БІОТРАНСФОРМАЦІЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ СИРОВИНИ І ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕРМОФІЛЬНИХ АНАЕРОБНИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У ПРОМИСЛОВИХ УМОВАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо

На основі виділених монокультур було створено активні асоціації анаеробних мікроорганізмів, які містили: целюлолітичний штам C. thermocellum 5CT, сахаролітичний штам C.Thermosaccharolyticum 1S, метаногени Methanobacterium Sp.13М і Methanocarcina Sp.84MS.

При складанні асоціацій спрямовано увагу на фізіологічний стан кожного штаму та співвідношення між кількістю клітин різних культур, внесених у культиватор. Це необхідно для досягнення рівноваги в процесі конверсії основного джерела сировини, використаного для метаногенезу. Створені асоціації дали можливість підвищити вихід етанолу в 1,5 раза, водню в 2,0 рази (культивування штамів 5 СТ й 1S) та підвищити ефективність утворення метану - при спільному культивуванні усіх чотирьох культур при трансформації сільськогосподарської сировини.

Було проведено дослідження з оптимізації процесу переробки сільськогосподарської сировини. Як субстрати використовували курячий послід, гній свинячий, солому, торф. Культивування проводили з термофільною метаногенною асоціацією мікроорганізмів, що складалася з C. thermocellum 5CT, C. thermosaccharolyticum 1S, Methanobacterium Sp.13M, Methanosarcina Sp.84 MS.

Зазначено, що отримання метану з використанням сільськогосподарської сировини відбувалося за 6-7 діб. Трансформація торфу, соломи відбувалася з низькою швидкістю газоутворення (1,8-4,6 ммоль/л), інтенсивніше (11,5-13,0 ммоль/л) - курячого посліду, гною свинячого (табл. 2).

Таблиця 2

Утворення метану термофільною анаеробною асоціацією за використання різної сільськогосподарської сировини

Субстрат

Концентрація СН4 ммоль/л середовища

1 доба 2 доба 3 доба 4 доба 5 доба 6 доба 7доба

Курячий послід

2,0±0,01

3,0±0,01

6,4±0,01

12,3±0,01

13,0±0,01

13,3±0,01

14,0±0,01

Гній свинячий

1,0±0,02

1,5±0,01

4,4±0,02

10,8±0,02

11,5±0,01

12,5±0,01

12,0±0,01

Торф

0,2±0,03

0,3±0,01

1,0±0,01

1,3±0,01

1,8±0,02

1,8±0,01

1,8±0,02

Солома

0,4±0,01

1,3±0,01

2,3±0,01

3,8±0,02

4,5±0,01

4,6±0,01

4,6±0,01

Контроль-целюлоза

1,6±0,01

2,5±0,02

10,8±0,01

11,0±0,01

15,4±0,02

15,7±0,02

15,7±0,01

Дослідження проводили з курячим послідом у нативному і висушеному стані. Було визначено оптимальні, лімітуючі та пригнічуючі концентрації посліду при трансформації його в біопаливо анаеробною асоціацією. Показано, що оптимальною концентрацією для культивування метаногенної асоціації за використання нативного посліду є 10,0-12,0% та 1,0-1,5% сухого посліду, при цьому утворювалося до 1,33 л/л і 0,83 л/л метану на добу при оптимальному рН 7,0-7,3 та оптимальній температурі 55-60ОС.

Концентрації нативного посліду нижче 10%, а сухого 1-1,5 % призводили до лімітування метанутворення. Концентрації субстрату нативного посліду понад 12% і сухого понад 2% призводили до пригнічення процесу метанутворення. Концентрації нативного посліду понад 20% та 3% для сухого посліду повністю пригнічують метанутворення.

На підставі експериментальних результатів за допомогою математичного моделювання досліджено динаміку функціонування метаногенної асоціації на популяційному рівні в умовах ліміту за субстратом метаногенної культури.

Проведені дослідження з використанням магнітів для інтенсифікації процесу трансформації органічних речовин у біопаливо. Доведено, що оброблення органічного субстрату (мелясної барди) в магнітному полі з частотою пульсації 2-10 Гц, магнітною індукцією 40-120 мТл (мілітеслів) при культивуванні анаеробної асоціації мікроорганізмів дало змогу інтенсифікувати вихід біогазу у 2 рази, етанолу і ацетату у 1,5 раза при швидкості потоку рідини 36 м/хв, порівняно з контрольним варіантом, який не обробляли в магнітному полі.

Оскільки курячій послід містить у своєму складі: целюлозу, геміцелюлозу, білки, комплекс мікро - і макроелементів, було досліджено його використання в якості поживного середовища для культивування мікроорганізмів різних груп. Встановлено, що ріст анаеробних мікроорганізмів (C. thermocellum 5СТ та метаногенної асоціації), умовно-патогених та сапрофітних мікроорганізмів (E. coli, B. subtilis, C. tropicalis) на середовищі на основі курячого посліду в 1,5-2 рази інтенсивніше ніж на середовищі "Р" та МПБ відповідно.

Проведені дослідження з економічної ефективності використання анаеробних асоціацій мікроорганізмів при переробці сільськогосподарської сировини. Анаеробну термофільну метаногенну асоціацію мікроорганізмів було впроваджено у підсобному господарстві НВО ім. М. В.Фрунзе м. Суми, при роботі промислової біогазової установки "Біогаз 30IC". Загальний економічний ефект від впровадження технології зброджування стічних вод свинокомплесу становив 769 417,8 грн/рік. Впровадження технології з використанням іммобілізованих клітин мікроорганізмів поліпшило роботу установки з інактивації в стічних водах патогенних мікроорганізмів, дало можливість відмовитися від будівництва додаткових очисних споруд та збільшити вихід біогазу з 1м3 стічних вод в 1,3 рази (455 м3 /на добу).

Розроблені методики і пристрої для виділення, культивування та вивчення фізіолого-біохімічних властивостей анаеробних мікроорганізмів впроваджено у міжрегіональному інституті альтернативних технологій "Альтек".

Похожие статьи




БІОТРАНСФОРМАЦІЯ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКОЇ СИРОВИНИ І ЕКОНОМІЧНА ЕФЕКТИВНІСТЬ ВПРОВАДЖЕННЯ ТЕРМОФІЛЬНИХ АНАЕРОБНИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У ПРОМИСЛОВИХ УМОВАХ - Роль анаеробних мікроорганізмів у трансформації сільськогосподарської сировини в біопаливо

Предыдущая | Следующая