Биотехнология. принципы и применение - Бич Г.
ISBN 5-03-000058-5
Скачать (прямая ссылка):
быть направлены на изучение этапов, лимитирующих скорость процесса. На
первом из них происходит гидролиз целлюлозы и крахмала с образованием
растворимых органических кислот и спирта. Вторым лимитирующим этапом
может быть образование метана из этих жирных кислот с короткой цепью.
Моделирование процесса разложения осложняется тем, что трудно сказать,
какие микроорганизмы доминируют на том или ином этапе, и установить,
какие именно этапы лимитируют скорость процесса. Возможно, в условиях
реактора лимитирующими окажутся другие стадии. Крайне важно определить
количество образуемых микроорганизмами газов, особенно водорода, уг-
Окружающая среда и биотехнология
261
Г аз
Выход
Углекислый газ
Вход жидкости Выход жидкости
Радиальная опорная балка Емкость из полимерной пленки Изолирующая панель
Стальная сетка Арматура
Бетонный кольцевой Фундамент
Изолирующая пленка
Теплообменник
Рис. 6.7. Три типа установок, использующихся при очистке сточных вод
пищевой промышленности. А. Анаэробный фильтр. Б. Упрощенная схема
установки, в которой используется перемешивание с помощью винтового
насоса и вытяжной трубы. Образование пены контролируется диспергированием
содержимого реактора над поверхностью. В. Высокоскоростной реактор
Коулзэрда.
лекислого газа и сероводорода, который ингибирует активность
метанобразующих бактерий. Недавно было проведено исследование анаэробного
превращения ряда субстратов культурами известных микроорганизмов. Это
очень сложный процесс; из
262
Глава 6
природных систем было выделено много новых участвующих в нем типов
бактерий.
Промышленное применение систем анаэробного разложения неуклонно
возрастает; они используются при переработке отходов животноводческих
ферм и промышленных, в том числе пищевых, отходов, а также для
переработки культур, специально выращиваемых для получения энергии. На
рис. 6.7, 6.8 и 6.9
Анаэробный реактор с перегородками (дефлекторами)
Реактор со слоем ила и потоком, направленым вверх
Рис. 6.8. Типы реакторов для переработки отходов животноводческих ферм
(А) и различных стоков (Б).
схематически представлены некоторые из имеющихся в продаже установок.
Конструкция реакторов была существенно усовершенствована, что увеличило
их эффективность на 300%.Многие новые модели еще не вышли из стен
лабораторий или находятся на стадии производственных испытаний, однако
некоторые
Окружающая среда и биотехнология
263
полномасштабные системы уже работают и имеются в продаже.
Получение энергии из отходов представляет несомненный интерес для
развивающихся стран, поскольку эту энергию можно извлекать и из природных
продуктов. Сотрудничество между развитыми и развивающимися странами
постоянно возрастает. В развивающихся странах созданы учерждения для
А
Сточные воды протекают только через седиментационные камеры
Б
Предохранительный
Реактор поршневого типа
Рис. 6.9. Анаэробное разложение ила, образовавшегося в сточных водах (А),
и отходов животноводческих ферм (Б).
практического использования технологий, разработанных главным образом в
Европе и Америке. Некоторые развивающиеся страны ведут самостоятельные
исследования в этой сфере и сегодня лидируют в области фундаментальных
разработок по возобновляемым источникам энергии.
264
Глава 6
6.3. Биологический контроль
за системами микробиологической переработки отходов
Основным условием применения биологической переработки сточных вод
является постоянный контроль за возможным токсическим действием на
установку со стороны поступающих стоков, с тем чтобы предотвратить
серьезные повреждения системы или даже выход ее из строя. При
эксплуатации установок по переработке отходов и промышленных сточных вод
важно следить за тем, чтобы не возникали перегрузки. Обычные методы
проведения анализов (например, измерение потребности в кислороде или
определение pH) часто и недостаточно быстры, и малочувствительны. Однако
в метаболической активности микроорганизмов существуют ключевые моменты,
анализ которых дает возможность улавливать малейшие изменения в их
состоянии. Например, благодаря внутриклеточному контролю метаболизма
содержание АТР в популяции микроорганизмов сохраняется на относительно
постоянном уровне, около 2 мкг на 1 мг сухой массы клеток. Изменения
доступности субстрата или введение токсических веществ быстро сказываются
на концентрации АТР внутри клеток. Мгновенная гибель клеток ведет к
полной потере АТР за счет автолиза. Время оборота для АТР обычно не
превышает 1 с.
Следовательно, о состоянии популяции (наступление стресса или периода
покоя) можно судить по изменению уровня внутриклеточного АТР. Измерение
концентрации АТР в активном иле нормально функционирующей системы
позволяет определить "активную биомассу" данной системы. В процессе
производства клеткой энергии участвует кислород, и при его недостатке
отношение между его поступлением и потребностью в нем отразится на уровне
АТР (рис. 6.10).
По технологии, основанной на применении активного ила, большая его часть
