
- •Предисловие
- •Введение
- •Глава 1. Биологическая очистка сточных вод
- •1.1.Сточные воды как объекты очистки
- •1.2.Общие принципы очистки сточных вод
- •1.3.Биологические методы очистки сточных вод
- •1.4.Аэробная биологическая очистка
- •1.4.2.Основные биохимические процессы при аэробной очистке
- •1.5.Анаэробная биологическая очистка
- •1.5.1.Биоценозы и биохимические процессы при анаэробной очистке
- •1.6.Технологические схемы многостадийной биологической очистки сточных вод
- •1.7.Удаление биогенных элементов из сточных вод
- •1.8.Обезвоживание осадков очистных сооружений
- •1.9.Малые установки для локальных очистных сооружений
- •Глава 3. Переработка органических отходов
- •3.1.Общая характеристика отходов
- •3.2.Микробиологическая переработка органических отходов
- •3.2.1.1.Технологические особенности микробиологической конверсии в кормовой белок
- •3.2.1.5.Особенности переработки в кормовые продукты некоторых отходов
- •3.2.8.Биодеструкция растительных полимеров и материалов
- •3.2.9.Биодеградация синтетических полимерных материалов и использование биодеградируемых пластиков
- •3.3.Вермикультивирование и вермикомпостирование
- •3.3.1.Особенности дождевых червей как биологических объектов культивирования
- •3.3.2.Свойства продуктов и применение вермикультивирования и вермикомпостирования
- •3.3.3.Технологические основы вермикультивирования и вермикомпостирования
- •Глава 4. Биоремедиация почв
- •4.1.Основные факторы, влияющие на выбор способов ремедиации почв
- •4.2.Классификация методов и технологий ремедиации
- •4.3.Небиологические методы и технологии ремедиации
- •4.3.2.Методы in situ
- •4.4.Биологические и комбинированные методы
- •4.4.2.Биостимулирование in situ
- •4.4.7.Обработка в штабелях, буртах, насыпях, компостированием
- •4.4.9.Комбинированные и гибридные процессы
- •4.5.Специализированные биопрепараты
- •4.5.2.Биопрепараты для ликвидации загрязнений
- •4.5.3.Биопрепараты для рекультивации территорий и восстановления плодородия почв
- •4.6.Сравнение методов ремедиации
- •4.7.Практические работы и затраты при проведении биоремедиации
- •Сокращения
- •Оглавление

318 |
Глава 3 |
|
|
1 |
2 |
Резинотехнические |
Биологическая девулканизация, активирование вулканиза- |
изделия |
ции, биомодификация |
|
|
Минеральные и древес- |
Биомодификация |
ные строительные мате- |
|
риалы, пластики |
|
Пластики |
Биодеструкция и биодеградация, получение биопластиков |
|
и биоразлагаемых полимерных материалов |
|
|
Радиоактивные отходы |
Биодеструкция, биовыщелачивание, биосорбция |
и материалы |
|
|
|
3.2.Микробиологическая переработка органических отходов
Из различных биологических методов переработки отходов наиболее широко используются микробиологические. Способность микроорганизмов и их ферментов потреблять органические вещества различного строения, разлагать или трансформировать природные биополимеры лежит в основе получения многих полезных продуктов микробиологического синтеза и переработки отходов. Методы экобиотехнологии применяют для переработки углевод-, белок- и жиросодержащих жидких отходов, растительной биомассы, твердых бытовых отходов, активного ила и др.
Возможные варианты переработки растительного сырья и целлюлозосодержащих отходов представлены на рис. 3.3.
Наиболее крупномасштабные промышленные микробиологические процессы переработки органических отходов:
получение кормовых продуктов, обогащенных микробным белком, или в общем случае – белком одноклеточных организмов (БОО),
силосование,
компостирование,
анаэробное сбраживание, биоконверсия в топливо (в этанол, получение биогаза – метаногенерация, прямая конверсия в тепло).
3.2.1. Обогащение кормовым белком
Обогащение кормовым белком – один из вариантов переработки биомассы растений и различных органических отходов, в основном углевод- и целлюлозосодержащих.
Растительная биомасса является основным источником кормов для сельскохозяйственных животных. Однако кормовая ценность большинства растений низкая из-за невысокого содержания белка и кормовой несбалансированности. Поэтому используют белковые добавки, которые позволяют балансировать ра-

отходов органических Переработка
Рис. 3.3. Биоконверсия растительного сырья в полезные продукты
319
320 |
Глава 3 |
ционы необходимыми кормовыми компонентами. В этих целях в животноводстве обычно используются рыбная и мясокостная мука, зернобобовые культуры, соя, люцерна, клевер, подсолнечник, рапс и др. Извлекая и концентрируя белок из этих растений, получают еще более высокопитательный корм. Мировые цены на кормовые препараты устанавливаются по количеству протеина: ~8 долл. США за 1% протеина в 1 т корма.
Во многих странах в качестве основной белковой добавки используют соевую муку, 80–90% мирового экспорта которой приходится на США. Почвенноклиматические условия России не являются благоприятными для культивирования сои, а потребность в кормовых добавках не обеспечивается за счет других источников.
Таблица 3.11.
Количество белка, которое может быть получено с 1 га сельхозугодий при культивировании и переработке различных сельскохозяйственных растений и их отходов
Наименование |
Количество |
Содержание в сырье, кг/т |
Сырой |
|
сырья |
продукта |
|
|
протеин, |
|
(отхода), т/га |
сахара |
сырого протеина |
кг/га |
|
|
|
|
|
Зеленая масса |
38,8 |
27 |
13 |
504 |
кукурузы |
|
|
|
|
Кукуруза (початки) |
6,1 |
60 |
29 |
177 |
|
||||
Горох (зерно) |
2,0 |
55 |
220 |
440 |
|
||||
Соя (бобы) |
3,5 |
40 |
320 |
1120 |
|
||||
Свекла (клубни) |
|
|
|
|
– сахарная |
30,2 |
120 |
16 |
483 |
|
||||
– полусахарная |
38,2 |
80 |
16 |
611 |
|
||||
– кормовая |
40,8 |
40 |
13 |
530 |
|
||||
Топинамбур |
10,9 |
63 |
22 |
240 |
|
||||
Свекловичный жом |
27,6 |
50 |
12 |
331 |
|
||||
Свекловичный бой |
3,0 |
2,8 |
16 |
48 |
|
||||
Кукурузная мезга |
4,8 |
65 |
25 |
120 |
|
В бывшем СССР для удовлетворения потребностей животноводства было налажено крупнотоннажное микробиологическое производство по выпуску белка одноклеточных организмов, который по полноценности не уступает белку животного происхождения и соевому. Считалось, что поскольку для получения растительного белка требуются большие площади посевов (табл. 3.11), а конверсия растительного сырья в микробный белок в несколько раз выше по сравнению с таковой в белок птицы, свиней или крупного рогатого скота (табл. 3.12), производство кормового микробного белка на относительно дешевых по тому времени органических субстратах (древесина, продукты нефтепереработки, спирты, природный газ) обеспечит потребность страны в кормовом белке при значительной экономии в площадях посевов и удешевлении кормов (табл. 3.13).

Переработка органических отходов |
321 |
Таблица 3.12.
Cравнительные показатели конверсии растительного корма в белок коров, свиней, кур и дрожжей р. Candida
|
Исходный продукт |
|
Продукция |
||
|
|
белок, г |
|
|
общая, г |
Корова |
1 кг корма |
14 |
|
68 говядины |
|
Свинья |
то же |
41 |
|
200 |
свинины |
Курица |
то же |
49 |
|
240 |
мяса |
Дрожжи |
1 кг углеводов + |
до 250 |
|
до 2000 (сырая клеточ- |
|
р. Candida |
неорганический азот |
|
|
ная масса) |
Таблица 3.13.
Сравнительная экономическая эффективность сельскохозяйственного и промышленного микробного белка (в бывшем СССР в ценах 1989 г.)
Белоксодержащие продукты |
Содержание |
Оптовая цена |
Цена 1 т белка, |
|
белка, % |
1 т, руб. |
руб. |
|
|
|
|
Гаприн (микробная масса на газе) |
70 |
780 |
1114 |
Горох |
22 |
179/286* |
814/1300 |
Рапс |
25 |
400/534 |
1600/2136 |
Соя |
33 |
450/521 |
1364/1579 |
Рыбная мука |
59 |
1100 |
1864 |
Мясокостная мука |
46 |
258 |
561 |
Цена белка в среднем по стране |
54 |
703 |
1302 |
|
|
|
|
* Приведены минимальная и максимальные цены.
В США опыт производства кормового микробного белка показывал его боqльшую стоимость по сравнению с соевым и другими источниками белка (табл. 3.14).
Основной стадией производства кормового микробного белка (белкововитаминного концентрата, БВК), налаженного в СССР, являлась переработка органического сырья (н-алканов, природного газа, этанола, метанола, гидролизатов древесины и др.) в биомассу дрожжей (товарные продукты «паприн», «эприн», «гиприн») или бактерий (продукты «гаприн», «меприн») путем непрерывного аэробного культивирования микроорганизмов на водно-минеральной среде с органическим субстратом. Выращенная биомасса микроорганизмов концентрировалась и высушивалась.
Таблица 3.14.
Сравнение отпускной цены белковых продуктов в США, получаемых из некоторых одноклеточных организмов, растительных и животных источников
Продукт, субстрат и качество продукта |
Содержание |
Цена, долл. |
|
белка в про- |
США за 1 кг, |
|
дукте, % |
в ценах 1979 г. |
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
|
|
Белок одноклеточных организмов |
|
|
– Candida utilis, этанол (пищевой) |
52 |
1,32–1,35 |
|
|
|

322 Глава 3
Окончание таблицы 3.14.
1 |
2 |
3 |
– Kluyveromyces fragilis, молочная сыворотка (пище- |
54 |
1,32 |
вой продукт) |
|
|
– Saccharomyces cerevisiae, отходы пивоваренного |
52 |
1,0–1,2 |
производства, лишенные горьких примесей (пи- |
|
|
щевой продукт) |
|
|
– Saccharomyces cerevisiae, кормовой продукт |
52 |
0,39–0,50 |
Растительные белки |
|
|
– люцерна обезвоженная |
17 |
0,12–0,13 |
– соевая мука |
49 |
0,20–0,22 |
– концентрат соевого белка |
70–72 |
0,90–1,14 |
– чистый соевый белок |
90–92 |
1,96–2,20 |
Животные белки |
|
|
– рыбная мука (перуанская) |
65 |
0,41–0,45 |
– костная мука и мука из мясных отходов |
50 |
0,24–0,25 |
– сухое обезжиренное молоко |
37 |
0,88–1,00 |
Таблица 3.15.
Структура затрат по стадиям технологического процесса для производства БВК на парафинах в условиях бывшего СССР
(в ценах 1970-х гг.)
Стадия техно- |
Сырье |
Топливо |
Эксплу- |
Зар- |
Прочие |
Итого |
|
|
логического |
и мате- |
и энергия |
атация |
плата |
расходы |
|
|
|
процесса |
риалы |
|
оборудо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
вания |
|
|
руб./т |
|
% |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ферментация |
129,2 |
49,8 |
5,5 |
1,0 |
16,2 |
201,7 |
|
78,2 |
Сепарация |
– |
7,6 |
1,4 |
1,3 |
0,9 |
11,2 |
|
4,2 |
Выпарка |
– |
6,1 |
1,4 |
0,4 |
0,8 |
8,6 |
|
3,3 |
Сушка |
– |
24,7 |
3,8 |
1,8 |
2,4 |
32,7 |
|
12,7 |
Упаковка |
2,0 |
0,3 |
0,4 |
0,6 |
0,6 |
3,7 |
|
1,5 |
Итого руб./т |
132,2 |
88,4 |
12,4 |
5,0 |
20,9 |
258,0 |
|
– |
% |
51,1 |
34,0 |
4,8 |
2,0 |
8,1 |
– |
|
100 |
Развитие крупнотоннажных производств стимулировалось относительно низкой стоимостью сырьевых и энергетических ресурсов: н-парафинов нефти, природного газа, спиртов, растительного сырья, электроэнергии, нефти и нефтепродуктов. В бывшем СССР при высокой доле сырья и энергоресурсов в себестоимости продукции, расходах на стадию ферментации около 60–90% от всех затрат на технологический процесс (табл. 3.15, 3.16) и невысокой доле затрат на заработную плату (в 2–5 раз ниже, чем на аналогичных зарубежных производствах, табл. 3.17) это приводило в целом к меньшим затратам на производство микробного белка по сравнению с растительным.

Переработка органических отходов |
323 |
Таблица 3.16.
Расходы на производство паприна (в бывшем СССР на 1 т в ценах конца 1970-х гг.)
Стадия технологического |
Без учета сырья |
С учетом сырья (цена пара- |
||
процесса |
|
|
фина 129 руб./т) |
|
|
руб./т |
% |
руб./т |
% |
|
|
|
|
|
Ферментация |
70,6 |
56 |
201,7 |
78,2 |
Сепарация |
11,1 |
8,8 |
11,1 |
4,3 |
Выпарка |
8,6 |
6,8 |
8,6 |
3,3 |
Сушка |
32,7 |
25,6 |
32,7 |
2,7 |
Упаковка |
3,7 |
2,8 |
3,7 |
1,5 |
|
|
|
|
|
Таблица 3.17.
Структура затрат (в %) для производства БВК на различных субстратах в бывшем СССР и ее сравнение с зарубежными аналогами (в ценах 1970-х гг., руб.)
Статьи расхода |
Парафины, СССР/Италия |
Метан СССР |
Сульфатно-спирто- вая барда, Финлянд. |
Метанол, СССР/Англ. |
Этанол, СССР/Чехословак. |
Гидролизаты древесины , СССР |
Багасса, США |
Молочная сыворотка (1000 т/год по сыворотке), СССР |
Стандартный биопроцесс в США |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Сырье и |
39 |
35 |
55,1 |
47 |
77 |
38–42 |
43,6 |
15–25 |
37 |
вспомог. |
58,5 |
|
|
73,8 |
77,1 |
|
|
|
|
мат-лы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Топливо |
32 |
41 |
24,8 |
29 |
13 |
15–22 |
36,6 |
23–25 |
22 |
и энерг. |
23,8 |
|
|
14,2 |
12,0 |
|
|
|
|
Аморти- |
18 |
14 |
|
14 |
6 |
17–26 |
|
12–15 |
17 |
зация и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
содерж. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
оборуд. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Трудо- |
3 |
4 |
11,0 |
3 |
2 |
3–4 |
8,3 |
14–17 |
15 |
вые зат- |
8,4 |
|
|
6,2 |
5,1 |
|
|
|
|
раты |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Прочие |
8 |
6 |
9,1 |
7 |
2 |
8–25 |
11,5 |
26–29 |
9 |
расходы |
9,3 |
|
|
5,8 |
5,8 |
|
|
|
|
С переходом России к новым экономическим условиям и ростом цен на невозобновляемое сырье крупнотоннажное производство кормового белка одноклеточных организмов стало нерентабельным, что привело к остановке и ликвидации большинства отечественных производств. В ныне существующих условиях цена возобновляемого растительного сырья, различных углеводсодержащих отходов и вторичных сырьевых ресурсов остается невысокой, что при одновременном решении экологических задач создает основу для увеличения