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

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

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).

Таблица 3.12.

Cравнительные показатели конверсии растительного корма в белок коров, свиней, кур и дрожжей р. Candida

Таблица 3.13.

Сравнительная экономическая эффективность сельскохозяйственного и промышленного микробного белка (в бывшем СССР в ценах 1989 г.)

* 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

322 Глава 3

Окончание таблицы 3.14.

Таблица 3.15.

Структура затрат по стадиям технологического процесса для производства БВК на парафинах в условиях бывшего СССР

(в ценах 1970-х гг.)

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.

Таблица 3.16.

Расходы на производство паприна (в бывшем СССР на 1 т в ценах конца 1970-х гг.)

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.)

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