Использование методов иммобилизации микроорганизмов для повышения эффективности переработки биомассы на основе отходов сельского хозяйства для получения биогаза, белково-витаминного концентрата и биоудобрений
Эффективность применения анаэробного метода при переработке отходов животноводства. Использование продуктов анаэробной переработки отходов животноводства в качестве источника кормовых добавок. Последние разработки в области конструкции биореакторов.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 24.12.2017 |
Размер файла | 14,4 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование методов иммобилизации микроорганизмов для повышения эффективности переработки биомассы на основе отходов сельского хозяйства для получения биогаза, белково-витаминного концентрата и биоудобрений
Сахова Гульнур Нурынбетовна
Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с вс? нарастающей остротой показывают неизбежность широкого использования нетрадиционных и возобновляемых видов энергии.
Известно, что применение анаэробного метода при переработке отходов животноводства имеет существенный эффект по сравнению со многими другими методами, что выражается в значительном снижении загрязнения почвы, воды, воздуха химическими веществами и патогенной микрофлорой. Эффективность анаэробного процесса [1] в существенной мере зависит от правильной подготовки сырья к переработке и от конструкции биореактора.
В сельскохозяйственной практике использования биогазовых установок в основном используется мезофильный режим [2], а термофильный режим, по мнению многих специалистов, является неоправданным, хотя в подавлении патогенной микрофлоры более эффективен именно термофильный режим.
Более того, использование продуктов анаэробной переработки отходов животноводства в качестве источника кормовых добавок предъявляет жесткие требования по его стерилизации. А это возможно достичь только при использовании термофильного режима переработки. Именно термофильный режим обеспечивает генерацию в продукте витамина В-12.
Только производство этого витамина может окупить все затраты на установки анаэробной переработки. Но получение витамина (части кормовой добавки) требует качественной стерилизации продукта, что достижимо только в термофильном режиме. Все это свидетельствует о необходимости более детального изучения возможности использования комбинированных режимов. анаэробный переработка отход животноводство
В свою очередь, срок сбраживания определяет конструктивные размеры установок. Меньший срок сбраживания предопределяет меньший объем установки. Кроме того, доза загрузки в термофильном режиме практически в два раза больше, что характеризует термофильный режим как более интенсивный. Температурный уровень в реакторе определяет теплопотери через стенку, а также затраты тепла на начальный подогрев перерабатываемой биомассы.
В последнее время благодаря накопившемуся опыту по сооружению и эксплуатации установок, исследованию биологических основ этого процесса и получению удачных инженерных решений, наметились пути усовершенствования процесса анаэробной конверсии органических отходов в биореакторах с увеличением выхода биогаза в 3-4 раза.
Одним из таких методов усовершенствования переработки отходов для повышения эффективности является усовершенствование конструкций биореакторов для увеличения выхода метана из расширяющихся ассортиментов сырья. Очевидным способом повышения производительности реакторов и снижения ВГУ является увеличение плотности, т.е. иммобилизация микроорганизмов [3, 4].
Основная задача такихбиореакторов - интенсификация теплообмена и гомогенизация ферментационной среды, что способствует ускорению метаногенеза за счет закрепления метаногенной микрофлоры в аппарате. Основными методами обогащения биореакторов микроорганизмами являются иммобилизация биомассы на носителях, фиксированных в реакторе, на свободно плавающих объектах в реакторе, которые удаляются, а потом обратно загружаются, а также разделение биомассы и обратная загрузка биомассы.
Иммобилизованные микроорганизмы оказались более устойчивыми, чем взвешенные микроорганизмы в реакторе брожения.
Они образуют связные системы, называемыми хлопьями, которые являются достаточно большими, чтобы оставаться на дне реактора без промывания чистой водой. Возможно, они растут еще лучше в иммобилизованном состоянии, чем в рассеянном [5].
Все медленно растущие микроорганизмы процесса анаэробного брожения склонны к иммобилизации. Микроорганизмы род Methanosaeta растут особенно хорошо на гидрофобных поверхностях, так как они не покрыты барьером наклеивающие молекулы воды. По этой причине, реакторы с иммобилизованными микроорганизмами оборудованы упаковочными материалами на которых микроорганизмы могут расти в виде тонкого слоя (биопленки) [6-8].
Поэтому, последние разработки в конструкции биореакторов были сосредоточены на сохранении активной микрофлоры внутри реактора [9].
Эти конструкции опираются на тенденции развития бактерий, участвующих и присоединенных к инертным поверхностям, пленкообразующих (биопленки) или собранных в удобные для расселения хлопьях или гранулах, а также обеспечивающих улучшение стабильности и контроля процесса. В последнее время для переработки твердых животноводческих отходов применяются непрерывные процессы со слоем выщелачивания. Эта технология была успешно применена для сбраживания бытовых и дворовых отходов [10-11], твердых отходов биологического происхождения, овощных и фруктовых отходов [12].
В проведенной работе получены результаты по усовершенствованию конструкции биореактора, который обеспечивает более эффективное протекание процесса анаэробного сбраживания отходов животноводства, улучшение процесса образования биогаза и удобрений.
Иммобилизационное устройство, представляющее собой матрицу из инертных носителей, позволяет накапливать метаногенные бактерии в виде биопленки на поверхности носителей. Это обеспечивает сохранение биомассы независимо от времени гидролитического удержания, а микроорганизмы, иммобилизованные в кольцах менее подвергаются раневому стрессу и повреждению клеток пузырьками газа.
При анаэробном брожении отходов животноводства и птицеводства в данном биореакторе может производиться биогаз с содержанием CH4 - 60-90%, CO2 - 15-30%, а также небольшого количества сероводорода.Кроме того, в данномбиореакторе происходит полный переход питательных веществ в удобрение.
Метанобразующие бактерии -- строгие анаэробы и имеют температурный оптимум для роста в области 30-40°, поэтому в данной научной работе используется температурный предел 30-500С.
Для получения микробной суспензии использовали около 10 г предварительно измельченного образца. Навеску образца переносили в колбу емкостью 250 мл с 90 мл стерильной водопроводной воды, взбалтывали в течение 10 минут на механической качалке и давали отстояться грубым частицам. Затем методом разведения готовили суспензии, содержащие разные количества отходов. Одновременно из пробы отбирали 20 г отходов для определения влажности, и проводили пересчет на 1 г абсолютно сухих отходов. Из полученных разведений проводили посевы микроорганизмов на плотные питательные элективные среды [13].
Питательная среда для метанобразующих бактерий включала основные растворы солей калия гидрофосфата, хлоридов калия, магния, кальция, натрия ацетата, дрожжи, витамины В1, В2, В6, В12 , С, РР, агар-агар. На питательную среду было помещ?но небольшое количество развед?нного дистиллированной водой навоза, в составе которого находились метаногенные бактерии. Колбу с питательной средой плотно закрывают пробкой, создав анаэробные условия и помещают в термостат при температуре 30С на 2 недели. По истечению срока на питательной среде можно обнаружить колонии бактерий, природу которых проверяют окраской по Грамму [15].
Были проведены исследования и проконтролирован объем выделившегося газа без иммобилизации метанобразующих бактерий и при использовании иммобилизационного устройства, которые свидетельствуют об интенсификации процесса метанового брожения.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Технология получения и области применения биогаза как нового источника получения энергии. Методы переработки отходов животноводства и птицеводства для получения биотоплива. Правила техники безопасности при работе в микробиологической лаборатории.
курсовая работа [952,4 K], добавлен 06.10.2012Разработка установки для переработки отходов слюдопластового производства на слюдяной фабрике в г. Колпино. Образование отходов при производстве слюдопластовой бумаги. Продукт переработки отходов - молотая слюда флогопит. Расчет топочного устройства.
дипломная работа [7,8 M], добавлен 24.10.2010Изучение технологии производства слюдопластовых электроизоляционных материалов, образование отходов при производстве слюдопластовой бумаги. Технологические и экономические расчеты для установки по переработке отходов слюдопластового производства.
дипломная работа [5,2 M], добавлен 30.08.2010Подготовка стеклобоя до его поступления в стекловаренные печи, освобождение от металлических включений и обработка в моечном барабане. Использование бетонного лома, отходов цементных заводов. Применение стекол при иммобилизации радиоактивных отходов.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 15.10.2011Виды и схемы переработки различных видов древесного сырья: отгонка эфирных масел, внесение отходов в почву без предварительной обработки. Технология переработки отходов фанерного производства: щепа, изготовление полимерных материалов; оборудование.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 13.12.2010Основные виды обработки древесины, важнейшие полуфабрикаты из нее. Изучение процесса утилизации, рекуперации и переработки отходов деревообрабатывающего производства. Оценка класса опасности отходов с выявлением суммарного индекса опасности отходов.
курсовая работа [890,3 K], добавлен 11.01.2016Характеристика и классификация твердых отходов кожевенного и мехового производства. Коллагенсодержащие, жирсодежащие, кератинсодержащие твердые отходы и направления их переработки. Экологический и экономический аспекты переработки отходов производства.
курсовая работа [228,6 K], добавлен 18.04.2011Организация переработки твердых фторсодержащих отходов алюминиевого производства; технология получения фтористого алюминия. Конструктивный, материальный и термодинамический расчет барабанной установки; контроль и автоматизация процесса; охрана труда.
дипломная работа [2,3 M], добавлен 20.09.2013Отходы народного хозяйства в доменной плавке. Связь черной металлургии с использованием собственных отходов или отходов смежных отраслей. Отходы собственного производства в доменной плавке. Назначение доменной печи. Ромелт - способ переработки отходов.
реферат [169,5 K], добавлен 09.12.2008Разработка технологической линии для переработки бумажных отходов и производства исходного материала для жидких обоев. Расчёт материального баланса установки. Подбор комплекта оборудования и составление его спецификации для данной технологической линии.
контрольная работа [135,9 K], добавлен 08.04.2013