Сельское хозяйство/4. Технология хранения и переработки

Цекало О.К.

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

”Харьковский политехнический институт”

Исследование влияния биологических и микробиологических факторов на производство биогаза из сельскохозяйственных отходов

Использование биомассы как источника энергии приобретает все большее значение в мировом масштабе. Актуальность ее использования вызвана целым рядом причин: биомасса постоянно восстанавливается; энергия, запасенная в биогазе может храниться и использоваться на протяжении длительного времени и конвертироваться в разные виды топлива; в ряде регионов биотопливо является экономически более выгодным или основным видом энергии; биогаз является источником экологически чистой энергии, при его использовании не образовываются вредные газообразные оксиды серы, не меняется баланс углекислого газа в биосфере. Итак, биогазовые технологии переработки органических отходов позволяют одновременно решить четыре проблемы: экологическую (ликвидация отходов производства), энергетическую (получение топлива и энергии), агрохимическую (получение экологически чистых удобрений и продуктов, повышение плодородия грунтов) и социальную (улучшение условий работы и быта населения). Как сырье для получения биогаза можно использовать органические отходы разных производств сельского хозяйства, которые имеют жидкую или полужидкую консистенцию или приведенные к такому состоянию.

Объектом исследования являются биотехнологические процессы получения биогаза. Как известно этот процесс состоит из трех стадий, первая из которых заключается в деятельности микроорганизмов с активными гидролитическими ферментами. Указанные анаэробные процессы определяют активность деятельности водообразующих бактерий. В данной работе проведены исследования относительно стимуляции жизнедеятельности бактерий, которые ферментируют сложные органические молекулы на более простые химические соединения, то есть бактерий, которые инициируют начало метанообразовательных процессов. С этой целью проведено изучение влияния микроволнового излучения в разном частотном диапазоне на отдельные бактерии с высокой протеолитической активностью, выделенные из разлагающегося субстрата. Источниками микроволнового излучения служили стандартные высокочастотные генераторы Г4-141 и Г4-142 с диапазоном частот для Г4-141: f₁=37,5-53,57 ГГц; для Г4-142: f₂=53,57-78,33 ГГц и средней плотностью потока мощности энергии - 0,1 мВт/см². Все использованные в опытах приборы физических индукторов были предоставлены Институтом радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины согласно “Договору о научно-техническом сотрудничестве между Институтом радиофизики и электроники им. А.Я. Усикова НАН Украины и Институтом микробиологии и иммунологии им. И.И. Мечникова АМН Украины” от 31 октября 2003 г., и прошли соответствующую метрологическую поверку, на основании чего были акредитированы. В качестве тест-объектов, которые ферментируют в аэробных условиях органических субстратов, были взяты E.faecalis ATCC, C.albicans ATCC, E.coli ATTC, P.vulgaris ATCC. Для идентификации выделенных культур микроорганизмов использовали наборы и отдельные тесты производства Pliva-lachema a.s., Чехия; НИЦФ, Санкт-Петербург, Россия и biomerieux, Франция.

При исследовании пользовались селективными и дифференциально-диагностическими средами, большинство из которых были производства ”Государственный научный центр прикладной микробиологии”, отделение ”Питательные среды” (г. Махачкала, РФ), ”Национальный научно-производственный центр генно-инженерных препаратов” (г. Оболенск, РФ), Исследовательское производство бактериальных заквасок технологического института молока и мяса ААН Украины (г. Киев). Влияние указанных физических факторов оценивали по кинетике роста тест-культур. Синхронизация биообъектов перед проведением экспериментов достигалась одноразовым влиянием низкой температуры (5 – 10 ^оС) в течение 30 мин.

Исследования показали, что среди разного частотного диапазона (облучение проводилось при 40,0; 42,2; 50,3; 58,0; 61,0; 64,5 ГГц) стимулирование размножения тест-культур наблюдалось после действия только некоторых микроволн. Так, физические средства с частотой колебаний 58,0 ГГц стимулировали размножение E.coli ATTC; 64,5 ГГц – C.albicans ATCC; для E.faecalis ATCC таких частот было три – 42,2; 58,0; 61,0 ГГц. Что касается P.vulgaris ATCC, то после облучения при 50,3 и 64,5 ГГц наблюдалось повышение накопления биомассы.

Данная работа является первым этапом определения влияния электромагнитных факторов на микроорганизмы, которые характеризуются высокими протеолитическими свойствами и могут стать перспективными в повышении эффективности первой стадии технологии метанообразования.