Шинкарчук М.В. Біотехнологія отримання біогазу із жировмісної сировини. - Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису.
Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії в галузі знань 16 Хімічна та біоінженерія за спеціальністю 162 Біотехнології та біоінженерія. – Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Київ, 2020.
На сьогодні підприємства шкіряної промисловості є одними із найбільш високозабруднювальних та токсичних виробництв за рахунок широкого спектру відходів галузі: органічних (міздря, жири, вовна, кров) та хімічних забруднювачів (сполуки хрому, сульфуру, хлориди, кислоти, луги, антисептики). До теперішнього часу відбувається пошук та реалізація технологій «екологізації» шкіряного виробництва. Тому актуальним завданням для шкіряної промисловості є переробка жирових відходів з отримання джерел енергії та добрива.
Також не вирішеним та актуальним лишається питання очищення стічної води, що містить антибіотики. В роботі обґрунтовано та експериментально доведено ефективність анаеробного способу очищення води з використанням адаптованої до антибіотиків асоціації мікроорганізмів.
Метою роботи є обґрунтування та розробка технологічних основ біотехнологічних рішень переробки жировмісних відходів виробництва шкіри у біогаз.
Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні задачі:
встановити раціональні параметри процесу анаеробного зброджування жировмісних відходів шкіряного виробництва в лабораторних умовах;
визначити раціональне співвідношення жировмісна сировина : косубстрат на процес одержання біогазу та вміст метану в ньому для різних типів косубстратів;
провести адаптацію анаеробної асоціації мікроорганізмів до антибіотиків та встановити види метаногенів, які виживають за таких умов;
дослідити процес отримання біогазу при застосуванні адаптованої до антибіотиків асоціації мікроорганізмів;
визначити раціональні концентрації рідкої та твердої фракції переродженого субстрату для внесення в ґрунт при вирощуванні с/г рослин;
розробити технологічну та апаратурну схеми переробки жировмісних відходів виробництва, які отримують в процесі підготовки сировини до дублення; та розробити рекомендації щодо можливості застосування технології отримання біогазу з жировмісної сировини для переробки недублених відходів підприємства.
Об’єктом досліджень є біотехнологія отримання біогазу із жировмісних відходів виробництва шкіри.
Предметом досліджень є параметри одержання біогазу при коферментації жировмісних відходів виробництва шкіри.
Методи дослідження: фізико-хімічні методи (pH-метрія, тощо); гравіметричний метод; метод газової хроматографії; методи молекулярної біології (виділення ДНК, ПЛР, секвенування); методи спектрофотометрії, біоінформаційні методи, методи теорії графів (MSExcel, AutoCAD).
У дисертації вперше одержані такі наукові результати:
встановлено залежність утворення метану від компонентного складу жировмісних відходів виробництва шкіри;
визначено залежність продукування біогазу від компонентного складу косубстратів (послід, відходи кукурудзи, яблучний жом) при коферментації жировмісних відходів;
вперше встановлено види метаногенів, які присутні в анаеробній асоціації, що адаптована до високих концентрацій норфлоксацину і тетрацикліну, методом секвенування ДНК мікроорганізмів, що дає можливість збагачення мікробної асоціації цими видами для підвищення виходу біогазу та вмісту метану в ньому;
обгрунтовано раціональні умови процесу зброджування жировмісної сировини за високих концентрацій солей та антибіотиків, що дає можливість створення технології переробки жировмісних відходів шкіряної промисловості;
показана можливість використання твердих та рідких відходів збродженої жировмісної сировини як добрива.
Практичне значення дисертаційної роботи полягає у вирішенні проблеми утилізації жировмісних відходів шкіряного виробництва з одержанням біогазу.
Визначено косубстрати, які можна використовувати для забезпечення процесу зброджування жировмісної сировини нітрогеном та мікроелементами для підвищення виходу біогазу. Встановлені раціональні технологічні параметри зброджування жировмісних відходів дозволяють отримати біогаз з концентрацією метану до 72 %, що дозволяє підвищити енергоефективність заводів з виробництва шкіри, зменшити антропогенний вплив на навколишнє середовище та знизити собівартість продукції.
Ключові слова: біогаз, метан, анаеробне зброджування, жировмісні відходи, коферментація, послід, антибіотики, норфлоксацин, тетрациклін, дігестат.
