, L. M., & Tobilko, V. Yu. (2022). Chemical technology of ceramics: Textbook for students of specialty 161 “Chemical technologies and engineering”. K.: KPI named after I. Sikorskyi [in Ukrainian].
16. Boltianska, N. I., & Komar, A. S. (2018). Analysis of press designs for the preparation of feed pellets and fuel briquettes. Scientific Bulletin of Tavria State Agrotechnological University, 8(2), 1–12 [in Ukrainian].
17. Mikulionok, I. O., Sokolskyi, O. L., Sivetskyi, V. I., & Radchenko, L. B. (2015). Fundamentals of single- screw extruder design: Textbook. Kyiv: NTUU “KPI” [in Ukrainian].
Citations
1. Sniezhkin Yu., Petrova Z., Paziuk V., Novikova Y. State of wastewater treatment technologies in Ukraine and the world. Thermophysics and Thermal Power Engineering. 2021. Vol. 43 (1). P. 5–12. DOI: 10.34133/2019/7507131 (in Ukrainian).
2. Карп І. М., П’яних К. Є., Нікітін Є. Є. Проблема утилізації та знешкодження мулових осадів міських стічних вод і шляхи її вирішення (Огляд). Енерготехнології та ресурсосбереження. 2017. № 2. С. 35–48.
3. Іванова І. М. Розроблення рекомендацій щодо збереження земель завдяки утилізації вмісту мулових карт. Технічні науки та технології. 2015. № 1. С. 191–199.
4. Dregulo A. M., Bobylev N. G. Integrated Assessment of Groundwater Pollution from the Landfill of Sewage Sludge. Journal of Ecological Engineering. 2021. Vol. 22 (1). P. 68–75. DOI: 10.12911/22998993/128872
5. Горох Н. П. Екологічна оцінка шкідливих речовин під час комплексної утилізації муніципальних відходів. Комунальне господарство міст. 2005. № 63. С. 171–181.
6. Про водовідведення та очищення стічних вод : Закон України від 12.01.2023 № 2887-IX. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2887-20#Text (дата звернення: 25.04.2025).
7. Karp I. M., Pyanykh K. Ye., Nikitin Ye. Ye. Problem of sewage sludge utilization and neutralization and a ways of its decision. Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving]. 2017. № 2. P. 25–38 (in Ukrainian).
8. Добровольська О. Г. Перероблення відходів комунальних підприємств : навч.-метод. посіб. для здобувачів ступеня вищої освіти бакалавра спец. 192 «Будівництво та цивільна інженерія» освітньо- проф. програми «Міські інженерні мережі». Запоріжжя : ЗНУ, 2021. 22 с.
9. Karp I. M., Pianykh K. E., Nikitin E. E. Problema utilizatsii ta zneshkodzhenia mulovykh osadiv miskikh stichnykh vod ta shliahi ii vyrishenia (ogliad). Energotekhnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving]. 2017. № 2. P. 35–48 (in Ukrainian).
10. Кравченко В. І., Білоус Ю. В., Кравченко В. П. Створення та обґрунтування композитного палива на основі осаду стічних вод. Таврійський науковий вісник. Сер. Технічні науки. 2023. Вип. 3. С. 88–94.
11. Кравченко В. І. Виготовлення та експериментальна оцінка біопалива на основі осадів стічних вод для одержання теплової енергії та будівельного матеріалу. Вісник ХНТУ. Сер. Технічні науки. 2024. № 2. С. 32–37.
12. Карп І. М., П’яних К. Є., П’яних К. К. Очистка і переробка відходів. Енерготехнології і ресурсосбереження. 2019. № 2. С. 34–48.
13. Klymenko V., Kravchenko V., Koltun P., Nevdakha Yu., Zavodyannyi V. Evaluation of Technological Scenarios for Production of Composite Biofuels Based on Communal Waste. In: Balancing Water-Energy- Food Security in the Era of Environmental Change. 2025. P. 20.
14. Технологічні основи виготовлення біопалива з рослинних відходів та їх композитів : монографія / за ред. В. В. Клименка. Кропивницький : ПП «Ексклюзив-Систем», 2017. 162 с.
15. Суббота І. С., Спасьонова Л. М., Тобілко В. Ю. Хімічна технологія кераміки : підруч. для студ. спец. 161 «Хімічні технології та інженерія». Київ : КПІ ім. І. Сікорського, 2022. 178 с.
16. Болтянська Н. І., Комар А. С. Аналіз конструкцій пресів для приготування кормових гранул та паливних брикетів. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету. 2018. № 8 (2). С. 1–12.
17. Основи проектування одночерв’ячних екструдерів : навч. посіб. / І. О. Мікульонок, О. Л. Сокольський, В. І. Сівецький, Л. Б. Радченко. Київ : НТУУ «КПІ», 2015. 200 с.
Copyright (©) 2025, Vasyl Klymenko, Yurii Nevdakha, Oleksandr Skrypnyk, Sergiy Kononchuk, Volodymyr Kravchenko
Application of the Screw Method of Pressing Water-Containing Composite Raw Materials Based on Sewage Sludge for the Manufacture of a Pilot Batch of Composite Biofuel Pellets
About the Authors
Vasyl Klymenko, Professor, Doctor of Technical Sciences, Professor of the Department of Electrical Engineering Systems and Energy Management, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0001-6840-7307
Yurii Nevdakha, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Machine Parts and Applied Mechanics, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4355-4065, e-mail: uanevdakha@ukr.net
Oleksandr Skrypnyk, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Materials Science and Foundry, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-5735-0648, e-mail: skripnik1966@ukr.net
Sergiy Kononchuk, Associate Professor, PhD in Engineering, Associate Professor of the Department of Materials Science and Foundry, Central Ukrainian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-6683-8450, e-mail: kononchuk_s@ukr.net
Volodymyr Kravchenko, Associate Professor, PhD in Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Hydraulic Engineering, Water and Electrical Engineering, Kherson State Agrarian and Economic University, Kropyvnytskyi, Ukraine, ORCID: https://orcid.org/0000-0002-4989-1591, e-mail: cerb_kravchenko@ukr.net
Abstract
Keywords
Full Text:
PDFReferences
1. Sniezhkin, Yu., Petrova, Z., Paziuk, V., & Novikova, Y. (2021). State of wastewater treatment technologies in Ukraine and the world. Thermophysics and Thermal Power Engineering, 43(1), 5–12. https://doi.org/10.34133/2019/7507131 [in Ukrainian].
2. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Nikitin, Ye. Ye. (2017). Problem of utilization and neutralization of sewage sludge of municipal wastewater and ways to solve it (Review). Energy Technologies and Resource Saving, (2), 35–48 [in Ukrainian].
3. Ivanova, I. M. (2015). Development of recommendations for land conservation through the utilization of sludge card content. Technical Sciences and Technologies, (1), 191–199 [in Ukrainian].
4. Dregulo, A. M., & Bobylev, N. G. (2021). Integrated assessment of groundwater pollution from the landfill of sewage sludge. Journal of Ecological Engineering, 22(1), 68–75. https://doi.org/10.12911/22998993/128872.
5. Horokh, N. P. (2005). Ecological assessment of harmful substances during complex utilization of municipal waste. Municipal Economy of Cities, (63), 171–181 [in Ukrainian].
6. Verkhovna Rada of Ukraine. (2023, January 12). On wastewater disposal and treatment: Law of Ukraine № 2887-IX. Retrieved April 25, 2025, from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2887-20#Text [in Ukrainian].
7. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Nikitin, Ye. Ye. (2017). Problem of sewage sludge utilization and neutralization and ways of its decision. Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving], (2), 25–38 [in Ukrainian].
8. Dobrovolska, O. H. (2021). Processing of municipal enterprise waste: Educational-methodical manual for bachelor’s degree students, specialty 192 “Construction and civil engineering”, educational-professional program “Urban engineering networks”. Zaporizhzhia: ZNU [in Ukrainian].
9. Karp, I. M., Pianykh, K. E., & Nikitin, E. E. (2017). Problema utilizatsii ta zneshkodzhenia mulovykh osadiv miskikh stichnykh vod ta shliahy ii vyrishennia (ohliad). Energotekhnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving], (2), 35–48 [in Ukrainian].
10. Kravchenko, V. I., Bilous, Yu. V., & Kravchenko, V. P. (2023). Creation and justification of composite fuel based on sewage sludge. Tavria Scientific Bulletin. Series: Technical Sciences, (3), 88–94 [in Ukrainian].
11. Kravchenko, V. I. (2024). Production and experimental evaluation of biofuel based on sewage sludge for obtaining thermal energy and building material. Bulletin of KhNTU. Technical Sciences, (2), 32–37 [in Ukrainian].
12. Karp, I. M., Pyanykh, K. Ye., & Pyanykh, K. K. (2019). Wastewater treatment and processing. Energy Technologies and Resource Saving, (2), 34–48 [in Ukrainian].
13. Klymenko, V., Kravchenko, V., Koltun, P., Nevdakha, Yu., & Zavodyannyi, V. (2025). Evaluation of technological scenarios for production of composite biofuels based on communal waste. In Balancing Water-Energy-Food Security in the Era of Environmental Change (p. 20).
14. Klymenko, V. V. (Ed.). (2017). Technological foundations of biofuel production from plant waste and their composites: Monograph. Kropyvnytskyi: PP “Ekskliuzyv-System” [in Ukrainian].
15. Subbota, I. S., Spasionova, L. M., & Tobilko, V. Yu. (2022). Chemical technology of ceramics: Textbook for students of specialty 161 “Chemical technologies and engineering”. K.: KPI named after I. Sikorskyi [in Ukrainian].
16. Boltianska, N. I., & Komar, A. S. (2018). Analysis of press designs for the preparation of feed pellets and fuel briquettes. Scientific Bulletin of Tavria State Agrotechnological University, 8(2), 1–12 [in Ukrainian].
17. Mikulionok, I. O., Sokolskyi, O. L., Sivetskyi, V. I., & Radchenko, L. B. (2015). Fundamentals of single- screw extruder design: Textbook. Kyiv: NTUU “KPI” [in Ukrainian].
Citations
1. Sniezhkin Yu., Petrova Z., Paziuk V., Novikova Y. State of wastewater treatment technologies in Ukraine and the world. Thermophysics and Thermal Power Engineering. 2021. Vol. 43 (1). P. 5–12. DOI: 10.34133/2019/7507131 (in Ukrainian).
2. Карп І. М., П’яних К. Є., Нікітін Є. Є. Проблема утилізації та знешкодження мулових осадів міських стічних вод і шляхи її вирішення (Огляд). Енерготехнології та ресурсосбереження. 2017. № 2. С. 35–48.
3. Іванова І. М. Розроблення рекомендацій щодо збереження земель завдяки утилізації вмісту мулових карт. Технічні науки та технології. 2015. № 1. С. 191–199.
4. Dregulo A. M., Bobylev N. G. Integrated Assessment of Groundwater Pollution from the Landfill of Sewage Sludge. Journal of Ecological Engineering. 2021. Vol. 22 (1). P. 68–75. DOI: 10.12911/22998993/128872
5. Горох Н. П. Екологічна оцінка шкідливих речовин під час комплексної утилізації муніципальних відходів. Комунальне господарство міст. 2005. № 63. С. 171–181.
6. Про водовідведення та очищення стічних вод : Закон України від 12.01.2023 № 2887-IX. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/2887-20#Text (дата звернення: 25.04.2025).
7. Karp I. M., Pyanykh K. Ye., Nikitin Ye. Ye. Problem of sewage sludge utilization and neutralization and a ways of its decision. Energotehnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving]. 2017. № 2. P. 25–38 (in Ukrainian).
8. Добровольська О. Г. Перероблення відходів комунальних підприємств : навч.-метод. посіб. для здобувачів ступеня вищої освіти бакалавра спец. 192 «Будівництво та цивільна інженерія» освітньо- проф. програми «Міські інженерні мережі». Запоріжжя : ЗНУ, 2021. 22 с.
9. Karp I. M., Pianykh K. E., Nikitin E. E. Problema utilizatsii ta zneshkodzhenia mulovykh osadiv miskikh stichnykh vod ta shliahi ii vyrishenia (ogliad). Energotekhnologii i resursosberezhenie [Energy Technologies and Resource Saving]. 2017. № 2. P. 35–48 (in Ukrainian).
10. Кравченко В. І., Білоус Ю. В., Кравченко В. П. Створення та обґрунтування композитного палива на основі осаду стічних вод. Таврійський науковий вісник. Сер. Технічні науки. 2023. Вип. 3. С. 88–94.
11. Кравченко В. І. Виготовлення та експериментальна оцінка біопалива на основі осадів стічних вод для одержання теплової енергії та будівельного матеріалу. Вісник ХНТУ. Сер. Технічні науки. 2024. № 2. С. 32–37.
12. Карп І. М., П’яних К. Є., П’яних К. К. Очистка і переробка відходів. Енерготехнології і ресурсосбереження. 2019. № 2. С. 34–48.
13. Klymenko V., Kravchenko V., Koltun P., Nevdakha Yu., Zavodyannyi V. Evaluation of Technological Scenarios for Production of Composite Biofuels Based on Communal Waste. In: Balancing Water-Energy- Food Security in the Era of Environmental Change. 2025. P. 20.
14. Технологічні основи виготовлення біопалива з рослинних відходів та їх композитів : монографія / за ред. В. В. Клименка. Кропивницький : ПП «Ексклюзив-Систем», 2017. 162 с.
15. Суббота І. С., Спасьонова Л. М., Тобілко В. Ю. Хімічна технологія кераміки : підруч. для студ. спец. 161 «Хімічні технології та інженерія». Київ : КПІ ім. І. Сікорського, 2022. 178 с.
16. Болтянська Н. І., Комар А. С. Аналіз конструкцій пресів для приготування кормових гранул та паливних брикетів. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету. 2018. № 8 (2). С. 1–12.
17. Основи проектування одночерв’ячних екструдерів : навч. посіб. / І. О. Мікульонок, О. Л. Сокольський, В. І. Сівецький, Л. Б. Радченко. Київ : НТУУ «КПІ», 2015. 200 с.
Copyright (©) 2025, Vasyl Klymenko, Yurii Nevdakha, Oleksandr Skrypnyk, Sergiy Kononchuk, Volodymyr Kravchenko