Способ метанового сбраживания навоза

( 5 1 ) 4 С 0 2 Г 1 1 /О 4 , С 1 2 Р 5 /02 , 2 Н 1 20 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1ВО .ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯц3К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ЦЩ 01 ЕаА(71) Всесоюзный научно-исследовательский институт комплексных проблем машиностроения для животноводства и кормопроизводства и Институт микробиологии АН СССР(72) Р.А. Мельник, А.Н. Ножовникова, И.И, Евдокименко и Т.Г. Ягодина (53) 631,862:547.211(088.8) (56) Листов П.И., Прищеп Л.Г. Эффективное использование навоза в сельском хозяйстве. - Механизация и электрификация социалистического сельского хозяйства, 1976, Р 1, с. 21.Авторское свидетельство СССР 9 1049537, кл. С 12 М 1/00, 1982.(54) (57) СПОСОБ МЕТАНОВОГО СБРАЖИВАНИЯ НАВОЗА, включающий его аназробную микробиологическую переработку с предварительным измельчением и добавлением синтрофной ассоциации микроорганизмов, перемешиванием и отводом газообразных продуктов метаболизма, о т.л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью интенсификации способа, на стадии метаногенеза в сбраживаемый навоз дополнительно вносится метаногенная ацетатпотребляющая ассоциация микроорганизмов МеТЬапогх ТЬегшоасе 1 о-рЬ 111 а, Меапозагспа шаге УСА. в количестве 107 от объема сбраживаф емой массы.12473Изобретение относится к сельскому хозяйству, к способам переработки органических отходов, в частности навоза крупного рогатого скота и растительных отходов тепличного хозяйства, 5 с целью получения биогаза и органоминералЬных удобрений.Цель изобретения -интенсификация способа путем повышения скорости . сбраживания, выхода биогаэа и содер жания в нем метана.Сущность изобретения заключается в следующем.При сбраживании навоза около .707 метана образуется из ацетата. 5Однако ацетат является медленно усвояемым субстратом, единственным предшественником метана, который накапливается и обнаруживается в метантенках в свободном состоянии, что го ворит о недостаточном количестве в метановой микрофлоре ацетатиспользующих бактерий или о недостаточном уровне их активности,Используемая,в способе метанового сбраживания ацетатпотребляющая ассоциация метановых бактерий является термофильной и температурный оптимум ее развития совпадает. с оптимумом термофильного процесса сбраживания З 0 навоза. Ассоциация является устойчивой, пересевается на минеральной среде, что позволяет наращивать ее в виде чистого засевного материала и представляет возможность вести микро биологический контроль за ее развитием. Внесение в процесс сбраживанияацетатиспользующей ассоциации бактерий обеспечивает использование ацетата в среде в широком диапазоне его. 40 ,концентраций.Метаногенная ацетатпотребляющая ассоциация микроорганизмов МегЬапойг 1 х гЬегшоасегорЬ 111 а, МесЬапозагс 1- па шаге депонирована в коллекции 45отдела физиологии литотрофных микроорганизмов Института микробиологии . АН СССР под 9 СА.Термофильная метаногенная ацетатпотребляющая ассоциация МегЬапоггдх 50йЬегшоасегорЬд 11 а, МегЬапозагсхпашахе 1 У САполучена путем отборапри последовательных пересевах наэлективной жидкой минеральной средеПфеннига в .пробирках при температу ре 54-56 С, рН среды 7,2-7,8, с последующей очисткой методом разведенийй .й выделением колоний на агаризован1247354 Рабочийобъем Расчетный Доза суточнойзагрузки,Х (л) распадорганического вещества, Х реактора, л 25(7,5) 27,5(8,25) 30 30 30,0 4,2 30 30 29,5 4,5 30(9,0) 30 35(10,5) 30 37,5(11,25) 30 40,0(12,0) 30 30 30,0 5,0 29,4 30 5,76 30 30,0 6,3 30 29,9 6,7 в качестве субстрата. Добавление витаминов и небольшого количества навозного экстракта стимулирует рост и образование метана. Метан образуется из ацетата в эквимолярных коли/ чествах. Водород не используют. Пенициллин подавляет развитие культуры. Процентное содержание клеток МегЬапоггхх ЬегшоасегорЬ 11 а в отобранной ассоциации 50-703. 1 О Клетки ацетатпотребляющей МейЬапозагсЫа шакер представлены крупными кокками, величина которых зависит от степени агрегации. Часто встреча ются шаровидные агрегаты из коксов заключенные в общую оболочку. Клетки размножаются путем деления, образуя перегородку. Процентное содержание клеток МеЬапозагспа шакер в отоб О ранкой ассоциации составляет 30-507 Отношение к кислороду - строгие анаэробы. Оптимальная температура культиви рования на отходах сельского хозяйства или минеральной среде с ацетатом 50-52 С, хорошо растет при 45-55 фС.Оптимальная величина рН среды 7,2- 7,8, растет при рН среды 6,6-8,2.Метаногенная термофильная ацетатпотребляющая ассоциация микроорганизмов характеризуется способностью использовать ацетат (промежуточный продукт метаболизма) в процессе ана 35 эробного разложения навоза крупногорогатого скота с образованием угле. кислоты (СО) и метана (СН) . фВыделенная ассоциация микроорганизмов в лабораторных условиях хорошо растет на минеральной среде Пфен" нига следующего состава, г/л дистил-; лированной воды: ИНС 1, КНРО, МЕСЬ х 2 Н О, СаС 1, КС 1 по 0,33; ХаНСОэ 2;Ма Я 0,5; 5 мл раствора резазурина 1%-ного; 1 мл микроэлементов Липперта. Органическим источником углерода и эйергии ацетат (0,2-0,5 Х). Пересевы ведутся под током СО или И2П р и м е р 1. Сбразивание навоза проводили в метантенке объемом 30 л, ежедневно увеличивая дозу загрузки на 2,57. Качество загружаемого навоза соответствовало основным требованиям. Влажность нативного навоза 903, сухое вещество 107. Содержание органического вещества поддерживали на уровне 8 Ж. Процесс сбраживания вели отъемно-приточным методом с одноразовой и дробной подаче исходного субстрата с периодическим пере мешиванием (4 раза в час по 3 мин) .В метантенке к исходному навозу добавляли синтрофную ассоциацию мак роорганизмов.На стадии метаногенеза через 12- 16 ч от начала опыта вносили ацетатпотребляющую ассоциацию микроорганизмов МегЬапоггдх гйегшоасегорЬ 111 а, Мегаповагспа шаге 9 САв количестве 103 от объема сбраживаемой массы.Результаты сбраживания навоза с использованием синтрофной и ацетатпотребляющей ассоциации приведены в табл. 1.Таблица 1 Фактический Съем биогаэа распад орга- с литра реакнического тора в сутки, вещества, Х л/л.8,0 30 29,0 8,4 30 27,0 8,8 30 25,0 9,2 Таблица 2 Расчетный Рабочийобъем Доза .суточнойзагрузки,Ж (л) распад органическоговещества, Ж с литра реактора в сутки, л/л распадорганического вещества, 7 реактора, .л 30 25(7,5) 29,6 30 3,8 30 27,5(8,25).30 29,0 4,1 29,2 4,6 30 28,8 ЗО 5,0 30 29,0 30 29,1 5,8 30 29,3 6,4 7,0 29,5 30 30 28,8 27,2 30 6,22 30 50,0(15,0). 30 25,4 6,12 Для сравнения в аналогичных условиях проводили сбраживание измельченного навоза с внесением только синтрофной метаногенной ассоциации, 1 30 30,0(9,0)30 32,5(9,75)зо з 5,о(1 о,5)ЗО 37,5(11,25)30 40,0(12,0)30 42,5(12,75)30 45,0(13,5)30 47,5(14,25) П р и м е р 2. При недостатке ацетатпотребляющих бактерий часто в среде накапливается ацетат и рН снижается, в результате чего процесс ухудшается или полностью останавливаРезультаты сбраживания навоза с использованием синтрофной метаногенной ассоциации приведены. в табл.2,Фактический Съем биогаза ется . При этом режим в метантенке нарушается и необходим ,длительный период . для нормализации мета новой микрофлоры и самого процесса.1247354 Составитель ВРомановаТехред Э.ЧижмарКорректор А.Обручар Редактор Н. Киштулинец Заказ 4073/23 Тираж 864 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5ПодписноееПроизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Поэтому необходимо выяснить оптимальную дозу, вносимую в процесс сбраживания ацетатпотребляющей ассоциации. 5Опыт по определению оптимальной, дозы внесения ацетатпотребляющей ассоциации в процесс метанового сбражи-, вания для поддержания максимальной скорости метаногенеза проводили в ме О тантенке объемом 3 л (рабочий объем 2,4 л), условия опыта, как и в при. мере 1.Вариант 1. В сбраживаемый навоз . вносили 107 к объему суспензии синт рофной и 57 ацетатпотребляющей ассоциации микроорганизмов.Вариант 2. В сбраживаемый насос вносили 107 к объему суспензии синтрофной и 7,5% ацетатпотребляющей ассоциаций.Вариант 3. В сбраживаемый навоз вносили 107 к объему суспензии синтрофной и 107. ацетатпотребляющей ассоциаций, 25Вариант 4. В сбраживаемый навоз вносили 10% к объему суспензии синтрофной и 12,57 ацетатпотребляющей ас-, социаций.Вариант 5. В сбраживаемый навоз 30 вносили 107 к объему суспензии синтрофной и 15% ацетатпотребляющей мета-. нргенных ассоциаций микроорганизмов.Результаты опыта показали, что на.иболее оптимальным соотношением двух вносимых в процесс метаногенных ассоциаций микроорганизмов является 10% к полезному объему метантенка.Химический анализ сброженного навоза в метантенке показал, что в варианте только с синтрофной ассоциацией постоянно обнаруживаетсяприсутствие ацетата, содержание его достигает50 х 10моль/л, а при внесении смесисинтрофной и ацетатпотребляющей ассо циаций в соотношении 1:1 (10%:10%)скорость метаногенеза значительно увеличивается и в сброженной массе обнаруживаются только следы ацетата.Внесение в процесс 5 или 7,5% суспензии ацетатпотребляющих бактериЦ не обеспечивает полного потребления ацетата иэ среды,. а при внесении 12,5 или 157, повидимому, нарушается соотношение различных по физиологическим и биохимическим свойствам групп микроорганизмов и процесс ухудшается, Значительно удлиняется лагфаза, суточная загрузка не превышает 40% и при увеличении загрузки выход биогаза снижается.Опыты, проведенные с постоянным внесением 107 к объему суспензии ацетатпотребляющей ассоциации и с различной концентрацией клеток синтрофной ассоциации (вносили 5; 7,5; 10, 2,5; 15%), показали аналогичную зависимость.В результате проведенных исследований экспериментально выявлено, что оптимальной дозой засевной метансгенной микрофлоры, вноСимой в метантенк, является по 107 как синтрофной, так и ацетатпотребляющей ассоциаций.Внесение в сбраживаемый навоз ацетатпотребляющих микроорганизмов в сочетании с синтрофной метаногенной ассоциацией увеличивает выход биогаза в 1,5 раза по сравнению с результатами, полученными при использовании только синтрофной ассоциации, при этом распад органического вещества в литре загружаемого навоза составил 23-27 г, съем биогаза 7,5-8,0 л с 1 л реактора в сутки по сравнению с 16- 18 г и 6,0-7,0 л соответственно.Применение метаногенных ацетатпотребляющих бактерий позволяет значительно ускорить процесс метанообразования и этим увеличить производительность действующих аппаратов и, уменьшить капитальные затраты на их изготовление и эксплуатацию.