Техпроцес мікробіологічної переробки відходів, що містять жири

Техпроцес мікробіологічної переробки відходів, що містять жири, що включає складання відходів у компостні бурти і витримування до мікробіологічного розкладання жиру, після чого використовують компост, що утворився, як органічні добрива для рослин, а при складуванні відходів у компостні бурти в них уводять штами мікроорганізмів: Pseudomonas flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp., Candida lipoljtica. Bacillus subtilis, Bacillus macerans, котрі перед введенням у компост адаптують для мікробіологічної деструкції жирів у відходах з великою концентрацією жирових речовин, а після введення перемішують відходи з мікроорганізмами й укладають суміш на шар аерованих матеріалів із класу: солома, торф, обпилювання і стружка дере U 2 (19) 1 3 Відомий "Спосіб переробки твердих побутових відходів" по авт. св. СРСР №1479448 по класу C05F9/00, опубл.. 15.05.89. Бюл. 18. Спосіб включає операції змішання твердих побутових відходів з осадом стічних вод і деревних відходів. Після чого суміш піддають біотермічній обробці і складуванню. Недоліком відомого способу є велика тривалість за часом дозрівання компосту і біодеструкції жирових речовин, унаслідок чого спосіб недостатньо ефективний для переробки відходів, що містять жир. Відомий "Спосіб складування твердих побутових відходів" по авт. св. СРСР №1658819, по класу C05F9/00, опубл. 23.06.91. Бюл. №23. Згідно даного способу тверді побутові відходи щільністю 307493кг/м3 із вмістом органічних речовин 203-342г/кг інтенсивно перемішують з відходами, що містять нафту чи побічні продукти нафтопереробки при масовому співвідношенні (3-4,45):1 і при вмісті нафти в суміші не вище 5% мас. Недоліком даного способу є те, що при переробці відходів із вмістом нафти понад 5% мас швидкість біодеструкції матеріалів, що містять жир, дуже мала. Відомий спосіб готування біологічного компосту, який полягає в тому, що до землі із вмістом жирових забруднень до 35% додають торф, солому пшениці і гній. (Dobrzanski Z ., Grzelak A., Patorczyk-Pytlik В., Malarz W. Wykorzystanie zaolejonej ziemi biedacej do produkcji biokompostow і ich wplyw na plonowanie owsa і gorczycy. Fol. Agric, Stetin. 200 Agricultura. 1999.77. 63-68). Недоліком відомого способу є невеликі швидкості біологічного розкладання жиру бактеріями, що містяться в землі. Відомий спосіб готування біологічного компосту, який полягає в тому, що до землі із вмістом 35% жиру, додають кінський гній і кору дерев. У результаті дії мікроорганізмів, що містяться в названих вище компонентах, відбувається розкладання жирових речовин і кількість жиру за 9 місяців компостування в природних умовах знижувалося з 35% до 7%. (Розкладалося 80% первісної маси жиру). Froling М. Berg P.E. Oili waste composting. International Conference on Anaijsis and Utilisation of Oili Wastes, AUZO.96,7-13. Недоліком відомого способу є повільний процес розкладання жирових речовин, що потребує використання великих площ для розміщення буртів компостування. Відомий "Спосіб одержання торф'яного бактеріального добрива" по авт. св. СРСР по класу C05F11/08, опубл. 15.02.78. Бюл. №6. Відомий спосіб полягає в тому, що у торф'яні відходи додатково вводять мікроорганізми, потім їх перемішують, складують у компостні бурти і витримують до біологічного розкладання матеріалів у компості мікроорганізмами, після чого використовують компост, що утворився, як добрива для рослин. Як бактеріальне середовище в компостуємий матеріал уводять штами бактерій Rhizobium leguminasomm. Недоліком відомого способу є те, що вищезгадана бактеріальна культура не здатна до біодеструкції жирів, унаслідок чого відомий спосіб не може використовуватися для переробки відходів, що містять жири. 41709 4 Відомий «Спосіб біологічної переробки відходів, що містять жир, в біологічний компост» по патенту України №29606, по класу C05F11/00, пріоритет 03.05.2007, опубл. 25.01.2008. Згідно відомого способу у відходи додатково вводять мікроорганізми, потім перемішують відходи з мікроорганізмами, витримують при вологости 40-55%, при цьому як мікроорганізмим використовують змішані штами: Pseudomonas flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp., Candida lipoljtica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans, які перед введенням у компост адаптують для біодеструкції відходів з великою концентрацією жирів, перемішують відходи, що містять жири з мікроорганізмами й укладають їх шарами в бурти: на шар аеруємих матеріалів з класу солома, торф, обпилювання, стружка дерева й ін, укладають шар відходів і чергують шари. Даний спосіб узятий як прототип. Технічною задачею, що вирішується пропонованим техпроцесом, є прискорення готування біологічного компосту за рахунок прискорення протікання процесу мікробіологічної деструкції жирів, також задачею є поліпшення якості одержуваного компосту. Це досягається шляхом попередньої адаптації вищевказаних у прототипі мікроорганізмів для переробки великих концентрацій жирів у компості і введенням у компост адаптованого консорціуму мікроорганізмів. Рішення цієї задачі досягається таким чином. Техпроцес мікробіологічної переробки відходів, що містять жири, який полягає в тому, що відходи складують у компостні бурти і витримують до мікробіологічного розкладання жиру, після чого використовують компост, що утворився, як органічні добрива для рослин, а при складуванні відходів у компостні бурти в них уводять штами мікроорганізмів: Pseudomonas flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp., Candida lipoljtica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans, які перед введенням у компост адаптують для прискорення мікробіологічної деструкції жирів у відходах з великою концентрацією жирових речовин, а після введення перемішують відходи з мікроорганізмами й укладають суміш на шар аеруємих матеріалів із класу: солома, торф, обпилювання і стружка дерева й ін. пошарово, який відрізняється тим, що адаптують мікроорганізми перед введенням у відходи в такий спосіб: з відходів зі змістом жирових речовин понад 35%, які пролежали у буртах на відкритому повітрі протягом 2-х років, витягають екстракцією фізіологічним розчином мікроорганізми і витримують у фізіологічному розчині не менш 3-х діб в умовах голоду, потім екстрагують 10мл розчину з мікроорганізмами і додають до 90мл мінерального середовища зі змістом 0,1% жирової речовини, екстрагованої з відходів, що підлягають компостуванню, і емульгованого 1% мінерального середовища Tween 80, що містить (NH4)SО4 - 0,2%, К2НРО4 0,3%, MgSО4 · 7H2O - 0,05%, при рН = 7, потім мікроорганізми розмножують на мінеральному середовищі з додаванням 0,1% жиру, 0,1% глюкози і 0,1% дріжджового екстракту, витримують протягом 24 годин при температурі 30°С, після чого 5 мікроорганізми послідовно висівають на мінеральні середовища зі зростаючим вмістом жиру, рівним 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7......35% при кількості бактерій даних штамів при розмноженні в кожній пробі не менш 107 кліток у мл. Підготовлені мікроорганізми вводять у відходи, що містять жир у дозах 50200г/м3 відходів. Описуваний техпроцес мікробіологічної переробки відходів здійснюють у такий спосіб: відходи, що містять жири складують у компостні бурти, при цьому в них уводять штами мікроорганізмів: Pseudomonas flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp., Candida lipoljtica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans, які перед введенням у компост адаптують для прискорення мікробіологічної деструкції великої концентрації жирів у відходах у такий спосіб: з відходів із вмістом жирових речовин понад 35%, які пролежали у буртах на відкритому повітрі протягом 2-х років, витягають екстракцією фізіологічним розчином мікроорганізми і витримують у фізіологічному розчині не менш 3-х діб, потім екстрагують 10мл розчину з мікроорганізмами і додають до 90мл мінерального середовища із вмістом 0,1% жирової речовини, екстрагованої з відходів, що підлягають компостуванню, і емульгованого 1% мінерального середовища Tween 80, що містить (NH4)SО4 0,2%, К2НРО4 - 0,3%, MgSО4 · 7H20 - 0,05%, при рН = 7, потім мікроорганізми розмножують на мінеральному середовищі з додаванням 0,1% жиру, 0,1% глюкози і 0,1% дріжджового екстракту з витримуванням протягом 24 годин при температурі 30°С, після чого мікроорганізми послідовно висівають на мінеральні середовища із зростаючим вмістом жиру рівним 1,2,3,4,5,6,7......35% при кількості бактерій даних штамів у кожній пробі не менш 107 кліток у мл. Підготовлені мікроорганізми вводять у відходи, що містять жир в дозах 50200г/м3 відходів, потім перемішують відходи з мікроорганізмами й укладають суміш на шар аеруємих матеріалів із класу: солома, торф, обпилювання і стружка дерева тощо, пошарово. При складуванні відходів у бурти шари аеруємого матеріалу і відходів, що містять жири, мають товщини відповідно до 300 і 500мм, які розміщають шарами один над іншим до утворення бурту висотою до 1,5м. До того ж у шар аеруємих матеріалів уводять дрібнодісперсне буре вугілля в кількості до 8% від загальної маси. Протягом процесу мікробіодеструкції жиру в бурті контролюють водневий показник компостного бурту і підтримують його на рівні рН = 6-8 додаванням лужних матеріалів із класу: гідрооксиди лужних металів (калію, натрію, кальцію), крейда, сода, аміак та ін. До того ж у процесі біологічного розкладання жиру підтримують вологість компостних буртів на рівні 45-55% додаванням води й аерують шляхом перемішування відходів у буртах. Тваринні жири наземних ссавців складаються в основному із сумішей повних ефірів гліцерину й одноосновних жирних кислот: тригліцеридів насичених кислот (пальмітинової, стеаринової) і мононенасиченої олеїнової загальної формули СН2ОСОR'-СНОСОR''-С2COR'''. Жири риб і морських ссавців містять значні кількості тригліцеридів 41709 6 ненасичених кислот від С16 до С24 нормальної будівлі. Рослинні жири (рослинні олії) складаються з 95-97% суміші тригліцеридів вищих насичених і ненасичених жирних кислот, переважно С16 і С18 і невеликої кількості вільних жирних кислот, фосфатитів, токоферолів, пігментів і ін. На відміну від тваринних жирів у рослинних відсутній холестерин. У відходах, що містять жир тваринного походження міститься невелика кількість білків, основу яких складають довгі поліпептидні ланцюги, побудовані з залишків альфа-амінокислот, з'єднаних між собою пептидними зв'язками. Основні хімічні елементи в жирах - це вуглець, водень, кисень. У тваринних білках присутні незначні концентрації сірки. При біодеструкції жирів основними продуктами є вуглекислий газ і вода. При біодеструкції білків можливе утворення сірководню, що має неприємний запах (запах тухлих яєць). У процесі життєдіяльності бактерій при розкладанні жиру вуглекислий газ, при наявності води (вологість компосту приблизно 50%), утворює вуглекислоту і кислотність компосту підвищується, що викликає необхідність, для підтримки оптимальної кислотності середовища рН=6-8, у компост вводити речовини з лужними властивостями з класу: розчини гідрооксидів лужних металів (калію, натрію, кальцію), аміак, крейда, сода й ін. Ефективність пропонованого способу доведена наступними прикладами. Приклад №1. При здійсненні пропонованого техпроцесу формували компостний бурт у виді призми шириною підстави 2500мм і вершини - 1500мм, при висоті призми-бурту - 1500мм. Складування відходів здійснювалося наступним чином: відходи зі змістом тваринного жиру 30% укладали на попередньо розкладений шар соломи товщиною 200мм. Перед складуванням у відходи вводили біопрепарат, адаптований до великих концентрацій жирових речовин, який містить консорціум штамів мікроорганізмів: Pseudomonos flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida. Streptococcus sp., Candida lipoljtica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans у кількості 5-20% кожного при дозі біопрепарату 100г/м3 відходів. Одержували біопрепарат, адаптований до великих концентрацій жирових речовин, що містить консорціум штамів мікроорганізмів: Pseudomonos flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp., Candida lipolytica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans, у такий спосіб. З відходів зі змістом жирових речовин понад 35%, що пролежали у буртах на відкритому повітрі протягом 2-х років, витягали мікроорганізми, пристосовані до життєдіяльності в жирових речовинах. Витяг мікроорганізмів здійснювали екстракцією фізіологічним розчином. Екстраговані мікроорганізми інкубували 72 години в умовах голоду мікроорганізмів. Потім екстрагували 10мл розчину з мікроорганізмами і додавали до 90мл мінерального середовища зі змістом 0,1% жирової речовини, екстрагованої з відходів, що підлягають компостуванню, і емульгованої 1% мінерального середовища Tween 80, що містить (NH4)SO4 0,2%, K2НРO4 - 0,3%, MgSO4 · 7H2O - 0,05%, при рН=7, потім мікроорганізми розмножували на мі 7 неральному середовищі з додаванням 0,1% жиру, 0,1% глюкози і 0,1% дріжджового екстракту з витримуванням протягом 24 годин при температурі 30°С, після цього мікроорганізми послідовно висівали на мінеральні середовища зі зростаючим змістом жиру рівним 1,2,3,4,5,6,7......35% при кількості бактерій даних штамів у кожній пробі не менш 10 кліток у мл, а після чого їх вводили у відходи, що містять жири в дозах 100г/м3 відходів, потім перемішували відходи з мікроорганізмами й укладали отриману суміш шарами: шар соломи товщиною 200мм, над ним шар відходів товщиною 400мм, потім знову шар соломи, а на нього шар відходів. Для запобігання висихання бурту в літню пору і замерзання узимку зверху бурт вкривали соломою до висоти 1,5м. До того ж перед складуванням відходів у шар аеруємих матеріалів (солому) уводили дрібнодісперсне буре вугілля в кількості 5% від маси аеруємого матеріалу. Протягом процесу біодеструкції жиру в бурті контролювали водневий показник компостного бурту і підтримували його на рівні рН = 7 додаванням 5% розчину кальцієвого вапна. У процесі біологічного розкладання жиру компостні бурти зволожували до 50% вологості в середині бурту й аерували шляхом перемішування відходів у буртах. Після очищень і багаторазових пересівань встановлено методами імуноферментного аналізу і методами полімеразної ланцюгової реакції (ПЦР), що виділені штами бактерій являють собою консорціум мікроорганізмів у виді наступних штамів: Pseudomonos flurescens, Pseudomonas fragi, Pseudomonas putida, Streptococcus sp,, Candida lipolytica, Bacillus subtilis, Bacillus macerans, в кількості 5-18% кожного. Ефективність описуваного техпроцесу біодеструкції жиру у відходах, що містять жири оцінювали крім виробничих випробувань, також у лабораторних умовах шляхом кількісного мікробіологічного (кількість кліток бактерій) і хімічного аналізів змісту жирових речовин, загальної кількості органічних речовин і величини кислотності рН. Визначали також ліполітичну активність адаптованого консорціуму дифузійним методом на середовищі з трибутірином. У результаті виробничих випробувань за прикладом №1 встановлено, що цілком жирові речовини були біодеструковані введеним біопрепаратом за 7 місяців, тобто швидше, ніж по прототипу. Компост вийшов пухким, відмінної якості, більш високою, ніж по прототипу, цілком придатним для використання як добриво для рослин. Паралельно при таких же умовах проводили випробування прототипу, які показали повне розкладання жиру в буртах тільки через 8 місяців. Отриманий компост по прототипу мав менш виражену структуру. У такий спосіб випробування пропонованого техпроцесу і способу -прототипу показали, що пропонований техпроцес прискорював біодеструкцію жирів у відходах і дозволяв одержувати органічні добрива більш високої якості. Приклад №2. Умови проведення експерименту такі ж, як у прикладі №1, за винятком того, що відходи містили 41709 8 рослинну олію в концентрації 35% від маси відходів. У результаті випробувань встановлено, що повна деструкція рослинної олії досягалася через 9 місяців, у той час як у способі-прототипі за тих самих умов біодеструкція олії досягалася тільки через 11 місяців. У такий спосіб випробування пропонованого техпроцесу і способу - прототипу показали, що пропонований техпроцес прискорював біодеструкцію жирів у відходах і дозволяв одержувати органічні добрива більш високої якості. Приклад №3. Умови випробувань такі ж, як у прикладі №1, за винятком того, що у відходи зі змістом 35% тваринного жиру вводили біопрепарат у дозі 200г/м3 відходів, вологість підтримували на рівні 55%, рН = 8, товщина шару торфу складала 250мм, а шару жирових відходів - 350мм, кількість вугілля в торфі дорівнювало 3%. У результаті випробувань пропонованого техпроцесу повна деструкція жирів досягалася через 7 місяців, а по прототипу - через 8,5 місяців. У такий спосіб випробування пропонованого техпроцесу і способу - прототипу показали, що пропонований техпроцес прискорював біодеструкцію жирів у відходах і дозволяв одержувати органічні добрива більш високої якості. Приклад №4. Умови випробувань такі ж, як у прикладі №1, за винятком того, що відходи містили 22% тваринного жиру, використовувався торф замість соломи, товщина шару відходів була 200мм, вугілля не додавалося зовсім, біологічний препарат вводився в кількості 50г/м3, рН = 6, вологість у бурті дорівнювала 45%. У результаті біодеструкція жиру наставала через 5 місяців, а при випробуваннях прототипу при тих же самих умовах біодеструкція жиру досягалася тільки через 7 місяців. У такий спосіб випробування пропонованого техпроцесу і способу - прототипу показали, що пропонований техпроцес прискорював біодеструкцію жирів у відходах і дозволяв одержувати органічні добрива більш високої якості. Приклад №5. Умови проведення випробувань пропонованого техпроцесу і прототипу, такі ж як у прикладі №1, за винятком того, що відходи містили рапсову олію в кількості 35% від маси відходів, рН = 6, вологість - 55%, концентрація вугілля 8%. Товщина шарів торфу і відходів були рівні відповідно 150 і 300мм. Біопрепарат вводили в дозі 200г/м3. У результаті іспитів встановлено, що повна деструкція олії по пропонуємому техпроцесу досягалася через 7 місяців замість 9 місяців по прототипу, що випробувався паралельно. Прискорення процесу біодеструкції олії у відходах по пропонованому техпроцесу істотно зросло. У такий спосіб випробування пропонованого техпроцесу і способу - прототипу показали, що пропонований техпроцес прискорював біодеструкцію жирів у відходах і дозволяв одержувати органічні добрива більш високої якості.. На основі результатів, приведених у прикладах, доведено, що пропонований техпроцес має переваги в порівнянні з відомим прототипом у тому, що істотно прискорює біодеструкцію жирових 9 41709 речовин у відходах, а також поліпшує якість одержуваного органічного добрива. Ці переваги дозволяють істотно скоротити виробничі площі для переробки відходів і істотно поліпшити якість одержуваного кінцевого продукту. Комп’ютерна верстка Л. Купенко 10 Розроблений техпроцес мікробіологічної переробки відходів передається ряду виробничих підприємств для використання з метою запобігання викиду відходів, що містять жири, на смітники і для одержання високоякісних добрив для рослин. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601