ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ Л.Н. ГУМИЛЕВ АТЫНДАҒЫ ЕУРАЗИЯ ҰЛТТЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
Студенттер мен жас ғалымдардың
«Ғылым және білім - 2014»
атты IX Халықаралық ғылыми конференциясының БАЯНДАМАЛАР ЖИНАҒЫ
СБОРНИК МАТЕРИАЛОВ
IX Международной научной конференции студентов и молодых ученых
«Наука и образование - 2014»
PROCEEDINGS
of the IX International Scientific Conference for students and young scholars
«Science and education - 2014»
2014 жыл 11 сәуір
Астана
УДК 001(063) ББК 72
Ғ 96
Ғ 96
«Ғылым және білім – 2014» атты студенттер мен жас ғалымдардың ІХ Халықаралық ғылыми конференциясы = ІХ Международная научная конференция студентов и молодых ученых «Наука и образование - 2014» = The IX International Scientific Conference for students and young scholars «Science and education - 2014».
– Астана: http://www.enu.kz/ru/nauka/nauka-i-obrazovanie/, 2014. – 5830 стр.
(қазақша, орысша, ағылшынша).
ISBN 978-9965-31-610-4
Жинаққа студенттердің, магистранттардың, докторанттардың және жас ғалымдардың жаратылыстану-техникалық және гуманитарлық ғылымдардың өзекті мәселелері бойынша баяндамалары енгізілген.
The proceedings are the papers of students, undergraduates, doctoral students and young researchers on topical issues of natural and technical sciences and humanities.
В сборник вошли доклады студентов, магистрантов, докторантов и молодых ученых по актуальным вопросам естественно-технических и гуманитарных наук.
УДК 001(063) ББК 72
ISBN 978-9965-31-610-4 © Л.Н. Гумилев атындағы Еуразия ұлттық
университеті, 2014
3721 –Поповой.- Л.: Наука, 1983.-178 с.
3 Гладков Е.А., Гладкова О.Н., Гладкова О.В. Мир лекарственных растений.- М.:Пасьва, 2004.- 64 с.
4 Валиханова Г.Ж., Рахимбаев И.Р., Каржасова А.В., Бишимбаева Н.К. Методическое руководство к практическим занятиям по культуре тканей растений. -Алма-Ата: КазГУ, 1998. – 96 с.
5 Гладков Е.А. Сравнительная оценка токсичности тяжелых металлов для каллусных клеток и целых растений.//Биотехнология, ғ 3, 2006.- С. 79-82.
6 Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, Сиб.отделение, 1991.- 151 с.
УДК 628.336.6
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДОВ ИММОБИЛИЗАЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ БИОМАССЫ НА ОСНОВЕ ОТХОДОВ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОГАЗА,
БЕЛКОВО-ВИТАМИННОГО КОНЦЕНТРАТА И БИОУДОБРЕНИЙ Сахова Гульнур Нурынбетовна
Магистрант 2 курса группы МХТ-12-3Р, специальности 6M070100- Биотехнология Южно-Казахстанский государственный университет им. М. Ауэзова, г. Шымкент,
Казахстан
Научные руководители - Б. Муталиева., К. Қоразбекова
Увеличивающееся загрязнение окружающей среды, нарушение теплового баланса атмосферы постепенно приводят к глобальным изменениям климата. Дефицит энергии и ограниченность топливных ресурсов с всѐ нарастающей остротой показывают неизбежность широкого использования нетрадиционных и возобновляемых видов энергии.
Известно, что применение анаэробного метода при переработке отходов животноводства имеет существенный эффект по сравнению со многими другими методами, что выражается в значительном снижении загрязнения почвы, воды, воздуха химическими веществами и патогенной микрофлорой. Эффективность анаэробного процесса [1] в существенной мере зависит от правильной подготовки сырья к переработке и от конструкции биореактора.
В сельскохозяйственной практике использования биогазовых установок в основном используется мезофильный режим [2], а термофильный режим, по мнению многих специалистов, является неоправданным, хотя в подавлении патогенной микрофлоры более эффективен именно термофильный режим. Более того, использование продуктов анаэробной переработки отходов животноводства в качестве источника кормовых добавок предъявляет жесткие требования по его стерилизации. А это возможно достичь только при использовании термофильного режима переработки. Именно термофильный режим обеспечивает генерацию в продукте витамина В-12. Только производство этого витамина может окупить все затраты на установки анаэробной переработки. Но получение витамина (части кормовой добавки) требует качественной стерилизации продукта, что достижимо только в термофильном режиме. Все это свидетельствует о необходимости более детального изучения возможности использования комбинированных режимов.
В свою очередь, срок сбраживания определяет конструктивные размеры установок.
Меньший срок сбраживания предопределяет меньший объем установки. Кроме того, доза загрузки в термофильном режиме практически в два раза больше, что характеризует термофильный режим как более интенсивный. Температурный уровень в реакторе определяет теплопотери через стенку, а также затраты тепла на начальный подогрев перерабатываемой биомассы.
3722
В последнее время благодаря накопившемуся опыту по сооружению и эксплуатации установок, исследованию биологических основ этого процесса и получению удачных инженерных решений, наметились пути усовершенствования процесса анаэробной конверсии органических отходов в биореакторах с увеличением выхода биогаза в 3-4 раза.
Одним из таких методов усовершенствования переработки отходов для повышения эффективности является усовершенствование конструкций биореакторов для увеличения выхода метана из расширяющихся ассортиментов сырья. Очевидным способом повышения производительности реакторов и снижения ВГУ является увеличение плотности, т.е.
иммобилизация микроорганизмов [3, 4]. Основная задача таких биореакторов - интенсификация теплообмена и гомогенизация ферментационной среды, что способствует ускорению метаногенеза за счет закрепления метаногенной микрофлоры в аппарате.
Основными методами обогащения биореакторов микроорганизмами являются иммобилизация биомассы на носителях, фиксированных в реакторе, на свободно плавающих объектах в реакторе, которые удаляются, а потом обратно загружаются, а также разделение биомассы и обратная загрузка биомассы.
Иммобилизованные микроорганизмы оказались более устойчивыми, чем взвешенные микроорганизмы в реакторе брожения. Они образуют связные системы, называемыми хлопьями, которые являются достаточно большими, чтобы оставаться на дне реактора без промывания чистой водой. Возможно, они растут еще лучше в иммобилизованном состоянии, чем в рассеянном [5].
Все медленно растущие микроорганизмы процесса анаэробного брожения склонны к иммобилизации. Микроорганизмы род Methanosaeta растут особенно хорошо на гидрофобных поверхностях, так как они не покрыты барьером наклеивающие молекулы воды. По этой причине, реакторы с иммобилизованными микроорганизмами оборудованы упаковочными материалами на которых микроорганизмы могут расти в виде тонкого слоя (биопленки) [6-8] .
Поэтому, последние разработки в конструкции биореакторов были сосредоточены на сохранении активной микрофлоры внутри реактора [9]. Эти конструкции опираются на тенденции развития бактерий, участвующих и присоединенных к инертным поверхностям, пленкообразующих (биопленки) или собранных в удобные для расселения хлопьях или гранулах, а также обеспечивающих улучшение стабильности и контроля процесса.
В последнее время для переработки твердых животноводческих отходов применяются непрерывные процессы со слоем выщелачивания. Эта технология была успешно применена для сбраживания бытовых и дворовых отходов [10-11], твердых отходов биологического происхождения, овощных и фруктовых отходов [12].
В проведенной работе получены результаты по усовершенствованию конструкции биореактора, который обеспечивает более эффективное протекание процесса анаэробного сбраживания отходов животноводства, улучшение процесса образования биогаза и удобрений.
Иммобилизационное устройство, представляющее собой матрицу из инертных носителей, позволяет накапливать метаногенные бактерии в виде биопленки на поверхности носителей. Это обеспечивает сохранение биомассы независимо от времени гидролитического удержания, а микроорганизмы, иммобилизованные в кольцах менее подвергаются раневому стрессу и повреждению клеток пузырьками газа.
При анаэробном брожении отходов животноводства и птицеводства в данном биореакторе может производиться биогаз с содержанием CH4 - 60-90%, CO2 - 15-30%, а также небольшого количества сероводорода. Кроме того, в данном биореакторе происходит полный переход питательных веществ в удобрение.
Метанобразующие бактерии — строгие анаэробы и имеют температурный оптимум для роста в области 30–40°, поэтому в данной научной работе используется температурный предел 30-500С, оптимальный pH в области 6,5–7,5 [13, 14].
Для получения микробной суспензии использовали около 10 г предварительно
3723
измельченного образца. Навеску образца переносили в колбу емкостью 250 мл с 90 мл стерильной водопроводной воды, взбалтывали в течение 10 минут на механической качалке и давали отстояться грубым частицам. Затем методом разведения готовили суспензии, содержащие разные количества отходов. Одновременно из пробы отбирали 20 г отходов для определения влажности, и проводили пересчет на 1 г абсолютно сухих отходов. Из полученных разведений проводили посевы микроорганизмов на плотные питательные элективные среды [13].
Питательная среда для метанобразующих бактерий включала основные растворы солей калия гидрофосфата, хлоридов калия, магния, кальция, натрия ацетата, дрожжи, витамины В1, В2, В6, В12 , С, РР, агар-агар. На питательную среду было помещѐно небольшое количество разведѐнного дистиллированной водой навоза, в составе которого находились метаногенные бактерии. Колбу с питательной средой плотно закрывают пробкой, создав анаэробные условия и помещают в термостат при температуре 30 С на 2 недели. По истечению срока на питательной среде можно обнаружить колонии бактерий, природу которых проверяют окраской по Грамму [15].
Были проведены исследования и проконтролирован объем выделившегося газа без иммобилизации метанобразующих бактерий и при использовании иммобилизационного устройства, которые свидетельствуют об интенсификации процесса метанового брожения.
Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика процесса метанового брожения
Объект исследования Объем газа, мл
Время, сутки
5 10 15 20 25
Смесь ғ 1 (навоз, без иммобилизации
метанобразующих бактерий)
5 20 45 70 100
Смесь ғ 2 (навоз, со сточными водами, без иммобилизации
метанобразующих бактерий)
8 45 60 90 130
Смесь ғ 3 (навоз, при иммобилизации
метанобразующих бактерий)
50 120 215 335 500
Таким образом, в работе разработаны оптимальные условия культивирования метаногенных бактерий посредством использования иммобилизации клеток на полимерных носителях внутри усовершенствованной биогазовой установки с иммобилизационным устройством. Кроме того, предлагается сочетание мезофильного и термофильного режима брожения, который необходим для создания оптимальных условий образования витамина В12, который является одним из основных продуктов при производстве биогаза, гранулированного органического удобрения и средства для борьбы с заболеваниями семян растений, что обусловливает эффективную утилизацию сельскохозяйственных отходов; а также определены условия иммобилизации клеток микроорганизмов, что позволяет осуществлять контроль над биотехнологическим процессом метаногенеза, а также ускорять рост микроорганизмов, вырабатывающих метан.
Список использованных источников
1. Christine Hurley. Biogas Fueled Micro turbines A positive outlook for growth in the US.
Cogeneration and On-Site Power generation. E-source. Nov.-Dec. 2003. - C.31-40.
3724
2. Морозов Н.М. Направления рационального использования энергетических ресурсов в животноводстве // Техника и оборудование для села. – 2004. - ғ4. – С.3-5.
3. Перегудов С. Вопрос (не) чистоты // Новое сельское хозяйство. Животноводство. - 2012, ғ2. –С.74-77.
4. Литти Ю.В. Анаэробное окисление аммония и метаногенез в системах аэробной очистки сточных вод с иммобилизацией микроорганизмов. -Автореф. дисс. канд.
биол. наук. - Москва, 2012. - 26 с.
5. Иммобилизованные клетки и ферменты / Под ред.Дж. Вудворта (пер. с англ.). -М.:
Мир, 1988. – 320 с.
6. Ножевникова А.Н., Мельник Р.А., Ягодина Т.Г. Поиски микробиологических путей интенсификации процесса метанового сбраживания отходов животноводства // Сборник
«Биология термофильных микроорганизмов». -М. Наука, 1986,- С.244-248.
7. Заря И.В. Моделирование процессов биологической очистки сточных вод в системах с иммобилизованной микрофлорой / Дисс... канд. техн. наук. - Щелково, 2006. -188 с.
8. Николаенко Е.В., Авдин В.В., Сперанский В.С. Проектирование очистных сооружений канализации (уч. пособие). –Челябинск: ЮУрГУ, 2006. - 41 с.
9. Патент РФ (RU) ғ 2015163 / Германский Г.И., Рогожин И.С., Безбородов А.М. и др.
Биологический реактор. Опубликовано: 30.06.1994.
10. Самуилов В.Д., Олескин А.В. Технологическая биоэнергетика. -М.:
Изд-во МГУ,1994. - 192 с.
11. Руфаи И.А. Использование вторичного тепла автономных энергоустановок для анаэробной переработки навоза: Дисс… канд. техн. наук – М., 2006. - 154 с.
12. Калмыкова Ю., Герман А., Жирков В. Твердые бытовые отходы. Утилизация и переработка бытовых отходов. Вторичное сырье. – Основы производства биогаза. http://www.solidwaste.ru/publ/view/34.html .
13. Переработка органических отходов / http://www.business- equipment.ru/pererabotka/pererabotka-organicheskih-othodov.html.
14. Michael J. Franklin, William J. Wiebe, and William B. Whitman. 1988. Populations of Methanogenic Bacteria in Georgia Salt Marsh. Appl. Environ. Microbiol. 54:1151-1157.
15. Deublein D. Steinhauser A. Biogas from Waste and Renewable Resources. - Wiley, 2008, isbn: 3527318410, 472 р.
16. Bergey David H. Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. — 9th ed.. — Lippincott Williams & Wilkins, 1994.
УДК 63(07) С37
ЖІПШЕ ТӘРІЗДІ БАЛДЫРЛАР ТҤРЛЕРІН АУЫЛ ШАРУАШЫЛЫҒЫНДА ҚОЛДАНУ АЯСЫН ЗЕРТТЕУ
Серікқазина Еркежан Ардаққызы, Байғанова Әсем Алдонғарқызы [email protected]
Қазақ инновациялық гуманитарлық–заң университеті, Семей қаласы, Қазақстан Ғылыми жетекшілері - Б.Силыбаева , Н. Омарова
Жер бетіндегі жануарлар мен ӛсімдіктер биоресурстары да адамдар үшін ең қажетті тіршілік кӛзінің негізі болып саналады. Қазақстанның жер территориясын соңғы деректер бойынша 0,3 пайыз орман, 35 пайызын дала құрайды, қалған бӛлігі таулы шӛлейтті, жартылай шӛлейтті аймақтарға жатады. Онымен қоса бізде жерімізде Арал, Каспий теңізінен басқа 85 мыңнан астам ӛзендер, 48 мыңан астам кӛлдер бар. Бұларда ӛсетін ӛсімдіктер түрлері соның ішінде олардың альгофлорасы толық зерттелді деп айта алмаймыз. Осы деректерге сүйене отырып алдыма келесідей мақсат пен міндеттер қойдым.