Введение 3
Глава 1. Обзор литературы 5
1.1 Масштабы образования органических отходов в РФ 5
1.2 Сравнительный анализ методов переработки
органических отходов 8
1.3 Анаэробное сбраживание в метантенках 14
1.4 Интенсификация метаногенеза внесением
кондуктивных (электропроводящих) материалов 20
Глава 2 Объекты и методы исследования 27
2.1 Объекты исследования 27
2.2 Методы исследования 29
Глава 3 Результаты исследования 35
3.1 Оценка использования разных видов и доз
кондуктивных материалов в анаэробной деградации смеси летучих жирных кислот термофильным метаногенным микробным сообществом 35
3.2 Влияние кондуктивных материалов на процессы анаэробной биоконверсии жидких органических отходов в биогазовой установке при возрастающей нагрузке по
органическому веществу 41
3.3 Влияние экспозиции активного ила к угольной ткани
на процесс метаногенеза 45
Выводы 48
Библиографический список 49
В России за год образуется около 4.5 млрд т отходов, из которых около 1.5 млрд. т. составляют органические отходы Одним из наиболее эффективных способов их переработки служит анаэробное сбраживание в метантенках. Его главными преимуществами являются: невысокие относительно аэробной переработкой эксплуатационные затраты, уничтожение патогенов, получение ценного биотоплива и снижение затрат на утилизацию избыточной биомассы.
Деградация органических отходов в метантенках происходит под влиянием четырёх основных групп микроорганизмов метаногенного сообщества: гидролитических бактерий, бактерий бродильщиков, ацетогенных бактерий и метаногенных архей. При этом микроорганизмы каждой последующей стадии разложения органических веществ потребляют продукты жизнедеятельности предыдущих стадий. Происходящее на стадии ацидогенеза накопление летучих жирных кислот может вызвать закисление реактора и ингибировать метаногенез. Поэтому актуальными являются исследования направленные на поиск способов и методов, повышающих продуктивность процесса метаногенеза, его сбалансированность, когда с одной стороны необходимо увеличивать нагрузку по субстрату, а с другой стороны избегать эффекта закисания сбраживаемых масс в условиях перегрузки по органическому веществу.
В последние годы активно изучается перспектива использования недавно открытого процесса DIET (англ. «Direct Interspecies Electrons Transfer» - прямой межвидовой перенос электронов), при котором в анаэробном сообществе микроорганизмов электроны переносятся напрямую от одной клетки к другой благодаря клеточным структурам, таким как е- пили или межклеточный матрикс или через материалы, способные проводить электричество (кондуктивные) с целью улучшения скорости метаногенеза при анаэробной переработке органических отходов.
Цель работы: изучение влияния различных видов и доз кондуктивных (электропроводящих) материалов на скорость разложения органических отходов и выход биогаза при проточном и периодическом культивировании микроорганизмов анаэробного активного ила.
Задачи исследования:
1) изучить влияние разных видов и доз кондуктивных материалов на метаногенез в условиях лабораторного опыта;
2) изучить влияние кондуктивных материалов при разных режимах нагрузки по органическому веществу в условиях высокопродуктивных биогазовых установок;
3) изучить влияние экспозиции активного ила к угольной ткани на процесс метаногенеза в модельном лабораторном
опыте.
1) Добавление угля и магнетита позволяет сократить лаг- фазу на 30-50% по сравнению с контролем, при чём продолжительность лаг-фазы напрямую зависит от дозы внесённых кондуктивных материалов.
2) Высокие (50 мМоль) и средние (20 мМоль) дозы позволяют увеличить выход метана на 42 и 50% соответственно.
3) Внесение высоких доз магнетита позволяет увеличить скорость потребления пропионовой кислоты - главного индикатора нестабильности процесса анаэробного сбраживания.
4) Внесение карбоновой ткани в биореактор увеличивает скорость выхода биогаза на начальном этапе, что позволяет сократить период его запуска. При увеличении нагрузки по органическому веществу карбоновая ткань позволяет сделать процесс сбраживания более стабильным, увеличить скорость выхода биогаза и потребления ЛЖК.
5) Внесение кондуктивных материалов никак не влияет на соотношение CO2 CH4 в биогазе.
6) При добавлении карбоновой ткани объём выделившегося метана возрастает на 14% по сравнению с контролем.
7) Благодаря кондуктивным свойствам, магнетит ускоряет передачу электронов в микробном сообществе. Применение магнетита в лабораторном эксперименте ускорило метаногенез и увеличило выход метана на 52,8 % по сравнению с контролем.
8) Создание биотехнологии переработки отходов на основе использования процессов межвидового переноса электронов (DIET) для интенсификации разложения органических веществ может быть перспективно как с экологической, так с экономической точки зрения.
