Търсачка

Банер

Дипломни Биология, Екология Производство на биогаз и влияние на йони на тежки метали


Дипломна работа, 45 стандартни страници, съдържа таблици, формули, схеми, има литература, липсва съдържание, не е довършена
Цена: 2.40лв.
Безплатно
Спестявате: 100.00%
Задайте въпрос за този материал

Увод Изходните суровини за производството на биогаз са отпадъци от животински ферми – фекалии, постеля (смес от фекалии и слама), отмивни води, хранителни отпадъци. Тези материали съдържат органични и неорганични вещества и затова са подходяща среда за развитието на всякакви микроорганизми. Те са серозен проблем защото се натрупват в големи количества и замърсяват околната среда. При естествената им ферментация се отделя метан, който е парников газ и представлява 7 до 10 % от световното замърсяване с метан;целулозосъдържащи материали – слама, царевичак, дървесен материал. Калорийноста на 1 кг метан съответства на тази на 1,18 кг мазут, т.е. 1m метан = 1l мазут. От 1 кг биомаса( като сухо вещество ) се получават от 200 до 1200 литра биогаз в зависимост от състава на биомасата и условията за ферментация. Въглеродния двуокис, който съпътства метана в състава на биогаза, не е повече от този, който се получава при естествената ферментация на отпадъците. Остатъчните продукти от метаногенната ферментация са вода и обезмирисен и обеззаразен биологичен тор с по-висока концентрация на минерали и микроелементи в него и с азот в по-лесно усвоима от растенията форма.Производството на метан от биомаса се реализира на различни етапи на преобразуване наорганичната материя. За да достигнем до метана(СН4) и въглеродния диоксид(СО2), които са крайните продукти, е необходима една система от микроорганизми, които преобразуват органичните съединения в органични водородни киселини и въглероден диоксид. Също така са необходими микроорганизми, които преобразуват органичните киселини до оцетна киселина и следва декарбоксилация отново до метан. Още в 18-ти век процес на анаеробно разлагане на органична материя е била известна, а в средата на 19-ти век, стана ясно, че анаеробни бактерии са въвлечени в процеса на разлагане. Екологичните аспекти и нуждата от възобновяеми енергийни източници получават интерес и значителни финансово подпомагане в развитите и развиващите се страни, разширяване на научните изследвания и прилагане на труд в тези направления и много системи, използващи анаеробно разлагане са били построени в много страни. Анаеробно разграждане предлага някои интересни възможности и решения за тези глобални опасения като алтернативни енергийни производство, заготовка човешки, животински, битови и промишлени отпадъци, безопасно, контролиране замърсяването на околната среда, както и разширяване на хранителните доставки. 2. Литературен обзор 2.1. Метанова ферментация – същност, биохимия и микробиология. Анаеробната биодеградация на различни видове органични4 отпадъци от селското стопанство, хранително-вкусовата промишленост и пречиствателните станции за отпадни води е известен биотехнологичен процес [14, 76, 78]. Той съчетава разграждането на отпадъците с възможности за производство на енергоносител – метан и получаване на вещества ползвани за наторяване и подобряване на почвената структура. Следователно, биогазът представлява газова смес съдържаща метан (50 – 80 %), въглероден диоксид (25 – 40 %) и малки количества водород, азот и сяроводород. Процесът за неговото получаване е известен като метанова ферментация. За тази цел може да се използва всякакъв вид органичин материал в твърдо или течно състояние. В реалната практика като суровини за протичане на процеса могат да се използват различни отпадъци съдържащи органично вещество – утайки от пречистването на отпадни води, битови отпадъци, отпадъци от хранително-вкусовата промишленост и селското стопанство. От последните най-пригодни за това са екскрементите от животните, растителните стебла и листа. Данните за добива на биогаз от подобни отпадъци са представени на таблица 2.1. Таблица 2.1. Добив на биогаз при метанова ферментация на селскостопански отпадъци. Органични отпадъци Добив на биогаз m3 / kg OCB Съдържание на метан, % Литературен източник Говежди тор Свински тор Птичи тор Овчи тор Прясна люцерна Трева Слама Листа от дървета Царевични стебла Канализационни води Отпадъци от масл. пром. Млечни отпадъци 0,291 0,427 0,467 0,628 0,350 0,549 0,342 0,252 0,420 0,600 0,635 0,625 62,8 66,9 57,9 70,0 50,0 77,0 58,0 59,0 53,0 70,0 - 82,0 2, 91 39, 44, 52, 53 63, 74 30 14 1, 2 1, 2 2 1 91 41, 56 43 Вижда се, че количеството на газа, което може да бъде получено при оптимални условия на анаеробно трансформация е различно. То зависи от състава на субстрата, условията за протичане на процеса и структурното разнообразие на бактериалното съобщество в биореактора. Процесът на минерализиране, свързан с метановата ферментация, е важен етап от кръговрата на веществата в природата. Чрез метановата ферментация органичният материал е подложен на минерализиране, при което се получава метан и въглероден диоксид . Само една малка част от енергийното съдържание на разграждащото се органично вещество се употребява за растежа на клетъчната маса на участващите в процеса микроорганизми, по-голямата част от енергията остава запазена в метана. Анаеробното разграждане на органичния субстрат при метановата ферментация е резултат от съвместната дейност на различни видове анаеробни микроорганизми. Неметаногенните микробни популации хидролизират органичните макромолекули до нискомолекулни вещества, които след това ферментират до ацетат с отделяне в средата на H2 и CO2. Крайните продукти на ферментационния процес са изходен субстрат за метаногенните бактерии, които ги трансформират до метан (CH4). По-голямата част от органичната материя се разгражда посредством процесите не хидролиза и ферментация, без предварителна химична или физична обработка. Разграничават се четири основни етапа на разграждане на органичната материя до метан (фиг.1) – хидролиза на сложни органични макромолекули до нискомолекулни вещества (а); ферментация на нискомолекулните вещества до летливи мастни киселини, алкохоли и ацетат с отделяне на H2 и CO2 (b); ацетогенеза или окисление на летливите мастни киселини до ацетат и синтез на ацетат от H2 / CO2 (c); метаногенеза (d+e). Фиг.2.1 Етапи на разграждане на органичната субстнция с получаване на метан. Хидролиза. Целулозата и другите полизахариди се хидролизират до захари (основно глюкоза) и алкохоли, белтъците до олигопептиди и аминокиселини, а липидите до мастни киселини, захари и алкохоли (фиг; 1а). Хидролизата е скоростоопределящ етап в разграждането на органичния субстрат, тъй като някои макромолекули са свързани в хетерополимерни комплекси с резистентни към биологично разграждане вещества. Голямо разнообразие от бактерии е въвлечено в хидролизата, която се извършва от екзоензими, произвеждани от тези бактерии. Продуктите от хидролизата, които се подлагат на ферментация по нататтък от бактерии, се използват за техния собствен метаболизъм. Хидролизата и ферментацията на хидролизните продукти често се извършват от едни и същи трофични групи микроорганизми и по биологичен принцип тези процеси могат да бъдат обединени в един етап. Разделянето им в два етапа е съобразно техния биохимизъм и механизмите, по които протичат метаболитните процеси. Ферментация. Крайните продукти на ферментацията са основно летливи мастни киселини (сукцинат, пропионат, лактат, бутират), алкохоли (етанол, метанол, бутанол), кетони, ацетат, Н2 и С02 (фиг. 1в). Процесът е екзотермичен и генерира необходимата енергия за подържане активността на микроорганизмите. Най-често ферментацията на захари и аминокиселини завършва с получаване на ацетат, тъй като при окислението на пирувата се генерира допълнително енергия (АТФ). Какви крайни продукти на ферментационния процес ще се получат и в какво количествено съотношение ще бъдат, зависи от вида и началната концентрация на изходните субстрати, както и от парциалното налягане на водорода в средата. При разграден органичен субстрат( под 8 – 10 % сухо вещество) ферментацията на захарите е изтеглена почти напълно към получаване на ацетат , H2 и CO2. При по високи концентрации захарите ферментират до мастни киселини и алкохол, а след това чрез вторична ферментация (ацетогенеза) се окисляват до ацетат, H2 и CO2. Когато рН 2 в средата е ниско (под 10-4 атм.), ферментацията на хидролизните продукти протича до образуване на ацетат, Н2 и СО2, а при по-високи стойности – до широк спектър от нискомолекулни органични вещества. Съставът на ферментационните продукти зависи и от видовия състав на бактериите и условията на култивиране – рН, температура, редокспотенциал и др. Ацетогенеза. Както вече отбелязахме, при ферментацията се образуват и летливи мастни киселини, алкохоли и някои други нискомолекулни вещества. Успоредно с натрупването на тези вещества в средата, протича и тяхното окисление до ацетат, Н2 и С02(фиг. 1.с). Ацетогенните бактерии, които извършват това окисление, са облигатни водородобразуващи синтрофи. Те могат да реализират потенциала си само в присъствие на метаногени или други водородасимилиращи бактерии, които усвоявайки свободния водород в ссистемата, намаляват парциалното му налягане. Окислението на мастни киселини/алкохол с отделяне на Н2 е енергетично неизгоден метаболитен път за ацетогенните бактерии поради високите енергийни потребности за реализирането му, но съвместното им култивиране с водородасимилиращи бактерии подобрява термодинамичния баланс на системата и спомага за протичането на реакцията до край. ---------------------------- 6.Изводи 1. Йоните на тежките метали мед, кадмий и цинк инхибират анаеробната биодеградация на въглехидратите и белтъчините съдържащи се в оборския тор. при разграждането на въглехидратите по-силно действие имат йоните на кадмия, а най-слабо – тези на цинка. 2. И трите метални йона инхибират синтеза на биогаз в концентрации над 20 mg.dm-3 . По-ниските количества не пречат за протичането на процеса. 3. Синтезата на мастни киселини се инхибира и от трите метални йона. Този ефект е най-силен при кадмиевите йони. 4. Микробните видове усвояващи въглехидрати и липиди са най-чувствителни към наличието на медни йони. 5. Кадмиевите йони в еднаква степен инхибират и трите функционални групи участвуващи в киселинната фаза на метановата ферментация. 6. Цинковите йони оказват най-слабо инхибиращо влияние върху микробните популации. 7. по дълбочината на своето действие върху процеса на анаеробната биодеградация на оборски тор йоните на изследваните тежки метали могат да се разположат в следния ред: Cd > Cu > Zn.

Коментари на клиенти:

Все още няма коментари за този материал.
Моля, влезте в системата с потебителско име и парола, за да оставите коментар.


За сайта

Кой е онлайн

В момента има 517 посетителя и 11 потребителя в сайта

Намерете ни в Facebook


© 2010 znanieto.net Всички права запазени.
znanieto.net избра за свой хостинг партньор Viscomp.bg

Изграден с помощта на Joomla!.