Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
медленно и поэтому обходится дорого. Некоторые-проблемы связаны с
неудачными инженерными решениями. Теи не менее этот подход представляется
перспективным с точки зрения биотехнологии; например, можно добавить к
отходам ферменты для повышения эффективности процесса или попытаться
усилить контроль за переработкой путем изменения тех или иных
биологических параметров (разд. 6.3).
Анаэробная ферментация отходов или растительных культур, специально
выращиваемых для получения энергии, очень перспективна для экономичного
получения газообразного топлива при умеренных температурах (30-35°С). Эта
новая отрасль биотехнологии была развита микробиологами в сотрудничестве
с инженерами-химиками и механиками, работниками сельского хозяйства и
экономистами.
При выращивании сообщества различных бактерий на смеси органических
соединений происходят сложные биохимические-реакции (рис. 6.6)
Метанобразующие бактерии способны к синтезу энергоносителя
непосредственно из водорода и углекислого газа. Микроорганизмы,
расщепляющие целлюлозу, синтезируют жирные кислоты, которые могут
подвергаться восстановительному расщеплению до метана и углекислого газа;
некоторые бактерии способны даже образовывать молекулярный водород.
Описано сложное, взаимозависимое микробное сообщество, в котором можно
выделить три группы бактерий: бактерии, осуществляющие гидролиз и
брожение, бактерии, образующие водород и уксусную кислоту, а также
водородотрофные,; метанобразующие бактерии. Метанобразующие бактерии
растут медленно и очень чувствительны к резким изменениям загрузки
реактора и накоплению водорода. Можно надеяться,, что усовершенствование
конструкции реактора и контроль за процессом помогут уменьшить колебания
загрузки реактора и. позволят контролировать ее, определяя содержание
водорода ft
Окружающая среда и биотехнология
259
Липиды Лигнины Белки
I I I
Высокомолекулярные ¦ Ароматические Аминокислоты
МЕТАН + УГЛЕКИСЛЫЙ ГАЗ
Рис. 6.6. Биохимическое расщепление отдельных соединений до метана и
углекислого газа при анаэробном разложении отходов.
промежуточных продуктов типа пропионовой и масляной кислот. Проблемы
перегрузки, особенно существенные в случае промышленных стоков, можно
обойти, увеличивая скорости оборота и применяя в качестве буферных систем
сточные воды химических предприятий и бытовые сточные воды. Для
увеличения метаногенной активности бактерий можно использовать обычные
методы отбора или методы генетической инженерии. Оценить возможность
использования данного процесса при переработке смешанных отходов, а также
охарактеризовать потребности в питательных веществах и усовершенствовать
начальный этап процесса за счет уменьшения количества необходимого
микробного посевного материала поможет дальнейшее изучение физиологии и
экологии участвующих в процессе микроорганизмов.
Для получения энергии и полезных побочных продуктов ¦можно использовать
самые разнообразные отходы и сырье.
87*
560
Глава 6
К культурам, выращиваемым специально в целях конверсий энергии в
газообразное топливо, относится кассава; конечными продуктами служат
метанол или этанол. Некоторые страны,, например Бразилия, Австралия и
Новая Зеландия, намерены к 2000-му году использовать подобные вещества,
получаемые биологическим путем, в качестве основного источника топлива.
Сходные проекты обсуждаются и в некоторых европейских странах, например в
Финляндии, Швеции и Ирландии.
В Англии работа по биоконверсии энергии проводится в рамках Программы по
использованию солнечной энергии (министерства энергетики); за счет этой
программы финансируются и проекты ЕЭС по получению энергии биологическими
способами. В США используется множество подходов; так, одно очистное
сооружение за счет биологической конверсии бытового мусора позволяет
получить газ в количестве, достаточном для обеспечения им 12 тыс. домов.
Основные микробиологические и технологические проблемы этой технологии и
перспективы ее применения в развивающихся странах были рассмотрены на
Первой международной конференции по анаэробному разложению, состоявшейся
в Кардиффе в 1979 г. Анаэробные ферментеры могут применяться также в
целях получения промежуточных продуктов для химической промышленности
(например, уксусной, молочной и акриловой кислот в качестве химического
сырья, идущего на переработку; гл. 4).
Однако широкое использование анаэробных реакторов в целях получения
газообразного топлива сдерживается рядом причин. Традиционно в
конструкцию реакторов входили тэнки с мешалками, рассчитанные на
длительное пребывание перерабатываемого материала. В целях сокращения
этого времени были созданы реакторы, в которых переработанные отходы
отделяются от биомассы, используемой повторно. Чтобы процесс был
экономически выгодным, должны быть разработаны недорогие конструкции,
которые не засоряются и включают простые в эксплуатации устройства для
отвода тепла. Основные усилия в области анаэробной ферментации должны
