Изучение действия БАВ производилось путем анаэробного сбраживания барды винного и спиртоперегонного производства. Для интенсификации процессов метаногенеза нами выбрано новое направление по получению и испытанию в качестве биологически активных веществ природных изопреновых соединений с возрастающим количеством функциональных групп в молекуле.
Среди них - ряд соединений тритерпенового ряда природного происхождения, принадлежащих к группе каротиноидов, которые содержатся в составе растительных масел - оливковом, хлопковом, льняном, а также содержащихся в берёзовом соке и дегте. При введении биостимуляторов в биохимический процесс даже в незначительных количествах повышается скорость роста бактерий и интенсивность анаэробного сбраживания. Это приводит к снижению времени процесса, что, в свою очередь, может существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты [14,15,20].
Как показали испытания (рис.8), композиция таких соединений типа BIOSTIM-SBCH4 способствуют интенсификации процесса анаэробного сбраживания органического субстрата барды, и как следствие, повышению общего выхода биогаза, а в ряде случаев - и содержания в нём метана. Их использование в 3-4 раза повышает скорость выделения газа и производительность процесса метаногенеза. Одновременно с этим, их введение в метаногенный процесс приводит к увеличению доли метана в составе биогаза с 65-70 % до 90-95%.
Рис. 8 Cкорость выделения биогаза при анаэробном сбраживании послеспиртовой барды в зависимости от концентрации биологически активной композиции BIOSTIM-SBCH4: 1 - контроль; 2 - 2,5 мг/л; 3 - 5,0 мг/л; 4 - 10,0 мг/л. Условия:Vреактора = 3 дм3
Согласно полученным результатам лабораторных исследований, применение композиционных добавок биологически активных веществ (БАВ) позволяет получить практически тот же объем биогаза, что и на контроле, только в 3,7 раза быстрее, при этом скорость выделения биогаза почти в 4 раза выше. Концентрации вводимых композиционных микродобавок БАВ, составляющих 7,0±2 мг/л в состав обрабатываемой барды является оптимальным, поскольку их содержание более чем 9-10 мг/л не сопровождается увеличением скорости продуцирования газа и усилением интенсивности метаногенеза, поэтому является нецелесообразным.
Необходимо отметить, что использование разработанной композиции БАВ не только сокращает лаг-фазу и активирует быстрый рост микробного сообщества в биореакторах, но и существенно укорачивает стационарную фазу их развития. Это способствует ускорению протекания биохимических метаногенных процессов, повышению выхода биогаза и позволяет быстрее утилизировать отход. Благодаря антиоксидантной, антигипоксантной и антимутагенной активности, они стабилизируют клеточные мембраны микроорганизмов, повышают их устойчивость к повреждению в условиях недостатка кислорода и, одновременно с этим, препятствует перекисному окислению липидов. Таким образом, испытания показали, что применение БАВ в метаногенной технологии является перспективным.
Выводы
1. Рассмотрено влияние температурных факторов и органической нагрузки на биохимические процессы обработки высококонцентрированных сточных вод от органических загрязнений и стабилизации осадков. Показано, что сравнительная эффективность анаэробной обработки утиного помета в психрофильном режиме, при температурах 10 и 20°С, составили 51,4…78,5% и 65,0…86,2%, соответственно. В мезофильном режиме, при температурах 30 и 35°С, эти показатели составили 81,8…94,9% и 73…95,9%, соответственно, в зависимости от продолжительности обработки. Удельный выход биогаза в расчете на 1 кг удаленной ХПК колеблется, в зависимости от органической нагрузки биореактора и температурного режима анаэробной очистки, в пределах от 0,117 м3/кг ХПК при температуре 10°С и длительности обработки 0,67 суток и до 0,520м3/кг ХПК при температуре 35°С и длительности обработки 1,5 суток.
2. Предложены новые технические решения селективной очистки и кондиционирования биометана, включающих абсорбционные этаноаминовые технологии, реагентно-химические, и процессы альготехнологии с использованием микроводорослей, повышающих содержание метана в биогазе до 95-98 об.% как повышают энергетическую калорийность биометана как альтернативного источника энергии для повышения его энергетической ценности.
3. Показана роль водорода в механизме метаногенных процессов, что дало основание предложить новую комбинированную технологию его дополнительного дозирования совместно с углекислым газом, выделяемом в процессах очистки биогаза, для повышения выхода биометана. Разработаны новые электролизные процессы с низким перенапряжением выделения водорода, позволивших генерировать его в рентабельных условиях при удельных энергозатратах до 3,05-3,15 кВт·ч/м3 Н2, близких к теоретическим.
4. Разработана новая концепция биохимического стимулирования процессов метаногенеза с использованием природных биологически активных веществ, и найдены микродобавки типа BIOSTIM-SBCH4, повышающие выход биометатана в составе биогаза с 60-70 до 90-95 об.% и производительность анаэробного сбраживания барды спиртоперегонных производств в 2-3 раза.
Литература
1. Speece R.E. Аnaerobic Biotechnology. Tennessee: Publiched by Archae Press, USA. -393p.
2. Добрынина О.М., Калинина Е.В. Технологические аспекты получения биогаза. В: Вестник Пермского государственного технического университета. Охрана окружающей среды, транспорт, безопасность жизнедеятельности, 2010, №2, с. 33-40.
3. Корзникова М.В., Блохин А.Ю., Козлов Ю.П. Оценка степени конверсии органического вещества отходов животноводства и птицеводства в биогаз (на примере РФ). В: Вестник ВГУ, серия: химия, биология, фармация, 2008, №2, с.108-111.
4. Шеина О.А., Сысоев В.А. Биохимия процесса производства биогаза как альтернативного источника энергии. В: Вестник ТГУ, 2009, т.14, вып.1, с. 73-76.
5. Barker H.A. Biological formation of methane. In: Bacterial fermentations. - N.Y., 1956, p. 1-95.
6. Унгуряну Д.В. Анаэробное сбраживание и рациональные пути получения биогаза из сточных вод и жидких органических отходов и осадков. В: Проблемы и перспективы использования нетрадиционных источников энергии. Тез. докл. РНТК, Кишинэу 19-20 сентября 1989, с. 112-115.
7. Ungureanu D., Balmuє L. Biological wastewater treatment using fixed film. In: „Inovations in the field of water supply, sanitation and water”. Paper of Conference of the young scientists and researchers, Bucharest, 15-17 June 2005, p.p. 97-102.
8. Ковалев В. В., Унгуряну Д.В. и др. Новые решения по интенсификации биохимических процессов очистки сточных вод и генерации биогаза. В: „Ecological Chemistry” International Conference, May 20-21, 2005, Chiєinгu, p.p.333-335.
9. Ungureanu D., Ioneю I. Anaerobic treatment modling of winery waste water. In: Abstract Book of Second International Conference „Ecological Chemistry”, October 11-12, 2002, Chiєinгu, p.p. 180-183.
10. [10]. Ковалев В., Ковалева О., Дука Г., Гаина Б. Oсновы процессов обезвреживания экологически вредных отходов виноделия. Chiєinгu;Тipogr.A.Є.M., 2007. -344p.
11. Калюжный С.В., Пузанков А.Г., Варфоломеев С.Д. Биогаз: Проблемы и решения. Серия: «Биотехнология», т.21, Москва:ВИНИТИ, 1988. -190с.
12. Pat. MD. Nr 2334 Procedeul de epurare anaerobг a apelor reziduale єi instalaюia automatг pentru realizarea acestuia. (Способ анаэробной очистки сточных вод и автоматическое устройство для его осуществления). Covaliova O., Covaliov V.,Ungureanu D., Malina J., USA. Publ. BOPI nr.12, 2003
13. Pat. Nr 2795 Procedeu pentru epurea apelor uzate cu metode anaerob-aerob (Способ биохимической анаэробно-аэробной очистки сточных вод). Covaliov V., Ungureanu D., Covaliova O., Gaina B., Duca Gh. Publ. BOPI, nr.6, 2005
14. Cerere Nr. 2011-0075 MD, din 2011.07.15. Procedeu de prelucrare cu metoda anaerobг a deєeurilor agricole єi obюinere a metanului (cпособ анаэробной переработки сельскохозяйственных отходов и получение биометана) V.Covaliov, V.Bobeica, O.Covaliova, Gh.Duca, I.Sencovschaia
15. Cerere nr. 2011-0061 MD din 2011.06.02. Procedeul de epurare anaerobг a apelor reziduale витамина B12 и метана V.Covaliov, O.Covaliova, Gh.Duca, V.Bobeica
16. Cerere Nr. 2011-0059 MD din 02.06.2011. Procedeu biochimic de utulizare a dioxidul de carbon (cпособ биохимической утилизации углекислого газа) V.Covaliov, O.Covaliova, Gh.Duca, V.Bobeica
17. Эффект мелафена на развитие культур цианобактерий и зеленых микроводорослей в стрессовых условиях / Е. Л. Барский, И. О. Шандиева, Я. В. Саванина, и др. Вестник Московского государственного университета, No.1, 2011, с. 15-20.
18. Pat. Nr.187Y MD. Procedeu de obюinere a оncгrcгturii volumice pentru fixarea microflorei єi reactor anaerob cu utilizarea acesteia pentru epurarea biochimicг a apelor uzate (Способ получения объемной загрузки для фиксирования микрофлоры анаэробного реактора для биохимической очистки сточных). Covaliov V., Covaliova O., Ungureanu D., Publ. BOPI, nr.4, 2010
19. Pat. Nr 2794 MD. Reactor anaerob . Covaliov V., Covaliova O., Ungureanu D. Publ. BOPI, 6, 2005
20. Cerere 2011-0060 MD din 2011.06.02. reactor combinat pentru obюinerea adaosuri vitaminoase pentru furajer єi metan (Kомбинированны биореактор для получения витаминизированной кормовой добавки и метана). Covaliov, O.Covaliova, D.Ungureanu, V.Nenno, V.Bobeica, Gh.Duca,
21. Pat. Nr 67Y MD, Instalaюia pentru epurare biogazului юi regenerгrii a bioxidului de carbon (Uстановка для очистки биогаза c регенерацией диоксида углерода). Covaliova O. Covaliov V. Ungureanu D. Duca Gh. Nenno V.. Publ. BOPI, nr.8, 2009
22. Pat. Nr.105Y MD Instalaюia pentru colectarea єi epurare a biogazului (Установка для сбора и очистки биогаза).Covaliov V., Nenno V., Sliusarenco V., Covaliova O.. Publ. BOPI, nr.11. 2009.
23. Pat. Nr. 3928 MD. Instalaюia pentru epurarea continuг a biogazului (Установка для непрерывной очистки биогаза). Covaliov V., Nenno V., Covaliova O., Ungureanu D.. Publ BOPI, nr.6, 2009.
24. Pat. Nr 2767 MD. Procedeu єi instalaюia pentru оnlгturare a hidrogenului sulfurat din biogaz (Cпособ и устройство для удаления сероводорода из биогаза) Covaliov V. Ungureanu D. Covaliova O. Suman I. Duca Gh. Publ. BOPI, nr.5, 2005.
25. Cerere Nr. 2010-0119 MD din 2010.10.25. Instalaюia pentru epurerea combinatг a biometanului (Устройство для комбинированной очистки биометана. V.Covaliov, O.Covaliova, V.Nenno, D.Ungureanu.
26. Ковалев В.В., Ковалева О.В., Дука Г.Г., Иванов М.В. Совершенствование электрохимических процессов для водородной энергетики. В: Проблемы региональной энергетики, 2011, №1, с. 3-15.