Баджанов Б.М., к.т.н. Ким В.А.

Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства,

г. Тараз, Республика Казахстан

ИННОВАЦИОННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ АКВАКУЛЬТУР

Биотехнологии позволяют ускоренно получать с помощью анаэробного сбраживания натуральное биоудобрение, содержащее биологически активные вещества и микроэлементы. Основным преимуществом биоудобрений по сравнению с традиционными удобрениями, является доступная форма и сбалансированность всех элементов питания, высокий уровень гумификации органического вещества. Органическое вещество служит мощным энергетическим материалом для грунтовых микроорганизмов, поэтому после внесения в почве происходит активизация азотофиксирующих и других микробиологических процессов. Эти факторы позитивно влияют на почву, улучшая её физико-механические свойства, и как следствие, при использовании биоудобрений полученных в биогазовой установке, урожайность повышается до 30-50%.

Растительный покров земной поверхности составляет более 1800 млрд.т сухого вещества, что энергетически сопоставимо с запасами энергии полезных ископаемых. При этом леса составляют около 68% биомассы суши, травяные экосистемы - 16%, а возделываемые земли - только 8%. Таков потенциал биомассы планеты.

Из 1м³ биогаза в когенерационной тепловой электростанции можно выработать 2,3 кВтч электроэнергии и 2,8 кВтч тепловой энергии. Биогаз можно напрямую сжигать в тепловых электростанциях без обогащения.

Мировые достижения в этом направлении позволяют обеспечить устойчивое производство биотоплива, примерами служат замкнутые системы водоснабжения (УЗВ) предприятий с разведением рыб и сельскохозяйственных растений на гидропонике, производство основе аквакультур и сельскохозяйственных отходов, замкнутых по всем биогенным элементам (углекислый газ, азот, фосфор, калий, микроэлементы).

Одной из разновидностей биотехнологии являются гидроботанические системы с одновременным культивированием аквакультур представляющий новый уровень повышения резервных возможностей животноводства, птицеводства, рыбоводства, земледелия и альтернативного источника энергии при использовании их в замкнутых биотехнологических системах.

Аквакультуры - Эйхорния и Хлорелла являются представителем высших водных растений, природным очистителем водоёмов.

Хлорелла обладает бактерицидными свойствами, уничтожает микробы стрептококки, стафилококки, кишечных палочек и др.

Биологическая ценность хлореллы в её высоком содержании свыше 50% белка, когда как у люцерны — лишь 18%. В целом в пересчете на 1 га хлорелла образует 20—30 т чистого белка, а люцерна лишь 2—3,5 т. Кроме того, хлорелла содержит 40 % углеводов, 7-10 % жиров, витамины А, B2, К, РР и многие микроэлементы.

За теплый период года можно получить до 50—60 т биомассы хлореллы с 1 га, тогда как одна из самых высокопродуктивных трав — люцерна дает с той же площади только 15— 20 т урожая. На рисунке 1 приведен процесс культивирования хлореллы в лабораторных условиях.

Рисунок 1 - Установка для культивирования хлореллы

Процесс превращения сухой биомассы в энергию заключается в сгорании являясь источником тепла, которое в свою очередь превращается в механическую или электрическую энергию. Что же касается сырого вещества, то в этом случае древнейшим и наиболее эффективным методом превращения биомассы в энергию является получение биогаза (метана).

Биогаз, получающийся в ходе этого процесса, представляет собой смесь из 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода (Н₂S) и незначительных количеств азота, кислорода, водорода и закиси углерода. Болотный газ дает пламя синего цвета и не имеет запаха. Его бездымное горение причиняет гораздо меньше неудобств людям по сравнению со сгоранием дров, навоза животных или бытовых отходов. Энергия, заключенная в 28 м³ биогаза, эквивалентна энергии 16,8 м³ природного газа, 20,8 л нефти или 18,4 л дизельного топлива.

Биометаногенез осуществляется в три этапа: растворение и гидролиз органических соединений, ацидогенез и метаногенез. В энергоконверсию вовлекается только половина органического материала—1800 ккал/кг сухого вещества по сравнению с 4000 ккал при термохимических процессах, но остатки, или шлаки, метанового «брожения» используются в сельском хозяйстве как удобрения. В процессе биометаногенеза участвуют три группы бактерий. Первые превращают сложные органические субстраты в масляную, пропионовую и молочную кислоты; вторые превращают эти органические кислоты в уксусную кислоту, водород и углекислый газ, а затем метанообразующие бактерии восстанавливают углекислый газ в метан с поглощением водорода, который в противном случае может ингибировать уксуснокислые бактерии.

В природных условиях метанобактерии тесно связаны с водородобразующими бактериями: эта трофическая ассоциация выгодна для обоих типов бактерий. Первые используют газообразный водород, продуцируемый последними; в результате его концентрация снижается и становится безопасной для водородобразующих бактерий.

Наиболее эффективно водородобразующие бактерии размножаются при применение аквакультур - водного гиацинта эйхорнии и микроводоросли хлореллы – природных очистителей водоемов. Благодаря быстрому наращиванию биомассы урожайность эйхорнии 300-500т /га с водной поверхности за сезон, хлорелла увеличивает свою биомассу за сутки в 5 раз, эти растения создают условия для быстрого размножения водородобразующих бактерий. Обладая высокой теплотворной способности (более 15 Мдж/кг) и биологической ценностью данные аквакультуры представляют интерес для их разведения.

При этом, 1кг биомассы эйхорнии дает 570 л биогаза (для сравнения - навоз 200-400 л), а 1м³ метана (CН₄) даёт 20-25 МДж.

Таким образом, использование производства путем возделываемых плантаций аквакультур, выращивания микроводорослей хлореллы будет способствовать получению биогаза метана, углекислого газа и эффективных удобрений из биомассы аквакультур в биогазовых установках, что позволит извлекать дополнительные доходы от продаж повысить рентабельность производства, снизить экологическую нагрузку.

ФОРМА ЗАЯВКИ для участия в конференции

ФИО авторов, ученая степень	Баджанов Батырбек Мустафаевич
Название доклада	Инновационные биотехнологии на основе аквакультур
Выбранная секция и подсекция	Биологические науки 9.Биотехнология
Место работы, должность	Казахский научно-исследовательский институт водного хозяйства, с.н.с.
Контактный адрес в следующем формате: ФИО получателя Улица, № дома, № квартиры Город Индекс	Баджанов Бтырбек Мустафаевич ул. Койгельды 12 Республика Казахстан г. Тараз 080003,
Контактный телефон	8 (7262) 425540
e-mail	kiwr-t@nursat.kz, IWRE@nursat.kz