Герасименко В.Г., Герасименко М.О., Цвіліховський М.І. та ін. Біотехнологія

Подождите немного. Документ загружается.

рік. Тобто економія теплової енергії при виробництві етанолу

може сягати 40 %.

Особливістю метанового бродіння відходів спиртової про

мисловості є те, що приблизно 95 % органічних речовин, що роз

кладаються, трансформуються у біогаз і лише 4–5 % витрача

ються на енергетичні та синтетичні потреби бактерій. Тому

приріст біомаси бактерій порівняно невеликий, що спричинює

велику тривалість метанового зброджування відходів. Скоро

чення терміну зброджування досягається за рахунок: підвищен

ня концентрації біомаси бактерій шляхом її виділення і повер

нення в метантенк або іммобілізації бактерій на спеціальних

нерухомих носіях, або використання біореакторів з гранульова

ною біомасою.

Для утилізації відходів спиртових заводів УкрНДІспирт

біопрод (Кошель М. та ін., 2002) був запропонований біореак

тор (рис. 22.15), у верхній частині якого є пристрій (сепаратор

біомаси і біогазу), який запобігає винесенню біомаси з реактора

і сприяє її грануляції. Завдяки йому в біореакторі досягається

велика концентрація біомаси (до 60 г/дм

), що дає змогу скоро

тити тривалість метанового бродіння з 10–17 до 2 діб. На спир

товому заводі середньої потужності найбільш доцільно устано

вити чотири біореактори по 600 м

. Затрати на їх установку

окупляться протягом року за рахунок економії палива.

Розроблена також технологія утилізації відходів спиртзаво

дів, що переробляють зерно, отримуючи, крім біогазу і вітаміну

, сухий білковий корм (Кошель М. та ін., 2002). Згідно з цією

технологією за допомогою центрифуги виділяється дробина,

яку потім висушують на паровій сушарці. Фугат зброджується

метаноутворюючими бактеріями в анаеробному біореакторі з

одержанням біогазу. Вихід біогазу – 15 м

/ м

фугату.

Аеробне доочищення фугату, що пройшов анаеробне збро

джування, проводиться в біотенках (аеротенках) іммобілізова

ними на нерухомому носії мікроорганізмами. Волокнистий но

сій має велику питому поверхню (1 кг носія – 8–10 тис. м

площі), високу адгезійну здатність, завдяки чому на ньому зак

ріплюється значна кількість мікроорганізмів, що сприяє інтен

сифікації очищення. Крім того, носій є біологічно інертним і мо

же працювати без заміни багато років.

ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії

530

Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...

531

Рис. 22.15. Біореактор для зброджування відходів спиртових

заводів

(за Кошель М. та ін., 2002):

1 — корпус; 2 — сепаратор біомаси; 3 — трубопровід для біогазу;

4 — гідрозатвор; 5 — трубопровід для видалення надлишкового активного

мулу; 6 — колектор для подавання стічних вод

Контрольні питання

1. Який зміст термінів утилізація і біоконверсія?

2. Як впливають відходи тваринництва на навколишнє сере

довище?

3. Які методи утилізації гнойової біомаси?

4. Які методи утилізації гною належать до традиційних і

які біологічні системи та об’єкти використовуються при

цьому?

5. Використання гною як органічного добрива. Що є критері

єм при визначенні дози внесення гною у ґрунт?

6. Включення гною до раціонів сільськогосподарських тварин.

Проблеми цього методу?

7. Утилізація гною шляхом мінералізації органічних речовин

у ґрунті і водоймищах. Які біологічні системи і об’єкти при

цьому використовуються?

8. Особливості мінералізації органічних речовин гною в аеро

тенках і біологічних фільтрах.

9. Використання біологічних ставків і полів зрошення та

фільтрації для очищення стічних вод.

10. Недоліки традиційних методів утилізації. Яким вимогам не

задовольняють ці методи?

11. Біотехнологія одержання біогазу шляхом метанового анае

робного зброджування. Які проблеми при цьому вирішу

ються?

12. Які переваги має нетрадиційний метод утилізації гною

(метанове анаеробне зброджування) над традиційними ме

тодами?

13. Що таке енергетичний потенціал гною і чим він обумов

лений?

14. Що таке процес біометаногенезу і його етапи? Які продукти

утворюються на кожному етапі?

15. За участю яких біологічних об’єктів відбувається процес

біометаногенезу і в зв’язку з чим органічна речовина різно

ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії

532

го походження може бути вихідною сировиною для одер

жання біогазу?

16. Які фактори впливають на біометаногенез?

17. Яка оптимальна кількість сухої речовини має міститись у

субстраті і назвіть шляхи її оптимізації?

18. При яких температурних режимах можна отримувати біо

газ, їх переваги і недоліки?

19. Як впливає на вихід біогазу і його якість хімічний склад

субстрату, вид та вік тварин?

20. Які поживні елементи повинні обов’язково бути присутніми

у субстраті і назвіть їх співвідношення? Чим можна оптимі

зувати співвідношення елементів у виробничих умовах?

21. Яким оптимальним є рН середовища для проходження про

цесу біометаногенезу та для метанутворюючих організмів

кожного етапу? Які фази можна виділити в процесі метано

вого бродіння?

22. Які речовини можуть бути токсичними для метанутворю

ючих мікроорганізмів і назвіть шляхи усунення їх токсич

ності?

23. Що таке біогазові установки (БГУ), їх склад і розпов

сюдження у світі?

24. Які конструкційні особливості реакторів БГУ і які з них

мають найбільші переваги?

25. Які вимоги висуваються до реакторів БГУ?

26. Як класифікуються БГУ за принципом дії?

27. Які технікотехнологічні рівні БГУ можна виділити і що по

кладено в основу цього розподілу?

28. Чим характеризуються БГУ першого рівня і як їх можна

вдосконалити?

29. Чим забезпечується більш високий технікотехнологічний

рівень БГУ (другий, третій, четвертий)? Які БГУ належать

до цих рівнів?

30. Охарактеризуйте вітчизняну БГУ «Кобос1». Які її перева

ги над зарубіжними аналогами?

31. Які фракції одержують у процесі біометаногенезу та їх спів

відношення?

Розділ22.Біотехнолоії"тилізаціїібіоонверсіївідходіваропромисловоо...

533

32. З чого складається біогаз, чим визначається його кількість і

якість?

33. Аспекти використання біогазу. Скільки можна одержати з

1м

біогазу теплової та електричної енергії і замінити нею

енергію природних носіїв?

34. За якими параметрами визначається рентабельність біога

зового виробництва?

35. Що таке товарний біогаз і які фактори впливають на нього?

36. Яка залишкова продукція отримується після метанового

бродіння гнойової біомаси? Як відбувається її розділення?

37. Шлам, його склад та використання. Від чого залежить склад

шламу?

38. Рідка фракція гною, її склад та використання.

39. Які існують шляхи вдосконалення біогазового вироб

ництва?

40. Які відходи, крім тваринних і рослинних, є перспективни

ми для отримання біогазу, вітамінної і білкової кормових

добавок?

41. Стан біогазового виробництва в Україні.

42. Тенденції розвитку біогазового виробництва в Європі і

світі.

ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії

534

Розділ 23.

БІОТЕХНОЛОГІЯ УТИЛІЗАЦІЇ

ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ МЕТОДОМ

ВЕРМІКУЛЬТИВУВАННЯ

Ефективним і екологічно безпечним методом утилізації різ

них відходів (тваринництва, рослинництва, побутових і проми

слових) є метод вермікультивування, тобто використання до

щових черв’яків.

Метод вермікультивування дає можливість трансформува

ти різні відходи, які до цього були основними забруднювачами

навколишнього середовища, з одного боку, в повноцінний білок

тваринного походження, придатний для використання у годівлі

тварин та харчуванні людей (черв’ячна біомаса), а з іншого бо

ку — у зернисте гумусне добриво (біогумус). На компост за до

помогою дощових черв’яків переробляють навіть відходи, які

важко піддаються утилізації — відходи целюлозопаперової

промисловості.

Ідея використання дощових черв’яків для переробки гною й

інших органічних відходів з метою одержання цінного органіч

ного добрива і білкового корму не була новою. Ще в 1798 р. Гот

хард опублікував книгу «О разведении червей». Він рекоменду

вав згодовувати дощових черв’яків курам, від чого «…вони

ставали плідними і міцними».

Першими повідомленнями про корисність дощових

черв’яків слід вважати вислови Арістотеля, що черв’як є «світо

вим шлунком», а великий натураліст Ч. Дарвін, виступаючи по

над 150 років тому в Лондонському геологічному товаристві з

доповіддю, стверджував, що дощові черв’яки — це умілі хлібо

роби і в природних умовах відіграють роль «архітектора» родю

чого шару ґрунту. Однак перші спроби використання дощових

черв’яків відносяться до часів Стародавнього Єгипту. Переро

блений дощовими черв’яками намул річки Ніл використовував

ся для вирощування сільськогосподарських культур. Єгиптяни

обожнювали дощового черв’яка, вважали його священною тва

риною і забороняли вивозити із країни.

У 30ті роки ХХ століття американським фермером і ветери

нарним лікарем Барретом в Каліфорнії були розпочаті спроби

вирощування черв’яків промисловим способом у дерев’яних

ящиках та траншеях, а наприкінці 1940 р. були створені перші

господарства зі штучного розведення черв’яків, які використо

вувались як наживка для лову риби. А в 1959 р. був виведений

за допомогою методів селекції на основі гнойового і дощового

черв’яка культурний гібрид дощового черв’яка, який відрізняв

ся від природних форм у 10 разів більшою плодючістю і вчетве

ро більшою тривалістю життя. Гібрид більш технологічний, йо

го можна вирощувати у відкритих культиваторах типу городніх

грядок. Він має комерційну назву червоний каліфорнійський гі

брид.

У 1980 р. у США уже діяло понад 1500 великих спеціалізо

ваних господарств з переробки різних відходів методом вермі

культивування і на їх базі було організовано фірми, які прода

ють біогумус, черв’яків, консультують фермерів з питань

організації вермікомпостування відходів. Нині метод вермі

культивування набув широкого розповсюдження у багатьох

країнах світу — Китаї, Японії, Філіпінах, Австралії, на Кубі, у

Франції, Італії, Німеччині, Швейцарії та ін. Вермікомпостуван

ню піддаються різні відходи — рослинництва, тваринництва,

побутові та промислові, осади стічних вод; продукція життє

діяльності дощових черв’яків (черв’ячна біомаса і біогумус) для

окремих країн стала предметом комерції не тільки на внутріш

ньому ринку, але й для експорту.

Із країн Східної Європи першою почала займатись вермі

культивуванням у 1985 р. Угорщина, а в Україні — ІваноФран

ківська область, у якій при облсільгоспхімії був організований

кооператив «Плодородие», який займався вдосконаленням та

розповсюдженням біотехнології. Кооператив мав 8 філій у різ

них областях України.

У 1989 р. на базі кооперативу створено асоціацію «Біокон

версія», до якої зараз входять більше 250 різних організацій —

навчальні та науководослідні заклади, сільськогосподарські

організації, фермерські та індивідуальні господарства, зарубіж

ні фірми.

У Німеччині створено Об’єднання сприяння розвитку вер

мікультури, яке працює в тісному контакті з Міністерством охо

рони навколишнього середовища. Воно надає допомогу в прове

ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії

536

денні наукових досліджень з вермікультури, у вивченні придат

ності різних відходів для розведення черв’яків, сприяє розши

ренню сфери використання вермікомпосту. Вермікультивуван

ням у Німеччині займаються близько 70 господарств.

23.1. ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ Й БІОЛОГІЧНІ

ОСОБЛИВОСТІ ДОЩОВИХ ЧЕРВ’ЯКІВ

Дощові черв’яки належать до класу малощетинкових Оli

gocheta (Олігохета) типу кільчастих (Аннеліда) черв’яків. Біль

шість видів, розповсюджених на території колишнього Ра

дянського Союзу, є представниками родини Люмбрицид

(Lumbricidae), яка включає близько 180 видів черв’яків, але

найбільш розповсюджені 15–16 видів.

Серед усіх видів дощових черв’яків лише деякі можна роз

водити в штучних умовах. До них належать червоні черв’яки,

зокрема червоний каліфорнійський гібрид, який у процесі се

лекції набув унікальну властивість — він не залишає своє місце

перебування навіть за несприятливих умов. Це дає можливість

розводити його в грядах просто неба, не побоюючись втрати по

пуляції.

Червоний черв’як темночервоного кольору живе на тери

торіях з помірним кліматом. Доросла особина досягає у довжи

ну 8–10 см, у діаметрі 3–5 мм, масою 0,8 – 1 г (рис. 23.1). Тем

пература тіла – 19–20

С. За день споживає кількість корму, що

приблизно дорівнює його масі (близько 1 г), після перетравлен

ня якого виділяється 0,8–0,9 г копролітів. Найкрупніші частин

ки, які може проковтнути черв’як, мають розміри до 1 мм.

Тривалість життя – майже 16 років (дикі форми — 4 роки).

Дуже плодючий. Статева зрілість настає у тримісячному віці і

за оптимальних умов одна особина може принести приплід в се

редньому 1500 особин за рік.

Цей черв’як гермафродит. Кожна особина має чоловічі й жі

ночі статеві органи, але не може самозапліднюватись. Статевоз

рілі особини обопільно запліднюють одне одного (рис. 23.2, а).

Запліднені яйцеклітини відділяються від тіла черв’яків і вкла

даються у білкове кільце, або капсулу (кокон), який має спочат

ку жовтий, а потім коричневий колір (рис. 23.2, б, в).

Розділ23.Біотехнолоія"тилізаціїоранічнихвідходівметодом...

537

Починаючи з 90го дня він регулярно спарюється через

кожні 7 днів. У результаті спарювання двох особин утворюють

ся 2 яйця або капсули по 1 на кожну особин у, які дозрівають і

розкриваються через 14–21 день залежно від умов утримання.

У кожній капсулі міститься від 2 до 20 черв’яків. Кокони

містять рідину, якою живиться молодняк до моменту прокльо

вування. Молодняк має білий колір (рис. 23.2, в).

Оптимальною є температура 20–22

С, а критичною — нижче

С та вище 42

С. При температурі +7

С впадає у стан анабіозу,

тобто черв’як живий, але нерухливий і не харчується. Оптималь

на вологість – 75–88 %, а критична — нижче 60 % і вище 90 %.

Практика показала, що культивовані черв’яки не хворіють і

не піддаються жодним епізоотіям. Вони можуть гинути тільки

при порушенні технології їх розведення. Найчастіше загибель

черв’яків викликає отруєння протеїном при незакінченій фер

ментації субстрату. В результаті черв’як стає «кислотним» і ви

діляє шкідливі гази, які є смертельними для інших черв’яків.

Ворогами дощових черв’яків є кроти, їжаки, жаби, змії,

птиця, які їх поїдають.

ЧастинаII.Спеціальнібіотехнолоії

538

Рис. 23.1. Загальний вигляд червоного каліфорнійського гібрида

(за Sulzberger R., 1998)

Розділ23.Біотехнолоія"тилізаціїоранічнихвідходівметодом...

539

Рис. 23.2. Розмноження дощових черв'яків:

а — спарювання дощових черв'яків; б — молоді кокони; в — старші кокони і

молода особина дощового черв'яка.