Эксплуатация, применение - Аэробные и анаэробные биореакторы

Изготовление силоса - традиционный анаэробный процесс ферментации, который применяется на фермах. Он позволяет сохранить питательную ценность травы для кормления сельскохозяйственных животных, в особенности молочного скота, в зимнее время. На поверхности травы содержится природная популяция молочнокислых бактерий, таких как Lactobacillus. После покоса траву измельчают и загружают в большой "бункер"; позднее для этого стали использовать большие тюки, обернутые черным пластиком. Бактерии утилизируют природные сахара, содержащиеся в траве, такие как глюкоза, фруктоза, сахароза, в качестве источника энергии для анаэробного дыхания (традиционная ферментация) и превращают их в молочную кислоту. Основным продуктом является молочная кислота, однако при ферментации образуются и другие вещества, которые придают силосу вкус и аромат. В процессе брожения рН снижается почти до 4. При таких низких значениях рН подавляется активность гнилостных бактерий которые, в противном случае могут полностью сгноить траву и снизить ее питательную ценность. В процессе ферментации температура может сильно повышаться, поэтому бактерии должны быть термоустойчивыми. Следует избегать загрязнения бактериями Listeria, которое может привести к сепсису или рождению мертвых детенышей у сельскохозяйственных животных. Загрязнение предотвращается, если обеспечить условия для активной ферментации и рН ниже 5,5 [12].

Глубинное культивирование аэробных микроорганизмов используется в промышленности для выращивания обогащенной белком биомассы клеток, используемой, например, в качестве кормовых добавок к рациону животных и птиц, а также при последующем получении аминокислот, витаминов и других биологически активных веществ. Такие процессы создают возможности получения целевых продуктов с помощью доступных и возобновляемых ресурсов при достаточно низком энергопотреблении [10].

Традиционное выращивание дрожжей в спиртовом производстве осуществляется в анаэробных условиях при относительно низких скоростях роста и повышенном удельном расходе субстрата. Расход субстрата на дрожжегенерацию при этом составляет до 5% всех сбраживаемых Сахаров, содержащихся в среде. Анаэробное культивирование дрожжей осуществляют поэтапно путем их размножения во всевозрастающих количествах сусла и пересевом активно бродящих дрожжей из меньших объемов в большие [1].

Предприятия агропромышленного комплекса и пищевой промышленности являются источниками мощного антропогенного воздействия на экосистемы и окружающую среду. Среди этих органических загрязнений особо выделяются в качестве наиболее крупнотоннажных - отходы животноводства, а именно навоз крупного рогатого скота и свиней, а в качестве наиболее экологически опасных - жидкий куриный помет.

Животноводческие предприятия постоянно сталкиваются с проблемой утилизации и переработки больших масс экскрементов. Существующие мероприятия по утилизации биологических отходов характеризуются значительными капитальными затратами и требуют существенных трудовых и энергетических затрат [2, 3].

Жидкие отходы обладают большей влажностью, высокой биологической активностью, содержат значительное количество бактерий, в том числе патогенных, всхожих семян сорняков, поэтому их переработка традиционными методами связана с большими затратами.

Одной из наиболее эффективных современных энерго - и ресурсосберегающих технологий переработки органических отходов является технология их метаногенного сбраживания с получением биогаза.

Эта технология имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными способами компостирования и аэробной обработки:

При аэробной очистке отходов образуется избыточный активный ил, в который переходит до 50% всей энергии исходного органического вещества, тогда как в анаэробных процессах до 90-95% всей энергии субстрата аккумулируется в виде биогаза (метана) с энергетической ценностью (2,2 - 2,7) * 107Дж * м-3, что делает его энергоносителем, пригодным для использования с получением электроэнергии и тепла [9].

Таким образом, отходы сельского хозяйства и особенно животноводства способны внести заметный вклад в структуру энергопроизводства на федеральном и региональном уровне [8, 11]. Требует внимания также вопрос рационального использования жидких отходов и сточных вод пищевой и перерабатывающей промышленности [5, 7].

Похожие статьи




Эксплуатация, применение - Аэробные и анаэробные биореакторы

Предыдущая | Следующая