Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
В работе, выполненной в Технологическом институте г. Иокогамы (Япония), метаногенная популяция бактерий была иммобилизована на агаровом полиакриламидном геле и на коллагеновой мембране. Микроорганизмы, иммобилизованные на агаровом геле, имели наибольшую активность метаногенеза (Ка-rube, 1980).
Исследуя анаэробную переработку отфильтрованного навоза молочного скота, применяли обычный и с фиксированной пленкой реактор. Навоз разбавляли до содержания сухих веществ 7,5% и отфильтровывали через сита с диаметром пор 2 мм. Жид-
212
кая часть перерабатывалась при 35 °С в лабораторных реакторах объемом 4 л. Биопленка фиксировалась насадкой из акрила, закрепленной на расстоянии 6 см над дном реактора и на 3 см ниже уровня жидкости.
Эксперименты, проводившиеся 13 мес, показали значительные преимущества реакторов с закрепленной пленкой по сравнению с обычными реакторами. Нагрузка по сухим веществам изменялась от 2,34 до 25 и от 2,25 до 778 г/(л-сут) для обычного реактора и реактора с фиксированной пленкой соответственно. Максимальный выход метана в реакторах был 0,63 и 6,2 л/(л-•сут) при времени удержания 6 и 0,125 сут соответственно (Lo, Liao, 1984).
Годом позже эти же авторы получили метан в реакторах с фиксированной пленкой, в которых для закрепления биопленки использовали акриловые панели толщиной 3 мм или жесткий шероховатый поливинилхлорид (ПВХ). Реактор с фиксированной пленкой позволил значительно, почти в 10 раз, интенсифицировать процесс метанообразования (Liao et al., 1985; Lo et al.,
1985).
На сахарном заводе испытана установка биогазовой конверсии для очистки сточных вод, образующихся при суточной переработке 5 тыс. т. свеклы. Применяли ферментер модели «Фло-кор Р», который заполнен кольцами из ПВХ, фиксирующими метанообразующие бактерии. Таким образом, достигалось две цели: очищение сточных вод при сокращении химического показателя кислорода (ХПК) на 90% (возможность сбрасывать их непосредственно в природные водоемы) и производство биогаза с повышенным содержанием метана (80% метана и 20% С02 до 5600 м3/сут (Экснресс-информ. ..., 1985)).
В 1985 г. осуществлена анаэробная переработка кислой под-сырной сыворотки в биогаз в реакторе, на 2/3 заполненном бусинами (диаметр 1—2 см) из пористой глины, предназначенными для иммобилизации микрофлоры и удерживаемыми металлическими сетками. Снижение ХПК достигало 95% при гидравлическом времени удерживания 5 дней. Добавление в систему свежей сыворотки или попадание в нее кислорода приводили лишь к небольшим и быстро проходящим нарушениям продукции метана (Wildenauer, 1985).
Для увеличения концентрации биомассы микроорганизмов использовали реактор объемом 5,5 л с погруженными вращающимися дисками. Величина отношения поверхности для прикрепления биопленки к объему реактора 100 м2/м3. Периодически с помощью скребков удаляли избыток биопленки для поддержания постоянного рабочего объема реактора. Навозную жижу с 2,9—3,5% сухих веществ ферментировали при 35 °С. Максимум образования метана — 1,89 л/(л-сут) — достигался при гидравлическом времени удержания 1 сут (Lo et al., 1986). Имеется сообщение о биометанизации уксусной кислоты в ре-
213
акторах со слоем песка с размером песчинок 0,6—0,7 мм и общей поверхностью 4306 м2/м3 (Toldra, 1986).
В США разработан способ получения биогаза в анаэробных условиях путем микробной ферментации органических отходов. Он основан на применении особого вида микроорганизмов и магнитного поля, создаваемого сильным электромагнитом для удержания бактерий в реакторе. Последний состоит из двух отдельных зон — реакционной и зоны для сбора отработанного осадка. В технологической схеме масштабированного получения биогаза из различных отходов предусматривается непрерывное выведение осадка. Применение магнитного поля практически исключает вынос бактерий из реакционной зоны и позволяет резко интенсифицировать скорость образования биогаза.
У нас в стране в Макеевском инженерно-строительном институте созданы и испытаны ферментеры, в которых носителями служат ерши из стекловолокна, собранные в рамы. Микробные клетки адсорбируются на поверхности ершей, и концентрация биомассы (по сухому веществу) достигает 60 г/л. Это позволяет увеличить суточную замену субстрата до 25—30, а иногда до 50% (Куликов, 1982).
Таким образом, несмотря на сложность метанового процесса, существует ряд методов его интенсификации. Основные возможности интенсификации производства биогаза следует искать в усовершенствовании технологии, в первую очередь в искусственном увеличении концентрации активной биомассы путем введения в аппарат плавающей или фиксированной насадки, в возвращении биомассы в процесс, в секционировании аппаратов и т. д. Немаловажную роль играют свойства перерабатываемых отходов, которые отличаются большим разнообразием (Виестур и др., 1986), Аналогичное мнение высказано Frostell (1982).
Микробиологическое получение метана имеет ряд преимуществ. Сырьем для получения метана могут быть разнообразные органические остатки. Почти все они состоят из целлюлозы, легко поддающейся анаэробному разложению с образованием биогаза — метана. Источниками такого сырья могут быть отходы сельского хозяйства (солома, ботва, трава, листья, навоз сельскохозяйственных животных), отходы текстильной, деревообрабатывающей и пищевой промышленности, сточные воды и отходы коммунального хозяйства. Отходы лесной и деревоперерабатывающей промышленности содержат лигнин, но при соответствующей предварительной обработке он разлагается с образованием циклических продуктов, которые могут быть использованы бактериями. Выход метана при этом увеличивается на 40%, на 10% снижается количество твердых отходов.
