СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА Советский патент 1995 года по МПК E21B43/295 C12N1/20 C10L1/32 C05F11/08 

Изобретение относится к переработке углеродсодержащего материала, в частности получения из него гумусосодержащего продукта, и может быть использовано в сельском хозяйстве, микробиологической, химической и угольной промышленности.

Целью заявляемого способа является сокращение времени переработки углеродсодержащего материала и упрощение процесса.

Поставленная цель достигается тем, что в способе переработки углеродсодержащего материала путем воздействия на него микроорганизмами в водном растворе в аэробных условиях при температуре 20-35^оС и перемешивании, углеродсодержащий материал обрабатывают смесью бактерий, состоящей из штаммов Acinetobacter calcoaceticus ВКПМВ-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМВ-4884, Pseudomonas sp. "longa" ВКПМВ-4885, взятых в количестве (6-8) ˙ 10⁹ (3-4) ˙ 10⁹ и (2-3) ˙ 10⁹ клеток на литр раствора соответственно, в присутствии источника растворимого фосфора и процесс ведут в нестерильных условиях.

В качестве источника растворимого фосфора используют КН₂РО₄ в количестве 0,1-0,5 г/л или фосфоритовую муку твердо в количестве 1-10 г/л, процесс ведут при соотношении твердого компонента в жидкой фазе 1:4. С целью расширения сырьевой базы в качестве углеродсодержащего материала используют каменные и окисленные бурые углы, отходы их переработки и торф.

Для осуществления способа необходимо создать указанным бактериям благоприятные условия для их активной жизнедеятельности, соответствующие оптимальной температуре, аэробности и содержанию в среде всех необходимых питательных элементов. Исходя из этого, как показали проведенные эксперименты, необходимыми условиями для активной жизнедеятельности упомянутых бактерий являются: присутствие воздуха (бактерии являются аэробными); повышенная температура, углеродсодержащая питательная среда должна содержать доступный бактериям фосфор.

В перерабатываемом углеродсодержащем материале (угли бурые, каменные) соединения фосфора отсутствуют. Этим обусловлена необходимость внесения в питательную среду, содержащую уголь, фосфорной добавки. При переработке торфа фосфорная добавка не нужна в связи с присутствием в торце соединений фосфора в достаточном количестве для жизнедеятельности бактерий.

П р и м е р. Способ осуществляют следующим образом.

Измельченный углеродсодержащий материал (каменный, окисленный бурый угли, отходы их переработки, торф) с диаметром частиц не более 5 мм заливают водопроводной водой, и, в случае переработки угольного сырья, добавляют корректирующую по фосфору добавку в виде КН₂РО₄ из расчета 0,1-0,5 г/л либо фосфоритовую муку из расчета 1-10 г/л. Необходимость внесения в питательную среду, содержащую уголь, фосфора, являющегося необходимым питательным элементом для активной жизнедеятельности бактерий, обусловлено отсутствие его в углях в доступном для бактерий виде. Выбор концентрации и разновидности фосфорной добавки находится в прямой зависимости от степени окисленности угля. При переработке торфа фосфорная добавка не нужна в связи с наличием в торфе соединений фосфора в достаточном количестве, кроме того, торф может быть использован и как корректирующая по фосфору добавка при переработке угольного сырья.

При этом соотношение твердого компонента к жидкой фазе берут 1:4.

Приготовленную питательную среду инокулируют смесью бактерий, состоящую из штаммов Acinetobacter calcofaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, и Pseudomonas sp. "longa" ВКПМ В-4885, взятых в количестве (6-8) ˙ 10⁹ (3-4) ˙ 10⁹ и (2-3) ˙ 10⁹ клеток на литр раствора соответственно, которые получены путем длительной адаптации ассоциации микроорганизмов, окисляющих пшеничную солому, к другим углеродсодержащим материалам.

Штамм Acinetobacter calcoaceticus выращивают в течение 2 сут при 28^оС на питательном агаре следующего состава: Агар 2% Пептон 0,5% Ацетат натрия 0,5% Дрожжевой гидролизат 0,5% Дист. Н₂О остальное рН 7,0.

Штаммы Pseudomonas denitrificans, Pseudomonas sp. "longa" выращивают в течение 2 сут при 28^оС на питательном агаре следующего состава: Глюкоза 1% Дрожжевой гидролизат 0,5% К₂НРО₄ 0,1% (NH₄)₂HPO₄ 0,1% MgSO₄ 0,05% СaCl₂ 0,01% FeSO₄ и NaCl следы: Агар 2% Дистиллированная Н₂О остальное: рН 7,0.

С выращенных колоний микроорганизмов на питательном агаре проводят смыв дистиллированной водой сырой биомассы в сосуд для ферментации, предварительно определив количество клеток под микроскопом.

Инокулированную микроорганизмами смесь, содержащую углеродсодержащий материал с достаточным количеством фосфора в усвояемой микроорганизмами форме и воду, подвергают активному перемешиванию с подачей воздуха при помощи импеллера мешалки в количестве, обеспечивающем "пробулькивание", т.е. создают аэробные условия. Процесс ведут при температуре 20-35^оС. Через 35 часов активного перемешивания инокулированной смеси образуется гомогенная, устойчивая к расслоению суспензия темно-бурого цвета, что указывает на высокое содержание гуминовых кислот. Критерием окончания процесса является содержание водорастворимых соединений в полученном продукте. Достаточным считается содержание водорастворимых соединений не менее 34% Химический состав полученного продукта приведен в табл.1.

На основании экспериментальных данных (табл.2, 3, 4, 5) установлено, что оптимальными условиями процесса являются: количество бактерий Acinetobacter calcoaceticus (штамм N 10) ВКПМ В-4883 (6-8) ˙ 10⁹ клеток на литр, Pseudomonas denitrificans (штамм N 2) ВКПМ В-4884 (3-4) ˙ 10⁹ клеток на литр, Pseudomonas sp. "longa" (штамм N 57) ВКПМ В-4885 (2-3) ˙ 10⁹ клеток на литр, количество добавляемой КН₂РО₄ 0,1-0,5 г/г, фосфоритовой муки 1-10 г/л, соотношение твердый компонент:жидкая фаза 1:4, температура процесса 20-35^оС.

Экспериментально установлено, что 10-30 объем полученной суспензии можно использовать в качестве инокулята для последующего цикла переработки углеродсодержащего материала (табл.6).

Способ переработки углеросодержащего материала прост в техническом исполнении, дешев, экологически чист, безотходен, обеспечивает микробиологическую трансформацию труднорастворимых органических и минеральных компонентов перерабатываемого материала в растворимые формы, которые усваиваются высшими растениями и активизируют биохимические процессы в почве. Воздействие продукта переработки углеродсодержащего материала на урожай зеленой массы кукурузы приведено в табл.7.

Факт окисления углеродсодержащего материала до суспендированного состояния с протеканием различных биопревращений перерабатываемого материала расширяет область применения способа.

Использование: биотехнология, в частности микробиологическая переработка углесодержащих материалов, сельское хозяйство. Способ позволяет получить мелкодисперсный, не расслаивающийся на фракции при стоянии в течение 1 сут. суспендированный продукт с высоким содержанием в нем гуминовых кислот и водорастворимых фракций, которые хорошо усваиваются высшими растениями и активизируют биохимические процессы в почве. Окисление углеродосодержащего материала ведут смесью бактерий, полученных адаптацией ассоциации микроорганизмов окисляющих пшеничную солому, к перерабатываемому углеродсодержащему материалу. Процесс ведут в присутствии водного раствора, содержащего подвижный фосфор, при температуре 20 35°С, с перемешиванием смеси до получения стабильной неосаждающей суспензии, при соотношении твердого и жидкого компонентов 1 4 и аэрации. 3 з. п. ф-лы, 5 табл.

1. СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩЕГО МАТЕРИАЛА путем воздействия на него микроорганизмами в водном растворе в аэробных условиях при 20-35^oС и перемешивании, отличающийся тем, что, с целью сокращения времени переработки и упрощения процесса, углеродсодержащий материал обрабатывают смесью бактерий, состоящей из штаммов Acinetobacter calcoaceticus ВКПМ В-4883, Pseudomonas denitrificans ВКПМ В-4884, Pseudomonas sp."longa" ВКПМ В-4885, взятых в количестве (6-8) · 10⁹, (3-4) · 10⁹ и (2-3) · 10⁹ клеток на 1 л раствора соответственно, в присутствии источника растворимого фосфора, и процесс ведут в нестерильных условиях. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве источника растворимого фосфора используют KH₂PO₄ в количестве 0,1-5,0 г/л или фосфоритовую муку в количестве 1-10 г/л. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что процесс ведут при соотношении твердого компонента к жидкой фазе 1:4. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что, с целью расширения сырьевой базы, в качестве углеродсодержащего материала используют каменные и окисленные бурые угли, отходы их переработки и торф.