| Popis: |
Проблематика. Одержання водню – альтернативного енергоносія з відновлюваної сировини (сільськогосподарських відходів). Мета дослідження. Встановлення раціональних параметрів попередньої лужної обробки відходів соняшнику та кукурудзи для підвищення швидкості продукування водню асоціацією мікроорганізмів. Методика реалізації. Для дослідження якісного та кількісного складу біогазу, що утворюється в процесі ферментації, використовували метод газової хроматографії. Для визначення зон лізису та контролю видового складу асоціації мікроорганізмів використовували методи світлової мікроскопії. Результати дослідження. Визначено вплив 5, 10, 20, 30, 40 %-ної концентрації лугу при попередній обробці відходів кукурудзи та соняшнику на вихід водню в процесі анаеробної ферментації протягом 1, 2 і 3 год. Найвищій вихід водню спостерігається при обробці 20 %-ним розчином NaOH протягом 3 год. Досліджено вихід водню в процесі ферментації за об’ємного співвідношення інокуляту і культурального середовища (0,0267 г у 1 см3) 1:6; 1:3; 1:2; 2:3; 1:1. Вміст мікроорганізмів у суспензії інокуляту 0,0011 г/см3. Показано, що за використання асоціації, яка збагачена мікроорганізмами родів Clostridium і Bacillus, вихід водню у газовій фазі досягає 87,5 ± 4,2 % за умови співвідношення інокуляту і культурального середовища 2:3. Досліджено процес ферментації за двох температурних режимів: 22 ± 2 і 35 ± 2 °C. Показано, що підвищення температури з 22 ± 2 до 35 ± 2 °C дає змогу збільшити вихід водню у 2 рази. Показано, що найвищій вихід водню спостерігається при проведенні ферментативного процесу за значень рН 6–6,5. Зниження рН спричиняє зміну метаболічних шляхів з ацетатного типу бродіння в бік утворення бутирату, що призводить до зниження виходу водню. Висновки. Найбільш ефективним методом попередньої обробки субстрату для процесу отримання водню при анаеробній ферментації відходів кукурудзи та соняшнику (1:1) є обробка 20 %-ним розчином NaOH протягом 3 год. Максимальний вихід водню спостерігається за співвідношення інокуляту і культурального середовища 2:3 за значень рН 6–6,5 і температури 35 ± 2 °C. Background. Obtaining hydrogen – an alternative energy carrier – from renewable resources (agricultural waste). Objective. Establish rational parameters for alkaline pretreatment of sunflower and corn waste by an association of microorganisms to increase the speed of hydrogen production. Methods. We used gas chromatography method to establish the qualitative and quantitative biogas content that was produced during the process of fermentation. We used light microscopy methods to determine lysis zones and to monitor species content of microorganisms association. Results. We’ve investigated the effect of 5, 10, 20, 30, 40 % alkali concentration during pretreatment of corn and sunflower waste on hydrogen yield in the process of their anaerobic fermentation for 1, 2 and 3 hours. The highest hydrogen yield has been achieved by pretreatment with 20 % NaOH solution for 3 hours. We’ve studied the hydrogen yield during fermentation process with inoculum to culture medium ratio as: 1:6; 1:3; 1:2; 2:3; 1:1 by volume. The content of microorganisms in inoculum was 0.0011 g/cm3 and the dry residue of culture medium was 0.0267 g/cm3. It’s been shown that hydrogen yield in the gas phase reaches 87.5 ± 4.2 % for the association of microorganisms enriched by Clostridium and Bacillus genus with the ratio of inoculum to culture medium 2:3. Fermentation process has been studied in two temperature modes: 22 ± 2 and 35 ± 2 °C. It’s been determined that temperature increase from 22 ± 2 to 35 ± 2 °C increases hydrogen yield by 2 times. It’s been shown that the highest hydrogen yield is observed by holding enzymatic process at pH level near 6–6.5 pH decrease switches metabolic pathways from acetate fermentation type to the formation of butyrate, thus reducing hydrogen yield. Conclusions. The most effective method of substrate pretreatment for the process of obtaining hydrogen by anaerobic fermentation of corn and sunflower waste (1:1) was the pretreatment with 20 % NaOH solution for 3 hours. The highest hydrogen yield has been observed in case of inoculum to culture medium ratio set at 2:3 with pH 6–6.5 and the temperature at 35 ± 2 °C. Проблематика. Получение водорода – альтернативного энергоносителя из возобновляемого сырья (сельскохозяйственных отходов). Цель исследования. Установление рациональных параметров предварительной щелочной обработки отходов подсолнуха и кукурузы для повышения скорости продуцирования водорода ассоциацией микроорганизмов. Методика реализации. Для определения качественного и количественного состава биогаза, который образуется в процессе ферментации, использовали метод газовой хроматографии. Для определения зон лизиса и контроля видового состава ассоциации микроорганизмов использовали методы световой микроскопии. Результаты исследования. Определено влияние 5, 10, 20, 30, 40 %-ной концентрации щелочи при предварительной обработке отходов кукурузы и подсолнуха на выход водорода в процессе анаэробной ферментации в течение 1, 2 и 3 ч. Максимальный выход водорода наблюдается при обработке 20 %-ным раствором NaOH в течение 3 ч. Исследован выход водорода в процессе ферментации при соотношении по объему инокулята и культуральной среды (0,0267 г в 1 см3) 1:6; 1:3; 1:2; 2:3; 1:1. Содержание микроорганизмов в суспензии инокулята 0,0011 г/см3. Показано, что при использовании ассоциации, обогащенной микроорганизмами родов Clostridium и Bacillus, выход водорода в газовой фазе достигает 87,5 ± 4,2 % при соотношении инокулята и культуральной среды 2:3. Исследован процесс ферментации при двух температурных режимах: 22 ± 2 и 35 ± 2 °C. Показано, что повышение температуры с 22 ± 2 до 35 ± 2 °C позволяет увеличить выход водорода в 2 раза. Показано, что максимальный выход водорода наблюдается при проведении ферментативного процесса при рН 6–6,5. Снижение рН вызывает изменение метаболических путей с ацетатного типа брожения в сторону образования бутирата, что приводит к снижению выхода водорода. Выводы. Наиболее эффективным методом предварительной обработки субстрата для процесса получения водорода при анаэробной ферментации отходов кукурузы и подсолнуха (1:1) является обработка 20 %-ным раствором NaOH в течение 3 ч. Максимальный выход водорода наблюдается при соотношении инокулята и культуральной среды 2:3 при значениях рН 6–6,5 и температуре 35 ± 2 °C. |
