Синтрофная ассоциация микроорганизмов @ @ @ @ @ @ @ @ @ 1001 для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан Советский патент 1983 года по МПК C12N1/00 

4;::

со

ел

со

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

Известно анаэробное сбраживание органических отходов сельского хозяйства, преимущественно навоза, с помощью нативной микрофлоры навоза. При этом достигаемая вели,чина загру ки составляет 5-12%/сут к рабочему объему метантенка. и выход биогаза до 1,7 л/л реактора в сутки. Процес сбраживания длится в течение 24 28 сут и больше Щ .

Недостатками спонтанного сбражив НИН навоза являются длительный выход метантенка на рабочий режим изза больших затрат времени на накопление рабочей популяции мик- роорганизмов и низкий выход биогаза и.з рабочего реактора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является анаэробное сбраживание осадка сточных вод с помощью сапрофитного штамма Bacillus endorhythuos, который в симбиозе с метаногенными микроорганизмами повышает образование биогаза до 1, 9 л/ел реактора при влажности сбраживаемой массы 90-92%. При этом время сбраживания органического вещества составляет 24 сут и выше 12 .

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

Цель изобретения - метанообразующая ассоциация микроорганизмов, пзволяющая интенсифицировать процесс микробиологической переработки отходов сельского хозяйства путем повышения скорости сбраживания, выхода биогаза и увеличения содержания метана в- нем.

Поставленная цель достигается использованием синтрофной ассоциации микроорганизмов Sareina maxima, Sareina ventrieuli. Methanosareiпа mazei. Methanobaсteriurn thermoantotrophicuffl № 1001 (коллекция отдела физиологии литотрофных микроорганизмов Институ;Та микробиологии АН СССР) для переработки органических отходов сельского хозяйства в метан.

Синтрофная термофильная метанооб разующая ассоциация получена путем автоселекции в длительном непрерывном процессе при 54-5б -С, рН среды 7,0-7,6, разрежении 50-90 кгс/м и суточной загрузке метантенка 50% из исходной спонтанной микрофлоры, находящейся в навозе крупного рогатого скота.

Селекцию активной метанообразующей микрофлоры вели по скорости протока, характеризуемой величиной суточной загрузки метйнтенка 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 биогаза начата автоселекция в непрерывных условиях при заданных рН и температуре. Непрерывный процесс начали с загруз-ки аппарата 10%/сут, загрузку постепенно увеличивали до 40-50%/сут.

В процессе селекции из метантенка ла каждом новом режиме отбиралась проба сброженной навознОй жижи, в которой изучался состав микрофлоры и определялась ее активность по признакам скорости разложения органического вещества и образования метана по сравнению с исходной спонтанной ми1 рофлоро навоза.

Полученная синтрофная ассоциация микроорганизмов Sareina maxima, Sareina ventrieuli. Methanosareiпа mazei. Methanobacterium thermoantotrophieum № 1001 имеет следующие морфологическую и физиологическую характеристики..

Синтрофная ассоциация состоит из вух групп микроорганизмов: кисотогенной группы, представленной родящими бактериями Sareina maxima Sareina ventrieuli, и метаногенной группы, представленной Methanosareina mazei и Methanobacteгium thermoantotrophicum.

Доминирующим метанообразующим микроорганизмом в синтрофной ассоциации является термофильная Methanosareina 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 Methanosareiпа mazei в отобранной ассоциации в зависимости от условий культивиро5 вания составляет 50-60%. Клетки Methanobacteгiurn thermoantotrophicum представлены палочковидной формой, которые размножаются бинарны. делением,образуя перетяжку, и составляет 5-10% ассоциации. . Кроме этого микроорганизма присутствуе.т Sareina maxima, клетки ко торой представлены пакетами сарцин, деление которых происходит в двух взаимно-перпендикулярных направлениях. Процентное содержание Sareina maxima в отобранной ассоциации составляет 25-30%. Встречаются также пакеты сарцин S а re i па vent г i cu 11 ,у которых делени происходит более беспорядочно, содержание клеток которой в ассоциации составляет 10-20%, Отношение к кислороду - анаэробы Оптимальная температура культивирования на отходах сельского хозя ства или минеральной среде с экзогенными субстратами (ацетат, метанол, метиламин, смесь водорода с углекислотой) - 53-55°С, хорошо рас тет при 50-56 0. . .Оптимальная величина рН .среды .. 7, 2-7, б,растет при рН среды б ,6-6 ,2. Синтр.офная 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 кислотогенной фазы) для образования метана. Выделенная ассоциация в лабораторных условиях хорошо paqтет на минергшьной среде Пфеннига следующего состава, г/л дистиллированной воды: NH4C 0,33; КН2Р04 0,33; 2Н20 0,33; CaCl КС1 0,33; NaHCO 2; Na2S 0,5. Среда содержит также 5 мл 1%-ного раствора резазурина и 1 мл микроэлементов Липперта. Субстратами служат нативный навоз (30%), целлюлоза (0,5-10%), метанол (0,25%), водород - углекислотная смесь (80% Н2:20% СО). Пересевы вед |СЯ под током СО или N5. Пример. Сбраживание проводи лось в метантенке объемом 30 л. В качестве исходного субстрата использовались предварительно измельченный навоз КРС, а также измельчен ные отходы тепличного хозяйства (стебли и листья помидоров, огурцов, кукурузы, баклажанов и др.) . Проц-есс сбраживания велся .отъемноприточным методом с одноразовой и дробной подачей исходного субстрата с одновременным перемешиванием. Температура в метантенке колебалась от 52 до 5б°С, рН - от 7,2 до 7,8.

Продолжение табл. 2

Таким образом, применение синтрофной ассоциации микроорганизмов Sareiпа maxima, Sareina ventrieuli, Methanosareina mazei, Methanobacteгiurn thermoantotrophicum № 1001 позволяет ускорить процесс сбраживания отходов сельского хозяйства, и довести суточную загрузку метантекка до 40-45% и, соответственно, увеличить его производительность в 3-4 раза 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 59-72%, а распад органического вещества Б 1 л загружаемого навоза составит 16-18,5 г/суто

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.