Микробный синтез на основе целлюлозы: белок и другие ценные продукты - Лобанок А.Г.
ISBN 5-343-00283-8
Скачать (прямая ссылка):
Во Франции проведены исследования, показавшие, что при переработке растительной биомассы, которая образуется в мировом масштабе из сельскохозяйственных и древесных отходов, а также из степной и тундровой растительности, можно получать ежегодно энергию, в 4—5 раз превышающую мировые потребности в ней. При этом установлено, что производство биогаза из растительной биомассы является более дешевым, чем из животноводческих отходов, если только подобрать подходящие по составу и урожайности растения. Для производства биогаза подходят многие виды биоматериалов: растительная биомасса и
различные сельскохозяйственные и промышленные отходы.
Внедрение промышленных методов производства животноводческих продуктов выдвинуло ряд новых гигиенических проблем.
218
Технология производства значительного поголовья животных на ограниченной площади предусматривает бесподстилочное их содержание. При такой технологии накапливается от 250 до 300 т/сут отходов (от 90 тыс. т до 1 млн т в год). Это может быть приравнено к количеству отходов в крупном городе. Одной из сложнейших, по мнению советских и зарубежных ученых, оказалась проблема уборки, хранения, переработки и утилизации огромных масс бесподстилочного навоза животноводческих комплексов (Ворошилов, 1979).
Энергетические расчеты показывают, что превращение отходов в биогаз не только экономически выгодно, но и позволяет защитить окружающую среду от загрязнений. Так, аэробная переработка 1 кг субстрата (по ХПК) требует 2 кВт энергии, при этом получается 0,5 кг ила, а при анаэробной переработке из 1 кг субстрата образуются 0,5 м3 биогаза (0,4 л жидкого топлива) и 0,1 кг ила (Verstraete, 1983).
Изучая проблемы и перспективы получения биогаза в ряде развитых европейских стран, Coombs (1983) оценил возможности интенсификации процесса. Главный акцент при разработке этой проблемы необходимо делать не на очистке сточных вод и переработке отходов, а на получении энергии, так как возрастающая стоимость нефти и газа усиливает энергетический кризис. Определены некоторые характеристики анаэробного сбраживания при оптимальном режиме. Состав биогаза: метана — 50—75%, углекислоты — 25—45%, сероводорода — следы. Выход газа составляет 0,3—0,6 м3/кг сброженного вещества. Время пребывания загрузки в реакторе в случае высокого содержания взвесей 10—30 сут, при растворимой фракции — 0,5—5,0 сут. Допустимые нагрузки: для твердой фракции— 1 кг/(м3-сут), для жидкой— 10 кг/(м3-сут). На энергию перемешивания и нагрев используется 30—40% образующегося биогаза.
За последние годы производство сельскохозяйственной продукции увеличилось в 2—3 раза, а расход энергии — в 10—15 раз (Байков, 1983). Одно из перспективных направлений развития сельскохозяйственной энергетики заключено в широкомасштабном производстве биогаза из навоза животноводческих комплексов, так как навоз сельскохозяйственных животных и птицы имеет высокий энергетический потенциал и является возобновляемым энергоносителем. Этот метод энергетического обеспечения сельского хозяйства был исследован и применен еще в начале 50-х годов, но из-за несовершенства технологии и низкого технического уровня используемых средств был признан убыточным. На современном этапе проблема производства биогаза из навозных стоков связана не только с энергетическими вопросами, но и с защитой окружающей среды (Хитров, 1980). Энергетический потенциал навозных стоков, ежедневно образующихся в животноводстве США, оценивается сейчас равным по теплоте сгорания 51 млн т бензина. Однако реализация этого потенциала
219
ограничена в связи с недостаточной эффективностью применяемых средств.
По сообщениям Экономической и социальной комиссии ООН Азии и Дальнего Востока, уже в 70-е годы биогаз во многих странах мира стал надежным источником энергии. В Индии к этому времени работало 8 тыс. биоэнергетических установок различной мощности, а к 1979 г. предполагалось, что число их возрастет до 50 тыс. Такие установки сооружались из местных материалов, причем благодаря жаркому климату не требовалось искусственного подогрева (до 30—32 °С) сбраживаемой массы. Биогазовая установка состояла из бродильного чана с воронкой, через которую поступал сбраживаемый материал. Таким материалом служили растительные отходы и экскременты животных. Для сбора газа сооружались газгольдеры (Листов, 1976).
Методы получения биогаза из целлюлозы, лигнина, навоза и других органических соединений уже много лет являются предметом исследований отдела микробиологии Индийского сельскохозяйственного института. Анаэробная ферментация навоза происходит в герметических емкостях, расположенных на молочных фермах института. Образуется метан, который используется как горючее для бытовых целей, а компостная масса — как удобрение. Для ускорения процесса в некоторых случаях добавляют мочевину. Индийские ученые продолжают искать активные штаммы микроорганизмов, разлагающих целлюлозу и лигннн, так как получены результаты, свидетельствующие о том, что эффективность образования метана резко повышается, если компостирование навоза крупного рогатого скота проводится в присутствии древесных опилок и рисовой шелухи (Neelakantan, 1980).
