Магистр АйтбаеваЗ.К.

Тараз мемлекеттік университеті,Казахстан

ҚАЛДЫҚТАРДЫ ЫДЫРАТУ КЕЗІНДЕ БИОГАЗ ӨНДІРУДІ ЖЫЛДАМДАТУ ҮШІН КАВИТАЦИЯЛЫҚ ТЕХНОЛОГИЯНЫ ҚОЛДАНУ, ӨНДІРІСТІК ҚАЛДЫҚТАРДЫҢ АНАЭРОБТЫ ЖАҒДАЙДА БИОГАЗҒА АЙНАЛУЫ

Анаэробты жағдайда әртүрлі бактериялар әсерімен органикалық заттардың биогазға айналуы микроорганизмдердің өмір сүруінің қалыпты жағдайында жүреді. Тәжірибе жүзінде кез келген метанға айналатын биологиялық ыдырайтын заттектердің анаэробты үрдісі өзара байланысты төрт сатыдан тұрады:

- күрделі органикалық заттардың (ақуыз, май, көмірсу) қарапайым еритін заттарға айналатын (мономерлер, амин қышкылы т.б.) ферментативті гидролиз сатысы;

- ұшқыш майлы қышқылдар, спирт, сутегі, көміркышқыл газы, аммиак, күкіртсутек т.б. қышқылдардың пайда болу (қышқыл генді) сатысы;

- ацетат анионына және сутегі катионына диссоцияланатын, май қышқылының (ацетогенез) сірке кышқылына айналу сатысы;

- көмір қышқыл газының сутекпен қалпына келу реакциясы нәтижесінде, сондай-ақ, сірке қышқылы мен ацетаттан метан пайда болатын метаногенді метаногенез) сатысы.

Анаэробты жағдайда жүретін биохимиялық үрдістерді төмендегі теңдеу түрінде жазуға болады (жоғарыда сипатталған заттектердің ашу сатыларына сәйкес):

(С₆Н₁₀О₅) п + Н₂0 + микроорганизмдер (1-1)

(С₆Н₁₂0₆) п + микроорганизмдер (1.2)

2n (С2Н50Н) + 2п (С02) + микроорганизмдер (1.3)

Қатты тұрмыстықт қалдықтар (ҚТҚ) деструкция үрдісінде келесі биохимиялық модель жүруі мүмкін:

nС_бН₁₀О₅> п С₆Н₁₂0₆>n С₂Н₅ОН >n биомасса >n С0₂(г) >n Н₄ (3.4)

Биохимиялық үрдістердің барлық көрсетілген кезеңі әртүрлі топтағы бактериялардың (микроорганизмдердің) қатысуымен іске асады. Алғашқы екі кезеңі Pseudomonas, Місгососсus, Сlostridium тобындағы ферментативті бактериялардың қатысуымен жүреді. Бұл бактериялар рН=6,5-7,6 оптимальды мәнінде тез өсетін анаэробтыларға (еркін оттегінің болмайтын жағдайында химиялық бірігулерінің жарылу энергиясының есебімен өмір сүретін организмдер) жатады.

Метандық ашу 4-70°С температурада жүреді, бұл кезде психрофилді (1=4- 25°С), мезофилді (1=30-30°С) және термофилді (1=50-75°С) ашу тәртібі орын алуы мүмкін. Метаногендердің қалыпты өмір сүруін қамтамасыз ету үшін келесі шарттар орындалуы тиіс: температура мен қысым тұрақты, қатаң анаэробты үрдіс, бейтарап немесе әлсіз сілтелі орта, жарықтың болмауы, массаның оңтайлы ылғалдылығы (60-70%), тиісінше сутегі мен азоттың, көміртегі мен азоттың (1:16 жэне 1:19) арақатынасы оңтайлы болуы керек [75].

Метан өндіретін бактериялар шикізаттың өзінде болады, олар бір аптадан үш аптаға дейін өсіп жетіледі, сол кезде газ шыгады. Бактериялар +5 тен +75°С аралығында белсенділік танытады және үш топка бөлінеді.

1. Психрофильді бактериялар +5...+20° диапазонында тиімді жұмыс.

2. Мезофильді бактериялар +30...+42° диапозонында жақсы дамиды.

Термофильді бактериялар +41...+68° температурада

Термофильдік бактериялар. Мұндай бактерияларды компост, бұзылған өсімдік қалдықтарымен, майлардан кездестіруге болады. Мұндай бактериялар термофильді целлюлозаға ыдырайтын саңырауқұлақтармен және актиномицеттермен бірігіп өз өсуіне жағдай жасайды. Температура 60-65 °С -қа көтерілгенде, саңырауқұлақ пен актиномицеттің физиологиялық белсенділігі кемиді және клеткалардың бұзылуын бактериялар жүзеге асырады.

Целлюлоза бактерияларының дамуын біріншіден газ түзілуден, содан соң жасуша бұзылуынан және сары-қызыл-сары пигмент пайда болады.

Морфологиялык целлюлоза бактериялары жіңішке, түзу немесе жайлап иілген жасуша ұштарында дөңгелектеу болып келеді. Таяқшалар тез кимылдайды, оралғандар түгел жасуша бетін жауып тұрады. Анаэробты целлюлоза бактерияларының зат алмасуынан шығатын өнімдер сутек, көмірқышқыл газ, этил спирті, глицерин, құмырсқа, сүт, янтарь, алма және фумарлы қышқылдар. Сондай-ақ ацетальдегид іздері - кейде май қышқылдары кездеседі. Бүл бактериялар целлюлозаны төмен молекулалы көмірсу, целлобиоз және глюкозаға ыдыратады. Целлюлоза гидролизі целлюлоза ферменті ортасында түзіледі. Термофильді метан бактериялары анаэробты целлюлоза бактериялары немесе сонымен бірге өседі. Бұл бактериялар жіңішке, түзу немесе жай иілген болып келеді. Өте үлкен температурада сульфаттар Desulfotomaculum nigrificans бактерияларымен жүзеге асады, олар ұштары дөңгелек, кейде сопақ және үрленген сияқты болып келеді. Таяқшалар сопақша, субтерминальды немесе терминальды.

Термофильді актиномицеттерді ерекшелелігін анықтау үшін әртүрлі торлар, әртүрлі әдістерді қолданған. Мұндай микроорганизмдерді крахмальды-аммиакты-сульфатты болады. Бұл мақсатты жүзеге асыру үшін ең жақсысы крахмалды- аммиакты - сульфат агары, онда термодфильді бактериялар ортасында өсуі әлсіз, ал керісінше термофильді актиномицеттер жақсы өседі, оған ең колайлы емпература 55-60 °С.

Кейбір термофильді актиномицеттер даму үрдісінде агардағы түс өзгереді, ақ түстен сары түске дейін, қоңыр-жасыл, қоңыр тіпті кызыл немесе кара түске дейін. Термофильді сәулелі саңырауқұлактың көптеген өкілеттері еритін пигмент құрайды, олар ортаға еніп, оны ашық түске бояйды.

Актиномицет саңырауқұлақтарының кейбір ғалымдардың нәтижесінде, нәзік спораларының нәзік құрылымын қатарында кейбір термофильді тгиномицеттер спора құратынын және оның құрылымы жағынан Місгоmonospora бактериясына жақын екендігі көрінді. Термофильді микроорганизмдердің зат алмасуы мезофильдіге қарағанда интенсивті жүреді. Ол туралы термофильдің өте жоғары ферментативті белсенділігі туралы спериментальды мәліметтер растайды және термофильді организмдерде кейбір ферменттердің санының өте үлкен екендігін көрсетеді. Термофильді гиномицеттердің биохимиялық ерекшеліктерін түсіндіру мақсатында көптеген зерттеушілер термофильді және мезофильді түрлердің нуклеотид құрамын зерттеді.

Зерттеу нәтижелерінде термофильді актиномицет ДНК құрамында мезофильді штаммаларға карағанда ГЦ (гуанин + цитозин) едәуір аз болатындығы көрінді. Бұл сұрақ ары қарай зерттеуді талап етеді. Жоғары температурада (55-57°С) өскен актиномицет биомассасында бос нуклеотидтер 2 есе жоғары, ал нуклеин қышқылдарының саны төмен түседі. Нуклеотидтер мезофильді микроорганизмдерге қарағанда термофилділерде алмасуда едәуір орын алады. Асtinomyces тобының термофильді штаммалары фагтарға сезімтал еместігі туралы мәліметтер бар.

Биогаздың сандық мөлшері және оның құрамы органикалық заттардың екенін компоненттерін анықтайды: көмірсу, ақуыз, және майлар, олар ылғал мен бактериялардың өзара әсерлесуінде ашу реакциясының стехеометриялық өңдеулері алынады.

Сәулелі термофильдік саңырауқұлақтар. Термофильді сәулелі ұсақ саңырауқұлақттарға жоғары температурада өсіп-жетуіне кабілетті әр түрлі жүйелі топтардағы актиномицеттер жатады (50—60°С).термофильді актиномпцеттердің вегетативті және споратасушы мицелидің схемалык бейнеленуі көрсетілген.

Олардың арасында 60—70 °С температурады өсетін актинолицеттер кездеседі. Сәулелі саңырауқұлақтар кәдімгі температурада дамиды (25 — 30, 50 ⁰С жоғарыда өспейді).

40-60°С-та дамитын актиномицеттер Місгоmonospora тобында жиікездеседі. Бұрын термофильдік белгісі жоғары температурада өсетін актиномицет деп аталатын топты бейнелеген