CC BY
12
changes at which an initial parameter arrives at a maximum on the basis of equalization of regression. Model allows to get the detailed information about quality of synthesis-gas depending on entrance factors which influence on the process of gasification. Substantial reduction of considerable money and resources which are spent at the receipt of necessary information from realization of experimental researches is possible.
УДК 332.64 Студ. М. Т. Матвieнко;
доц. В.П. Олiферчук, канд. бюл. наук - НЛТУ Украши, м. Львiв
РОЛЬ М1КРОФЛОРИ Б1ОГАЗОВО1 УСТАНОВКИ В ПРОЦЕС1 П1ДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТ1 МЕТАНОУТВОРЕННЯ
1з бюгазово! установки було видшено три штами метанотвiрних бактерш. Створена на 1х основi асощащя тдвищила ефективнють метаноутворення та скоротила час видшення бюгазу. Сформована асоцiацiя рекомендуеться для застосування в ме-тантенках з рiзним субстратом.
Ключов1 слова: асоцiацiя мiкроорганiзмiв, бiогаз, метантенк, ферментацiя.
Стан питання. 1нтерес до проблеми надм1рного нагромадження вщ-ход1в, зважаючи на можливост !х повторного використання, останшм часом значно зрю у зв'язку з впровадженням еколопчних бютехнологш та св1товою енергокризою. Тому питання бютрансформаци оргашчного складника вщхо-д1в е актуальним та мае теоретичне \ практичне значення [1, 2]. Проблема бь оконверсп вщход1в анаеробними мжрооргашзмами пов'язана також з потребою захисту навколишнього природного середовища вщ забруднень [3]. Си-ровиною для переробляння в анаеробних умовах можуть слугувати побутов1 вщходи та стоки, вщходи сшьськогосподарського виробництва та шших га-лузей, як мютять оргашчний складник [4]. БюконверЫя оргашчних вщход1в р1зного походження дае змогу одержати корисш продукти - бюпаливо, бь огаз, еколопчно чист добрива, оргашчш кислоти, промислово важлив1 фер-менти [5]. Анаеробну деградащю бюпол1мер1в здшснюе багатовидова мжроб-на асощащя, яка об'еднуеться мщними троф1чними зв'язками. Обов'язковими компонентами асощаци е первинш анаероби пдрол1тично! мжрофлори (пдро-л1зують бюпол1мери), бродильно! мжрофлори (зброджують молекули моно-мер1в), ацетогенно! мжрофлори (перетворюють р1зномаштш продукти бродш-ня в субстрати метаногенезу) \ вторинш анаероби - метанотв1рш архе! [6].
Методика дослвджень. Було виконано дослщження мжрофлори бь огазово! установки, наповнено! мулом з очисних споруд м. Львова [7]. Вияви-лось, що в установщ сформувалась стшка асощащя метанотв1рних та целю-лол1тичних бактерш. Тут е висока концентращя оргашчних речовин, вщнос-но швидке споживання кисню \ постшна температура. Ц умови { спричинили масовий розвиток уЫх оргашзм1в ланцюга анаеробного розкладання оргашч-них речовин, включаючи метаногени, що трансформують С1 - С2 оргашчш сполуки, целюлозу, гнш { послщ у бюпаливо.
Вирощували видшет архе! на середовищд: "Р" з водень - вуглекислою сумшшю + намул, вщбраний на очисних спорудах м. Львова. Активне газо-утворення (СН4, Н2, СО2) спостер1гали у дослщних зразках мулу метантенка
за температури 45 °С. Порiвняльна оцiнка наявност метанотвiрних i целюло-лiтичних MiKpoopraHi3MiB показала, що наявнiсть 'х взаемозалежна, тому що продукти трансформаци первинних анаеробiв е субстратом для росту метано-генних архе'в.
З мулу метантенка (бюгазово'' установки) було видшено термофiльну нагромаджувальну культуру, що здатна до гiдролiзу целюлози до метану за 20 дiб за температури 40 °С. З нагромаджено'' метаногенно'' культури надалi було iзольовано метан: первинних анаеробiв, що гiдролiзують целюлозу (це-люлолiтичнi бактери), бродильних (сахарол^ичш бактери) i вторинних ана-еробiв - метанотвiрниx архе'в.
Результат дослщжень. З бюгазово'' установки iзольовано термофшьш анаеробнi штами мiкроорганiзмiв, якi можуть трансформувати складш орга-нiчнi речовини в бюгаз. На пiдставi морфолого - культурних та фiзiолого -бiоxiмiчниx властивостей видiленi штами щентифжовано як Clostridium sp. 7ВП, Methanobacterium sp. 5СС, Methanobacterium sarcina 3БС.
На основi видшених монокультур створено активну асощацда ана-еробних мiкроорганiзмiв, якi мiстили: целюлолiтичний штам Clostridium sp. 7ВП та метаногени Methanobacterium sp. 5СС, Methanobacterium sarcina 3БС. Шд час складання асощаци спрямовано увагу на фiзiологiчний стан кожного штаму та спiввiдношення мiж кшьюстю клiтин культур, внесених у культиватор. Ми здшснили дослiдження з оптимiзацii процесу перетворення оргашч-но'' складово'' побутових вiдxодiв.
Роботу з окремими видами мiкроорганiзмiв випробували на мулi з очисних споруд. Результати дослщжень подано на рисунках.
5 6 7доби
Рис. 1. Залежшсть концентраци СН4ммоль/л eid часу трансформаци
для Clostridium sp. 7ВП
Як бачимо з рис. 1, при застосуванш штаму Clostridium sp. 7ВП кон-центращя СН4 у перший день становить 2 ммоль/л. На другий день концен-тращя метану збшьшуеться, а на шостий та сьомий день дорiвнюе 12 ммоль/л.
Характеристика целюлолтичного штаму 7В. На поверхш агаризова-ного середовища утворюе дрiбнi, круглi бiлi або прозорi колони розмiром 1-2 мм. Облiгатний анаероб. Росте в дiапазонi температур 45-50 °С. Опти-
3. Технологiя та устаткування деревообробних шдприемств
77
мальне значення рН 7,0-7,5. PicT не спостер^аеться за рН понад 8,0, нижче 6,5. Внаслщок вивчення здатноcтi видшеного штаму використовувати для росту рiзнi джерела вуглецю встановлено, що штам 7ВП здатний ферменту-вати ^м целюлози також арабiнозу, глюкозу, галактозу, сахарозу, ксилозу. На живильних середовищах МПБ, МПА не росте. Рют cпоcтерiгали на мше-ральному середовишд "P" з дрiжджовим екстрактом або вгтамшами. Основни-ми екзометаболiтими е + водень, вуглекислий газ, етанол, ацетат та лактат. На пiдcтавi фiзiолого - бiохiмiчних i морфолопчних ознак iзольований штам 7ВП вщнесено до роду Clostridium sp.
У випадку застосування штаму Methanobacterium sp. 5СС концентра-цiя СН4 в перший день е бшьшою, шж у разi застосування штаму Clostridium sp. 7ВП i становить 6 ммоль/л. У цьому випадку спостер^аемо i вишу кон-центрацiю метану на 6 день - 14 ммоль/л.
Характеристика сахаролтичного штаму 5СС. Клгтини штаму 5СС -палички, розмiром 0,5-0,6-7-100 мкм, вигнут^ утворюють ланцюги до 100 мкм, грам-позитивш, нерухомi. Поверхневi колони опуклi, з рiвним краем, коричнюватi, округло! форми, 1-2 мм у дiаметрi. У рщкому середови-шi культура росте у виглядi опалесцентно! суспензи. Рют та утворення метану штамом 5СС cпоcтерiгали на мiнеральному середовишд "P" з водень - вуг-лекислотною cумiшшю як единим джерелом вуглецю й енерги. Облiгатний анаероб. Рют й утворення метану вщбуваеться в дiапазонi температур 4065 °С, з оптимумом 55-60 °С. Дiапазон рН 6,5-8,0, оптимальне рН 7,0-7,5. Рют стимулюеться внесенням у середовище дрiжджового екстракту. Порiв-няльна дiагноcтика ознак штаму 5СС дала змогу вщнести його до роду Methanobacterium sp.
У разi застосування штаму Methanobacterium sarcinum 3БС концентра-цiя СН4 е вищою, нiж у двох попереднiх випадках, скорочуеться час тран-сформаци до 5 дiб та збiльшуетьcя концентращя СН4.
' доои
Рис. 2. Залежшсть концентраци СН4ммоль/л eid часу трансформаци
для Methanobacterium sp. 5СС
4 5
° 7 доби
Рис 3. Залежшсть концентраци СН4ммоль/л вiд часу трансформаци для МеЖапоЬаавпит ъатстиш 3БС
Характеристика метанотвiрного штаму 3БС. Кштини штаму - коки (1-2 мкм у дiаметрi), яю розмножуються подшом у рiзних напрямах i поедну-ються по 2, 4, 8 у сарцiноподiбнi нерухомi пакети. Колони на щшьному сере-довишд - зернистi, жовтуватого кольору 0,5-1 мм у дiаметрi. Облiгатний ана-ероб. Рiст та утворення метану штамом 3БС спостерiгали на мшеральному середовишi "Р". Росте в дiапазонi температур 30-60 °С, з оптимумом 55 °С; за значень рН вщ 6,0 до 8,0 з оптимумом 6,8-7,0. Рют i метаноутворення стиму-лювали додаванням дрiжджового екстракту. Порiвняння властивостей видь леного штаму 3БС з вщомими термофiльними метаногенами дало змогу вщ-нести його до роду МеШапоЬа^егшш Багета.
Рис. 4. Залежшсть концентраци СН4ммоль/л вiд часу трансформаци
для асощаци мiкроорганiзмiв
Бачимо, що застосування асощаци мiкроорганiзмiв скорочуе час трансформаци мулу до 5 дiб та збшьшуе вихщ СН4 до 18 ммолях/л. Плануеться
3. Технолопя та устаткування деревообробних шдприемств
79
застосування ще1 асоцiацiï MiKpoopraHi3MiB для трансформацiï мулу з очис-них споруд у бюгаз.
Висновки. 1. Вперше видiлено та iдентифiковано hobï штами обл^ат-них анаеробних термофiльних MÎKpoopram3MiB: целюлолiтичний штам Clostridium sp. 7ВП та метаногени Methanobacterium sp. 5СС та Methanobacte-rium sarcina 3БС, як утилiзовують мул з очисних споруд.
2. Визначено, що внесення дрiжджового екстракту в культурне сере-довище пiд час росту культури супроводжуеться пiдвищенням продукування етанолу.
3. На основi видiлених монокультур бактерiй створено асощаци анаеробних мiкроорганiзмiв на вихщ остаточних продуклв метаболiзму - метану, етанолу, ацетату пщ час трансформаци органiчноï сировини.
Лггература
1. Гелетуха Г.Г. Энергетический потенциал биомассы в Украине / Гелетуха Г.Г., Мар-ценюк З.А. // Промышленная теплотехника. - 1998. - № 4. - С. 52.
2. Ротштейн О.П. Solf Computing в бютехнологи: багатофакторний анал1з i д1агностика : монографiя / О.П. Ротштейн, С.П. Ларюшкiн, Ю.1. Мггюшюн. - Вiнниця : Вид-во УН1ВЕР-СУМ-Вiнниця, 2008. - 144 с.
3. Ратушняк Г.С. Iнтенсифiкацiя бюконверси коливальним перемiшуванням субстрату : монографiя / Г.С. Ратушняк, В.В. Джеджула. - Вiнниця : Вид-во УШВЕРСУМ-Вшниця, 2008. - 117 с.
4. Соуфер С. Биомасса как источник энергии : пер. з англ. / С. Соуфер, О. Заборски. -М. : Вид-во "Мир", 1985. - 368 с.
5. Баадер Б. Биогаз: теория и практика : пер. с нем. М.И. Серебрянного / Б. Баадер, Е. Доне, М. Брендерфер. - М. : Изд-во "Колос", 1982. - 148 с.
6. Дебабова В.Г. Генетика промышленных микроорганизмов в биотехнологии / под ред. В.Г. Дебабова. - М. : Изд-во "Наука". - 1990. - 275 с.
7. Ол1ферчук В.П. Можливють використання осаду спчних вод очисних споруд Львова для виробництва бюгазу / Олiферчук В.П., Матвiенко М.Т., Войтович 1.Г. // Науковий вюник НЛТУ Украши : зб. наук.-техн. праць. - Львiв : РВВ НЛТУ Украши. - 2009. - Вип. 19.9. - С. 72-76.
Матвиенко М.Т., Олиферчук В.П. Роль микрофлоры биогазовой установки в процессе повышения эффективности метанового сбраживания
Из биогазовой установки было выделено три штамма метанообразующих бактерий. Созданная на их основе ассоциация повысила эффективность метанового сбраживания и сократила время выделения биогаза. Сформированная ассоциация рекомендуется для применения в метантенке с разным субстратом.
Matvienko M. Т., Oliferchuk V.P. The significance of microflora of bio-gasreactor in the process of increasing the efficiency of methane production
The cultures of methane producing bacterium were selected from the biogas producing device. The association created on their basis increased the efficiency of methane production and reduced time of biogas emitting. The given association is recommended for application in biogasreactor with different substrata.
Keywords: microorganisms association, biogas, biogasreactor, fermentation.
