Синтрофная ассоциация микроорганизмов @ @ @ @ @ @ @ @ @ 1001 для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан

Синтрофная ассоциация микроорганизмов @ @ @ @ @ @ @ @ @ 1001 для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Синтрофная ассоциация микроорганизмов Sareina maxima,,Saгаеiпа ventrieuli. Methanosareina mazei, Methanobacter i um thermoantotroph ieum 1001 (коллекция отдела физиологии литотрофных микроорганизмов Института микробиологии АН СССР) для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан.

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3ДП С 12 N 1/00 ОРУД Т ЕНН Й OCTET Cooed

flG ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3460549/30-15 (22) 29.06.82 (46) 23.10.83. Бюл. 9 39 (72) В.П.Третьякова, A.Ã.Ïóýàíêîâ, B.И.Бородин, Т.Н.Жилина, A.Н.Кожевникова, Р.А. Мельник и И.И.Евдокименко (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных проблем машиностроения для животноводства и кормопроизводства и Институт микробиологии AH СССР (53) 636.220.18:547.211.862(088.8) (56) 1. Листов Н.П. и Прищеп Л.Г.

Эффективное использование навоза в сельском хозяйстве. — "Механизация и электрификация cîöèàëèñòè÷åñêîãî сельского хозяйства", 1976, Р 1, с. 21.

2. Доливо-Добровольский SI.Б. Микробиологические процессы очистки воды. Иэд-во Министерства коммун. хоз-ва РСФСР, 1958 (прототип).

„„SU„„104953 (5 4 ) СИН ТРОФНАЯ АССОПИАПИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ SARE! NA HAX I HA SARE I NA

VENT R I E UL I, МЕТНАМОБАВЕ I NA HAZE I, METHANOBACTE R I UM THE RM0ANT0TROPH I E UM

Р 1001 для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан. (57) Синтрофная ассоциация микроорганизмов Sare1па maxima, Saraeina

ventrieuii, Hethanosareina mazei, HethanobacterIum thermoantotrophIeum

Р 1001 (коллекция отдела физиологии литотрофных микроорганизмов Института микробиологии AH СССР} для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан.

10495 37 l0

3S

S0

55

Изобретение относится к сельскому хозяйству, а именно к способу переработки органических отходов сельско го хозяйства, в частности навоза крупного рогатого скота и растительных отходов тепличного хозяйства, с целью получения биогаэа и органоминеральных удобрений.

Известно аназробное сбраживание органических отходов сельского хозяйства, преимущественно навоза, с помощью нативной микрофлоры навоза.

При этом достигаемая величина загруз ки составляет 5-12Ъ/сут к рабочему объему метантенка.и выход биогаэа до 1,7 л/л реактора в сутки. Процесс сбраживания длится в течение ?4

28 сут и больше (1 .

Недостатками спонтанного сбражива ния навоза являются длительный выход метантенка на рабочий режим иэза больших затрат времени на накопление рабочей популяции микроорганизмов и низкий выход биогаэа из рабочего реактора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является анаэробное сбраживание осадка сточных вод с помощью сапрофитного штамма

Baci11us endorhythuos, который в симбиозе с метаногенными микроорганизмами повышает образование биогаэа до 1,9 л/сл реактора при влажности сбраживаемой массы 90-92Ъ. При этом время сбраживания органического вещества составляет 24 сут и выше (2) .

Недостатки известного способа низкая величина суточной загрузки и ниэкий суточный выход биогаза из рабочего объема реактора.

Цель изобретения — метанообразующая аесоциация микроорганизмов, по. зволяющая интенсифицировать процесс микробиологической переработки отходов сельского хозяйства путем повы-, шения скорости сбраживания, выхода биогаэа и увеличения содержания метана в нем.

Поставленная цель достигается использованием синтрофной ассоциации микроорганизмов Sareina maxima, Багеina ventrieuii, Methanosareina

mazei, Methanobacterium thermoantotrophicum Р 1001 (коллекция отдела физиологии литотрофных микроорганизмов Института микробиологии

AH СССР) для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан.

Синтрофная термофильная метанооб раэующая ассоциация получена путем автоселекции в длительном непрерывном процессе при 54-56 C рН среды

7,0-7,6, разрежении 50-90 кгс/м и

5 суточной загрузке метантенка 50Ъ из исходной спонтанной микрофлоры, находящейся в навозе крупного рогатого скота.

Селекцию активной метанообраэую- щей микрофлоры вели по скорости протока, характери зуемой величиной суточной загрузки метЮнтенка и скорости разложения органического вещества, характеризуемой количеством образовавшегося метана.

На первом этапе селекции накапливали плотную ассоциацию микроорганизмов, которые вызывают метановое сбраживание навоза в естественных условиях.

Плотность микробной популяции в период накопления определяли по скорости выделившегося биогаза, количеству разложившегося органического вещества и степени увеличения количества клеток микроорганизмов по сравнению с исходным навозом.

В момент максимального количества выделения биогаэа начата автоселекция в непрерывных условиях при заданных рН и температуре. Непрерывный процесс начали с загрузки аппарата

10Ъ/сут, загрузку постепенно увеличивали до 40-50Ъ/сут.

В процессе селекции иэ метантенка

ga каждом новом режиме отбиралась проба сброженной навозной жижи, в которой изучался состав микрофлоры и определялась ее активность по приз. накам скорости разложения органического вещества и образования метана по сравнению с исходной спонтанной миг рофлорой навоза.

Полученная синтрофная ассоциация микроорганизмов Sareina maxima, Sareina ventrieuii, Methanosareina

mazei, Methanobacterium thermoantotrophieum 9 1001 имеет следующие морфологическую и физиологическую характеристики.

Синтрофная ассоциация состоит иэ двух групп микроорганизмов: кис лотогенной группы, представленной бродящими бактериями Sa re i na max ima и Sareina ventrieuii, и метаногенной группы, представленной Methanosareina mazei u Methanobacterium

thermoantotrophicum.

Доминирующим метанообразующим микроорганизмом в синтрофной ассоциации является термофильная Methanosareiла mazei клетки которой представлены крупными одиночными кокками, иногда в парах. Форма и размеры их несколько варьируют, Встречаются кокки шаровидной формы, которые -внешне напоминают псевдококки и микроцисты. Клетки размножаются путем разрыва макроцисты, откуда выходят дочерние клетки-кокки разной формы и рамеров. Процентное содержание клеток.Меthanosarei—

na mazei в отобранной ассоциации в зависимости от условий культивироб5 вания составляет 50-60Ъ.

1049537

Та блица 1

Лоза су:точной загрузки, Ъ (л) Расчетный распад ор-. ганического вещества, Ъ

Съем биогаэа с реактора в сутки, л/л

Фактический распад органического вещества, Ъ

25 (7,5)

27с5 (8 25)

30,0 (9с 0) 30

4,2

29,5 4,54

29с7 4,98

3Î

32, 5 (9с 75)

35,0 (10 с5) 30

29,8

5,53

29,4

5,76

37,5 (11 с 25)

40,0 (12,0) 30

29,8

29,8

6,25

6,67

42с5 (12,75)

45сО (13с5) 30

29,9

7,11

7 56

30,0

47,6(14,25)

50 0 (15,О) 30

29,4

29,0

7,82

8,12

30. 52с5(15,75) 30

27,0

7,93

Параллельно в аналогичных условиях велся процесс метанового сбра45 живания исходного субстрата беэ использования закваски. Результаты представлены в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Съем биогаэа с реактора в сутки, л/л

Фактический распад органического вещества, Ъ

Расчетный распад органического вещества,Ъ

Доза суточной загрузки, Ъ (л) 4

0,81

0,83

29,0

29,6 бО 5 (1,5)

5(1,5)

5(1,5) 30

ЭО 0,84

30,0

65 . 7,6(2,26) 30

29,5

1,23

Клетки He thanobac te r i um thermoantotrophicum представлены палоч- ковидной формой, которые размножаются бинарнЫм делением, образуя перетяжку,и составляет 5-10Ъ ассоциации.

Кроме этого микроорганизма присутствует Sareina maxiп1а„ клетки которой представлены пакетами сарцин, деление которых происходит в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Процентное содержание Sareina

maxima в отобранной ассоциации составляет 25-30Ъ.

Встречаются также пакеты сарцин

Sareina ventriculi, у которых деление происходит более беспорядочно, со- 15 держание клеток которой в ассоциации составляет 10-20Ъ °

Отношение к кислороду — анаэробы.

Оптимальная температура культивирования на отходах сельского хоэяй ства или минеральной среде с экзогенными субстратами (ацетат, метанол, метиламин, смесь водорода с углекислотой) — 53-55 С, хорошо рас0 тет при 50-56 С. .Оптимальная величина рН среды

7, 2-7, б, растет при рН среды б, б- б, 2 .

Синтрофная термофинальная ассоциация микроорганизмов характеризуется способностью осуществлять разложение навоза крупного рогатого скота (КРС), а также растительных остатков до водорода, углекислоты и метана, используя углеводы, ацетат, метанол метиламин, смесь водорода и углекислоты (продукты метаболизма микроорганизмов кислотоген- ной Фазы) для образования метана.

Выделенная ассоциация в лабораторных условиях хорошо ðàñтет на минеральной среде Пфеннига следующего состава, г/л дистиллированной воды . NH@C

0,33; КНгРОф Ос33 MPClg x 2HzO

0,33; CaCtg 0,33; КС1 0,33; NaHCOq

2; NagS 0,5. Среда содержит также

5 мл 1Ъ-ного раствора резаэурина и

1 мп микроэлементов Липперта. Субстратами служат нативный навоз (ЗОЪ), целлюлоза (0,5-10Ъ), метанол (0,25Ъ), водород — углекислотная 50 смесь (80Ъ Нс.20Ъ СО ). Пересевы ведут ся под током СО или NZ .

Пример. Сбраживание проводилось в метантенке объемом 30 л.

В качестве исходного субстрата использовались предварительно измельченный навоз КРС, а также измельченные отходы тепличного хозяйства (стебли и листья помидоров, огурцов, кукурузы, баклажанов и др.) .

Процесс сбраживания велся отъемноприточным методом с одноразовой и дробной подачей исходного субстрата с одновременным перемешиванием.

Температура в метантенке колебалась от 52 до 56 С, рН вЂ” от 7,2 до 7,8.

Засевной микрофлорой служила закваска, отобранная в процессе селекции спонтанной микрофлоры навоза

КРС.

Результаты переработки исходного субстрата с помощью синтрофной ассоциации микроорганизмов представлены в табл. 1.

1049537

Продолжение табл. 2

Таким образом, применение синтрофной ассоциации микроорганизмов Sa re ina maxima, Sareina ventrieu! i, Methanosare i na maze i, Me thanobacte ri um

thermoantotrophicum Р 1001 позволяет ускорить процесс сбраживания отходов сельского хозяйства, и довести суточную загрузку метантенка до 40-45% и, соответственно, увеличить его производительность в 3-4 ра1 з а по сравнению со спонтанным сбраживанием, При этом съем биогаза с

1 л реактора в сутки достигает 7,07,.5 л при содержании в нем метана

59-72Ъ, а распад органического веще}5 ства в 1 л загружаемого навоза составит 16-18 5 г/сут.

Г» з

10,0(3,.0) 30

12,5(3,75) 30

15 0(4 5) 30

17,5(5,25} 30

20,0(6,0} 30

28,2

25 2

21,0

22,5(6,?5) 30

2,01

Заказ 8360/27 Тираж 523 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауыская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Романова

Редактор Г. Безвершенко Техред N.Tenep Корректор О.Тигор